宾夕法尼亚州东北部的天然气井是否正在污染地下水供应？ 一些研究人员认为答案是肯定的。
杜克大学的科学家在活跃的水力压裂现场附近的地下水样本中检测到甲烷、乙烷和丙烷的含量升高。科学家们得出结论，这些气体来自油井，而不是天然来源，但这个问题可以通过设计更好的套管来解决。“我们认为马塞勒斯页岩这一地区的油井完整性存在问题，”杜克大学教授兼描述这项发现的论文的第一作者罗伯特·杰克逊说。“而且油井问题相对容易解决。与水力压裂存在一些根本性问题相比，它们尤其容易解决。”
水力压裂（更常见的说法是压裂）可以提取传统技术无法触及的天然气储量。该过程需要向下钻探数千米的井，然后用混合水、沙子和化学物质炸裂这些井，以在底层岩石中产生裂缝。气体通过这些裂缝渗出，并流回井中被捕获。
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但是，如果油井没有正确密封，那么气体可能会泄漏到地下水中。油井内衬有金属套管，可防止提取的气体和受污染的水渗入周围的岩石中。为了阻止气体从井筒外部向上流动，工程师会在外壳周围浇筑水泥，以堵塞任何缝隙。如果水泥或套管没有正确设置，那么来自深层页岩层的气体可能会进入浅层地下水。如果套管破裂，水力压裂化学物质也可能进入供水系统。
研究人员从六个县的141户家庭中采集了井水样本。许多样本都含有甲烷，但那些距离天然气井一公里以内的井的浓度比平均水平高出六倍。附近住宅中的乙烷含量比远处住宅高出 23 倍。十户家庭还出现了丙烷的痕迹。
该论文于周一发表在《美国国家科学院院刊》上，它建立在 2011 年进行的一项先前研究的基础上。研究人员将数据增加了 81 户家庭，并扩大了分析范围，以确定杂散气体的来源。
甲烷有许多天然来源，没有一种与水力压裂有关。例如，微生物在分解有机物时会产生甲烷。浅层气穴也可能会通过地下裂缝进入供水系统。但甲烷有一种方式可以告诉研究人员它的来源。它的分子由一个碳原子连接四个氢原子组成。但并非所有碳原子都相同；有些碳原子比其他碳原子略重。这些较重的甲烷“味道”或同位素可以告诉科学家气体去过哪里。例如，微生物偏爱较轻的碳原子。像马塞勒斯页岩这样的深层天然气储藏往往更重。同位素分析表明，这些气体看起来来自马塞勒斯组。
乙烷和丙烷的出现也在某些情况下排除了微生物作为来源。生物甲烷来源不会产生乙烷和丙烷。距离天然气井一公里以外，乙烷和丙烷的背景水平几乎为零。但在该半径内，水平急剧上升。“当我们发现较高的甲烷浓度时，”杰克逊解释说，“有时它看起来像天然背景，有时它看起来像马塞勒斯气体。当它是马塞勒斯气体时，这表明井套管存在问题。” 他指出，气体含量升高并不是对水力压裂本身的批评，而是表明存在油井问题，需要解决。“首先要关注的是油井的完整性。”
ECHELON 应用地球科学咨询公司所有者兼高级地球化学家弗雷德·巴尔达萨雷不同意。“我并没有真正强烈地感觉到他们是从哪里采集的水样本，”他说。他解释说，没有这些信息，很难独立评估杜克大学研究的结论。ECHELON为马塞勒斯页岩联盟和宾夕法尼亚州环境保护部等客户调查杂散气体事件。
GSI Environmental 的环境地质学家丽莎·莫洛夫斯基（GSI Environmental 是一家与行业合作管理和评估环境风险的咨询集团）呼应了巴尔达萨雷的担忧。“这些水井是如何选择的？” 她问道。“这些是来自已经担心的人的吗？如果是这样，则存在很高的选择偏差可能性。”
GSI 总裁约翰·康纳也警告不要推断出更广泛的问题。“他们正在对可能非常局部的事情做出非常笼统的陈述，”他说，指的是其他研究没有显示出更大范围内甲烷污染的证据。“如果你碰巧选择了一个流星撞击地球的地方，你就会认为流星一直都在撞击。也许他们只是站在一个冒烟的陨石坑的边缘。”
康纳和莫洛夫斯基在 2011 年为《石油与天然气杂志》撰写了一份报告，对杰克逊的研究结果提出了质疑。他们发现甲烷不仅在宾夕法尼亚州东北部的地下水中很常见，而且在山谷中比在较高海拔地区更集中。他们认为，甲烷污染的罪魁祸首是地质，而不是受损的井套管。总部位于休斯敦的卡伯特石油天然气公司是马塞勒斯页岩地区众多油井的所有者，该公司支持了这项研究。“坦率地谈论这件事非常重要，”巴尔达萨雷说。“与天然气井钻探相关的事件已经发生，我首先承认这一点。”例如，2009 年，宾夕法尼亚州迪莫克镇因一处水井在电火花点燃水中的甲烷后爆炸而引起关注。该地区的 13 口井显示出多种污染物（包括甲烷）的含量极高。“但从 2009 年到 2013 年，该行业的运营方式就像白天和黑夜。他们正在努力提高井的完整性。”
康纳和莫洛夫斯基都强调了解当地地质情况和获取更好的基线数据的重要性。虽然乙烷和丙烷的数据似乎确实排除了生物来源，但天然气可以通过多种方式渗入供水系统。“当所有的帽子里都装有兔子时，很难说兔子是从哪个帽子里出来的，”康纳说。“我们不想抨击这些人，”康纳补充道。“没有人真正弄清楚这一点。像这样的论文对于推动事情向前发展很重要。它们提出了问题，重要的问题。这对整个过程都有帮助。”
为了取得进展，研究人员需要在钻井之前采集水样。钻前数据将为天然气建立基线，并有助于确定钻探是否将甲烷引入供水系统。杜克大学研究中的一些住宅之所以被选中，是因为它们位于未来几年计划开采油井的区域。“我的动机是找出为什么有时会出现问题以及如何解决这些问题，”杰克逊说。“我们无意关闭一个行业，我们有兴趣解决问题。我们只是想让它变得更好。”