McIntosh和來自世界頂尖大學的14位其他作者最近發(fā)表的一篇論文解釋了各種同位素水文學技術如何用于監(jiān)測水力壓裂法對地下水和地表水的影響，并就在各種情況和環(huán)境條件下使用哪種方法提出了建議。這篇題為“評含水層中壓裂衍生氣體和相關污染物識別的最新技術和新方法”的論文在2018年12月見于《環(huán)境科學與技術》期刊，其最初想法是在兩年前的一次國際原子能機構技術會議上提出的。

最近在碳氫化合物、高分辨率天然氣數(shù)據(jù)集和從地面到目標儲層的相關流體中使用天然存在的同位素示蹤劑的分析發(fā)展，以及將惰性氣體地球化學和微生物學納入更傳統(tǒng)的水文地質和地球化學方法，為識別污染流體的來源提供了強有力的分析工具。

天然存在的放射性物質或鹽等物質可以天然存在于地下水中，但也可能是污染的結果。同位素水文學可用于區(qū)分這些來源，來源的同位素組成取決于其源頭：測量微量元素濃度、水的穩(wěn)定同位素和溶解組分以及碘、氡和鍶的放射性同位素，可以提供有關水的源頭及其溶解組分的數(shù)據(jù)。除了傳統(tǒng)的離子化學分析外，這可以揭示水的源頭以及它所含的物質是壓裂、其他人類活動的結果還是天然存在于環(huán)境中。

理想情況下，在壓裂開始之前，應對該地區(qū)的地下水和地表水進行本底同位素調查，以確定該地區(qū)水體的鉆前特征。McIntosh解釋說，然后可以對照這一基線對懷疑由壓裂活動造成的污染進行同位素檢測。

利用甲烷氣體的“聚集同位素”的一種新興的復雜同位素方法，使科學家能夠探測甲烷氣體中氫同位素相對于其單個碳原子的分子位置，對可疑的雜散氣體可能來自哪個氣藏給出新的診斷見解，并區(qū)分甲烷是來自深層熱源還是由土壤細菌在含水層中自然產(chǎn)生的，還是上述混合原因造成的?！叭珉?81和氬同位素等新的地下水年齡放射性示蹤劑可以幫助確定與水力壓裂及石油和天然氣生產(chǎn)有關的污染物可能存在于飲用水含水層中的時間，” McIntosh說。

論文最后一部分提供了分階段識別污染計劃的指南，并提供了一個戰(zhàn)略路線圖，使監(jiān)管官員能夠在特定場址的情況下選擇最佳的同位素水文方法。

McIntosh補充說，開發(fā)用于檢測壓裂中污染的一些方法具有更廣泛的應用，包括用于二氧化碳地下儲存和核廢物處置。

本文登載于《國際原子能機構通報》2019年4月刊《水》