Во время закачки жидкости в пласт и гидроразрыва пласта происходит разрушение горных пород и вымывание из них различных веществ. Как исходные компоненты жидкости гидроразрыва, так и растворенные и взвешенные вещества оказываются на поверхности. Большая часть жидкости обратного притока рано или поздно откачивается с места разработки и направляется на очистку. Однако возможны проливы этой жидкости при перекачке или при транспортировке по трубопроводам, что влечет за собой загрязнение почвы или поверхностных водоемов. Поскольку жидкость обратного притока содержит большой набор органических и неорганических веществ, многие из которых обладают токсичностью или мутагенным действием, попадание их на почву или в водоемы неизбежно приводит к гибели или деградации природных экосистем. С другой стороны, и очистка таких сточных вод перед их сбросом в поверхностные водоемы может представлять серьезную проблему, поскольку качество воды перед сбросом регулируется федеральным законом США о чистой воде (Clean Water Act - CWA).
Для оценки влияния разработки месторождений сланцевого газа на поверхностные водоемы в течение 2000 - 2011 гг. на территории месторождения Marcellus было исследовано [10] более 20 000 проб воды, взятых из различных речных систем. Основное внимание было обращено на содержание в воде хлоридов щелочных металлов и взвешенных частиц. В результате было установлено, что при сбросе сточных вод, прошедших обработку на муниципальных предприятиях по очистке сточных вод, в речном стоке возрастает концентрация хлорид-ионов, а концентрация взвешенных частиц остается без изменения. При этом, чем больше предприятий задействовано для обработки жидкости обратного притока, тем выше содержание в воде хлорид-иона - в среднем каждые 1,5 предприятия увеличивают концентрацию хлорид-иона на 10 - 11%. Следствием роста концентрации хлорид-иона может быть деградация водных экосистем и высвобождение из донных осадков фосфатов и тяжелых металлов.
Что касается концентрации взвешенных частиц в речном стоке, то оказалось, что ее повышение зависело от присутствия в водосборной площади газовых скважин. При этом было установлено [10], что на каждые 18 буровых площадок приходится повышение концентрации взвешенных частиц на 5%. Взвесь состояла из неорганических и органических частиц, которые имели явно антропогенное происхождение.
Эффекты радиоактивности
Одной из серьезных проблем, которые порождает добыча полезных ископаемых, в том числе сланцевого газа, является вынос на поверхность в ходе бурения скважин и их эксплуатации природных радионуклидов и радиоактивных продуктов их расщепления, например радона. Сланец содержит значительное количество природных радионуклидов. Особенно много в нем таких изотопов, как 87Rb, 232Th и 238U. Большинство сланцевых месторождений США содержит (1,6 - 2,0)х10-3 % урана, или в 25 больше, чем в окружающих пласт породах. В частности, повышенной радиоактивностью обладают так называемые «черные сланцы», составляющие месторождение Marcellus.
Распад природных радиоактивных элементов приводит к образованию радиоактивного газа радона, который при разрушении пласта мигрирует к поверхности земли и может проникать в здания и сооружения, становясь источником облучения персонала и населения.
В графстве Onondaga (штат Нью-Йорк), в недрах которого находятся пласты месторождения Marcellus, радон (222Rn) был обнаружен в 410 домах. Среднее его содержание составляло 326 Бк/м3 , что значительно выше установленного ЕРА безопасного уровня содержания 222Rn в 148 Бк/м3. При этом среднее содержание радона в домах США составляет 48 Бк/м3. Установлено также, что рост содержания радона на 100 Бк/м3 приводит увеличению заболеваний раком легких на 10%.
Литература
1. Shale gas: a provisional assessment of climate change and environmental impacts, Tyndall Centre for Climate Change Research, 2011.
2. K. A. Bullin, P. E. Krouskop . Compositional variety complicates processing plans for US shale gas // Oil&Gas Journal. 2009. №10.
3. R.W. Howarth, R. Santoro, A. Ingraffea. Methane and the greenhouse-gas footprint of natural gas from shale formations, Climatic Change, DOI 10.1007/s10584-011-0061-5.
4. M. Zoback, S. Kitasei, B. Copithorne, «Addressing the Environmental Risks from Shale Gas Development», Natural Gas and Sustainable Energy Initiative, Worldwatch Institute, 2010.
5. S.G. Osborn, A.Vengosh, N.R. Warner, R/B. Jackson, Methane contamination of drinking water accompanying gas-well drilling and hydraulic fracturing, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2011, v. 108 (20), pp. 8172-8176.
6. Massachusetts Institute of Technology, Gas report, 2011.
7. Impacts of shale gas and shale oil extraction on the environment and on human health, ENVI, 2011.
8. J.Veil. «Trends in Flowback Water Management in Shale Gas Plays», 2012.
9. S.M. Olmstead, L.A. Muehlenbachs, J.-S. Shih, Z. Chu, A.J. Krupnick, Shale gas development impacts on surface water quality in Pennsylvania Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2013, vol. 110 (13), pp. 4962-4967.
10. R.B. Jackson, A.Vengosh, T.H. Darrah, N.R. Warner, A.Down, R.J. Poreda, S.G. Osborn, K.Zhao, J.D. Karr, Increased stray gas abundance in a subset of drinking water wells near Marcellus shale gas extraction, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2013, 110 (28), pp. 11250-11255.
11. Attachment to memorandum from James Hanlon, Director of EPA's Office of Wastewater Management to the EPA Regions titled, «Natural Gas Drilling in the Marcellus Shale under the NPDES Program». March 16, 2011.