本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
自來水可燃並非源於飲用水源,而是劣質水井。住在賓夕法尼亞州天然氣井附近的居民健康狀況不佳。科羅拉多州和新墨西哥州部分地區地震的增加完全是人為造成的。所有這些問題都與水力壓裂有關,但它們都與水平鑽井或使用高壓水破碎岩石(水力壓裂的範疇)無關。
相反,所有這些不良後果都是石油和天然氣依賴的簡單結果——就像沉降和有毒灰燼洪水源於我們對煤炭的依賴一樣——以及需要快速從地下獲取下一個“癮頭”。當然,化石燃料依賴也是氣候變化的主要原因,但那是另一個故事。
隨著越來越多的研究關注水力壓裂,結果變得越來越清晰。導致麻煩的是不良的行業 practices——劣質的完井、洩漏的壓縮機站或大量廢水的過度傾倒。解決方案要麼是減慢行業發展速度,要麼是加強監管,特別是增加監督此類運營的工作人員。
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讓我們以最近的案例為例:發表在《美國國家科學院院刊》上的新研究證實,賓夕法尼亞州和得克薩斯州汙染水井的天然氣源於深層礦藏——即那些正在進行水力壓裂的礦藏——而不是由深層微生物或其他自然過程在地表附近產生的甲烷。受汙染水井中高濃度的惰性氣體表明,天然氣正在迅速到達那裡,要麼是透過從底部直接逸入井眼周圍的環空,要麼是透過旨在密封井壁的套管水泥中的裂縫。尚未被證偽的第三種可能性是,舊的、廢棄的、未知的井是天然氣遷移的原因,儘管研究人員寫道,根據研究區域缺乏遺留井的情況來看,這種情況“不太可能”。
為了區分天然氣究竟來自哪裡,研究人員研究了天然氣本身的成分。透過測量受汙染的水中氦氣和氖氣的濃度,研究人員可以確定汙染源於深層礦藏。近距離分析還揭示了問題可能出在劣質井套管上,因為天然氣不具有底部馬塞勒斯頁岩天然氣的特徵,而是公司鑽探透過的中間帶天然氣的特徵。謎團解開了:罪魁禍首是劣質水泥作業,可能是由於壓力過高。
好訊息是,這意味著修復很容易:確保良好的套管。修復也很經濟,因為汙染本質上是損失了可銷售的產品。壞訊息是,對天然氣的迫切需求(以及政府對監測和執法的有限資金)表明,劣質套管將是一個持續存在的問題。
人為地震也是如此——原因在於石油和天然氣工業在生產石油和天然氣的同時產生數十億升廢水。這些廢水沒有好的用途(儘管有些被回收利用,也可以進行處理),因此絕大多數只是傾倒回專門鑽探的處置井中。不幸的是,所有這些水都會增加地下壓力(或潤滑現有斷層),結果就是地震。在美國,每天約有76億升液體消失在超過17萬個此類處置井中。
這種廢水注入已與從俄亥俄州到俄克拉荷馬州的地震有關,現在也與科羅拉多州和新墨西哥州的地震有關。對這些州共享的拉頓盆地小地震的分析表明,自2001年8月以來,該地區小地震增加10倍可以直接歸因於向地下注入數百萬立方米的廢水。這只是進一步證明,向地下注入液體是引發地震的好方法。或者,換句話說,水力壓裂面臨的最大問題可能被證明是如何處理所有這些廢水。
最後,長期以來,處於水力壓裂繁榮期的社群一直抱怨健康影響,無論是來自可疑的飲用水還是受汙染的空氣。對賓夕法尼亞州華盛頓縣居民的一項新調查表明,這些抱怨將繼續存在(pdf)。那些居住在天然氣井一公里範圍內的居民比居住在距離天然氣井兩公里或更遠地方的居民有更多的皮膚和呼吸系統疾病。這些疾病的原因可能是空氣或水汙染,但也可能是僅僅是居住在這些井附近的壓力或焦慮。
這種壓力不可忽視。壓力源包括鑽井期間夜間的強光和噪音,到井執行後出現的奇怪氣味和失控感。還有人擔心,這個主要為農村地區的汙染可能會毀掉一個家庭農場,使其農產品或奶製品無法銷售。
答案很簡單:加強執法,確保石油和天然氣行業在處理人類健康責任以及井水泥固井和處理廢水等簡單力學方面做得更好。但是,鑑於預算有限,加強執法是一項挑戰。正如美國政府問責局在6月份的一份報告中指出的那樣,即使是聯邦環境保護署也在適當監測該行業大量的廢水注入方面存在問題,包括未能進行法定的年度現場評估。為什麼?美國政府問責局寫道:“因為,根據一些環保署官員的說法,該機構沒有資源這樣做。”
隨著天然氣在美國應對氣候變化計劃中發揮著重要作用,現在是糾正水力壓裂的時候了。科學已經證明——水力壓裂可以做得很好,而且通常也做得很好,但對於石油和天然氣生產中涉及的其他一切,情況並非如此。從地震到受汙染的水井,化石燃料行業是其自身最大的敵人。