賓夕法尼亞州東北部的天然氣井是否正在汙染地下水供應？ 一些研究人員認為答案是肯定的。
杜克大學的科學家在活躍的水力壓裂現場附近的地下水樣本中檢測到甲烷、乙烷和丙烷的含量升高。科學家們得出結論，這些氣體來自油井，而不是天然來源，但這個問題可以透過設計更好的套管來解決。“我們認為馬塞勒斯頁岩這一地區的油井完整性存在問題，”杜克大學教授兼描述這項發現的論文的第一作者羅伯特·傑克遜說。“而且油井問題相對容易解決。與水力壓裂存在一些根本性問題相比，它們尤其容易解決。”
水力壓裂（更常見的說法是壓裂）可以提取傳統技術無法觸及的天然氣儲量。該過程需要向下鑽探數千米的井，然後用混合水、沙子和化學物質炸裂這些井，以在底層岩石中產生裂縫。氣體透過這些裂縫滲出，並流回井中被捕獲。
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但是，如果油井沒有正確密封，那麼氣體可能會洩漏到地下水中。油井內襯有金屬套管，可防止提取的氣體和受汙染的水滲入周圍的岩石中。為了阻止氣體從井筒外部向上流動，工程師會在外殼周圍澆築水泥，以堵塞任何縫隙。如果水泥或套管沒有正確設定，那麼來自深層頁岩層的氣體可能會進入淺層地下水。如果套管破裂，水力壓裂化學物質也可能進入供水系統。
研究人員從六個縣的141戶家庭中採集了井水樣本。許多樣本都含有甲烷，但那些距離天然氣井一公里以內的井的濃度比平均水平高出六倍。附近住宅中的乙烷含量比遠處住宅高出 23 倍。十戶家庭還出現了丙烷的痕跡。
該論文於週一發表在《美國國家科學院院刊》上，它建立在 2011 年進行的一項先前研究的基礎上。研究人員將資料增加了 81 戶家庭，並擴大了分析範圍，以確定雜散氣體的來源。
甲烷有許多天然來源，沒有一種與水力壓裂有關。例如，微生物在分解有機物時會產生甲烷。淺層氣穴也可能會透過地下裂縫進入供水系統。但甲烷有一種方式可以告訴研究人員它的來源。它的分子由一個碳原子連線四個氫原子組成。但並非所有碳原子都相同；有些碳原子比其他碳原子略重。這些較重的甲烷“味道”或同位素可以告訴科學家氣體去過哪裡。例如，微生物偏愛較輕的碳原子。像馬塞勒斯頁岩這樣的深層天然氣儲藏往往更重。同位素分析表明，這些氣體看起來來自馬塞勒斯組。
乙烷和丙烷的出現也在某些情況下排除了微生物作為來源。生物甲烷來源不會產生乙烷和丙烷。距離天然氣井一公里以外，乙烷和丙烷的背景水平幾乎為零。但在該半徑內，水平急劇上升。“當我們發現較高的甲烷濃度時，”傑克遜解釋說，“有時它看起來像天然背景，有時它看起來像馬塞勒斯氣體。當它是馬塞勒斯氣體時，這表明井套管存在問題。” 他指出，氣體含量升高並不是對水力壓裂本身的批評，而是表明存在油井問題，需要解決。“首先要關注的是油井的完整性。”
ECHELON 應用地球科學諮詢公司所有者兼高階地球化學家弗雷德·巴爾達薩雷不同意。“我並沒有真正強烈地感覺到他們是從哪裡採集的水樣本，”他說。他解釋說，沒有這些資訊，很難獨立評估杜克大學研究的結論。ECHELON為馬塞勒斯頁岩聯盟和賓夕法尼亞州環境保護部等客戶調查雜散氣體事件。
GSI Environmental 的環境地質學家麗莎·莫洛夫斯基（GSI Environmental 是一家與行業合作管理和評估環境風險的諮詢集團）呼應了巴爾達薩雷的擔憂。“這些水井是如何選擇的？” 她問道。“這些是來自已經擔心的人的嗎？如果是這樣，則存在很高的選擇偏差可能性。”
GSI 總裁約翰·康納也警告不要推斷出更廣泛的問題。“他們正在對可能非常區域性的事情做出非常籠統的陳述，”他說，指的是其他研究沒有顯示出更大範圍內甲烷汙染的證據。“如果你碰巧選擇了一個流星撞擊地球的地方，你就會認為流星一直都在撞擊。也許他們只是站在一個冒煙的隕石坑的邊緣。”
康納和莫洛夫斯基在 2011 年為《石油與天然氣雜誌》撰寫了一份報告，對傑克遜的研究結果提出了質疑。他們發現甲烷不僅在賓夕法尼亞州東北部的地下水中很常見，而且在山谷中比在較高海拔地區更集中。他們認為，甲烷汙染的罪魁禍首是地質，而不是受損的井套管。總部位於休斯敦的卡伯特石油天然氣公司是馬塞勒斯頁岩地區眾多油井的所有者，該公司支援了這項研究。“坦率地談論這件事非常重要，”巴爾達薩雷說。“與天然氣井鑽探相關的事件已經發生，我首先承認這一點。”例如，2009 年，賓夕法尼亞州迪莫克鎮因一處水井在電火花點燃水中的甲烷後爆炸而引起關注。該地區的 13 口井顯示出多種汙染物（包括甲烷）的含量極高。“但從 2009 年到 2013 年，該行業的運營方式就像白天和黑夜。他們正在努力提高井的完整性。”
康納和莫洛夫斯基都強調了解當地地質情況和獲取更好的基線資料的重要性。雖然乙烷和丙烷的資料似乎確實排除了生物來源，但天然氣可以透過多種方式滲入供水系統。“當所有的帽子裡都裝有兔子時，很難說兔子是從哪個帽子裡出來的，”康納說。“我們不想抨擊這些人，”康納補充道。“沒有人真正弄清楚這一點。像這樣的論文對於推動事情向前發展很重要。它們提出了問題，重要的問題。這對整個過程都有幫助。”
為了取得進展，研究人員需要在鑽井之前採集水樣。鑽前資料將為天然氣建立基線，並有助於確定鑽探是否將甲烷引入供水系統。杜克大學研究中的一些住宅之所以被選中，是因為它們位於未來幾年計劃開採油井的區域。“我的動機是找出為什麼有時會出現問題以及如何解決這些問題，”傑克遜說。“我們無意關閉一個行業，我們有興趣解決問題。我們只是想讓它變得更好。”