Гидроразрыв пласта: оценка воздействия на окружающую среду с помощью методов изотопной гидрологии помогает сохранить грунтовые воды

В недавно вышедшей статье за авторством г-жи Макинтош и 14 других ученых из ведущих университетов мира объясняется, как для мониторинга воздействия ГРП на грунтовые и поверхностные воды могут применяться те или иные методы изотопной гидрологии. В статье также содержатся рекомендации по выбору конкретных методов с учетом различных обстоятельств и условий внешней среды. Исходными идеями для данной статьи, которая была опубликована в декабре 2018 года в журнале «Environmental Science and Technology» под заголовком «Критический обзор современных и перспективных подходов к выявлению проникновения в водоносные горизонты газов и сопутствующих загрязнителей в результате ГРП», послужили материалы состоявшегося за два года до этого технического совещания в МАГАТЭ.

В числе эффективных аналитических способов выявления источников загрязнения можно упомянуть последние аналитические разработки, основанные на использовании естественных изотопных индикаторов в углеводородах, массивов высокоразрешающих данных по распределению природного газа и сопутствующих жидкостей от поверхности до целевых пластов, а также использование геохимических и микробиологических методов контроля инертных газов в рамках более традиционных гидрогеологических и геохимических подходов.

В грунтовых водах могут естественным образом встречаться такие вещества, как радиоактивные материалы или соли природного происхождения, однако их присутствие может также являться и следствием загрязнения. Чтобы распознать такие источники излучения, можно прибегнуть к помощи изотопной гидрологии. Изотопный состав источника зависит от природы его происхождения: сведения о происхождении воды и растворенных в ней компонентов можно получить путем измерения концентрации микроэлементов, присутствия в воде стабильных изотопов и растворенных компонентов, а также радиоактивных изотопов йода, радона и стронция. В дополнение к традиционным химическим методам анализа ионов, это позволяет установить происхождение воды и содержащихся в ней веществ — которые могут естественным образом присутствовать в окружающей среде, либо попасть в воду в результате ГРП или иной деятельности человека.

Для того, чтобы определить характеристики водной среды на исследуемом участке до его разбурирования, желательно до начала работ по гидроразрыву пласта провести исследование фонового содержания изотопов в почве и поверхностных водах. Затем, как поясняет г‑жа Макинтош, подозрения на загрязнение в результате ГРП можно подтвердить или опровергнуть путем сравнения с фоновой пробой, используя изотопные методы.

Новый комплексный метод изотопного анализа, который основан на использовании так называемых «слипшихся изотопов» в метане, позволяет ученым определять положение изотопов водорода в молекуле метана относительно его единственного атома углерода. Исходя из этого, можно точно установить, из каких залежей проникли в воду газовые примеси, либо определить, поступил ли метан из глубинных очагов теплообразования или естественным образом образовался в водоносном горизонте в результате жизнедеятельности почвенных бактерий, или же имеет смешанное происхождение. «Новые радиоиндикаторы возраста грунтовых вод, такие как криптон-81 и изотопы аргона, помогают нам понять, как долго могут присутствовать в месторождениях питьевых подземных вод загрязняющие вещества, образующиеся вследствие ГРП и добычи нефти и газа», – говорит г-жа Макинтош.

В заключительной части статьи содержатся рекомендации по разработке поэтапной программы для выявления загрязнения. Предложен стратегический план действий, на основе которого сотрудники регулирующих органов могут выбрать наиболее подходящий для условий конкретной площадки метод изотопного гидрологического анализа.

Как добавляет г-жа Макинтош, некоторые из подходов, разработанных для определения загрязнения вод в результате ГРП, имеют более широкие возможности применения, например, для изучения возможностей подземного хранения углекислого газа и захоронения радиоактивных отходов.

Эта статья публиковалась в Бюллетене МАГАТЭ «Водные ресурсы» в апреле 2019 года