雪城大學(xué)的研究人員和賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團隊開(kāi)發(fā)了一種新的機器學(xué)習技術(shù)，以全面評估水質(zhì)數據，從而檢測出可能受到近期石油和天然氣生產(chǎn)過(guò)程中甲烷泄漏影響的地下水樣本。利用該模型，該團隊得出結論，像水力壓裂法等非常規鉆井方法并不一定比傳統的石油和天然氣鉆井方法帶來(lái)更多環(huán)境問(wèn)題。
在美國，開(kāi)采石油和天然氣的兩種常見(jiàn)方式是通過(guò)常規和非常規方法。傳統的石油和天然氣是利用自然壓力從容易獲取的來(lái)源抽出。相反，非常規石油和天然氣是通過(guò)水平鉆井和水力壓裂法的結合，從難以觸及的來(lái)源獲得的。水力壓裂法通過(guò)注入沙子、化學(xué)品和水的混合物，從基巖層中提取天然氣、石油和鹽水。通過(guò)鉆入地球并將高壓混合物導入巖石，里面的氣體釋放出來(lái)并流向井口。
雪城大學(xué)地球和環(huán)境科學(xué)學(xué)院（EES）副教授文濤（音譯）最近領(lǐng)導了一項研究，比較了來(lái)自不同州的數據，以了解哪種方法可能導致地下水的更大污染。他們特別測試了甲烷的水平，甲烷是天然氣的主要成分。
該團隊選擇了美國四個(gè)位于重要頁(yè)巖區的州作為研究對象：賓夕法尼亞州、科羅拉多州、德克薩斯州和紐約州。其中一個(gè)州--紐約州--在紐約州衛生部審查后于2015年禁止了水力壓裂的做法，該審查發(fā)現健康方面存在重大不確定性，包括水和空氣污染的增加。
文濤和他的同事從多個(gè)來(lái)源匯編了一個(gè)大型地下水化學(xué)數據集，包括聯(lián)邦機構報告、期刊文章以及石油和天然氣公司。在他們的研究中，大多數被測試的水樣都是從家庭水井中收集的。雖然甲烷本身沒(méi)有毒性，但文濤說(shuō)，在淺層地下水中檢測到的甲烷污染可能會(huì )給相關(guān)的房主帶來(lái)風(fēng)險，因為它可能是一種爆炸危險，可能會(huì )增加其他有毒化學(xué)物種如錳和砷的含量，并會(huì )導致全球變暖，因為甲烷是一種溫室氣體。
他們的模型使用復雜的算法來(lái)分析幾乎所有保留的地球化學(xué)數據，以預測某個(gè)地下水樣本是否受到最近石油和天然氣鉆探的負面影響。
數據對比顯示，紐約州（一個(gè)沒(méi)有非常規鉆井但常規鉆井量很大的州）的甲烷污染案例與賓夕法尼亞州（一個(gè)非常規鉆井量很大的州）的甲烷污染案例相似。文濤說(shuō)，這表明像壓裂這樣的非常規鉆井方法并不一定比常規鉆井導致更多的環(huán)境問(wèn)題，盡管這一結果可能會(huì )被這兩個(gè)州編制的地下水化學(xué)數據集的不同規模所替代。
該模型還檢測到賓夕法尼亞州的甲烷污染案例的比率高于科羅拉多州和德克薩斯州。文濤說(shuō)，這種差異可能是由于鉆探者在不同州建造/鉆探石油和天然氣井時(shí)的不同做法造成的。根據以前的研究，美國氣井釋放到環(huán)境中的大部分甲烷是由于密封油井的水泥沒(méi)有沿著(zhù)生產(chǎn)套管的整個(gè)長(cháng)度完成。然而，沒(méi)有數據可以斷定這三個(gè)州的鉆探者是否使用不同的技術(shù)。文濤表示，這需要進(jìn)一步研究和審查鉆井數據，如果它們可用的話(huà)。
據研究人員稱(chēng)，他們的機器學(xué)習模型在檢測地下水污染方面被證明是有效的，通過(guò)將其應用于其他正在進(jìn)行或計劃進(jìn)行石油和天然氣生產(chǎn)的州/縣，它將成為確定最安全的天然氣和石油鉆探方法的重要資源。
