Geofysiker vid SMU säger att tecken på läckage i en brunn för avloppsvatten i West Texas mellan 2007 och 2011 borde väcka oro över den nuvarande potentialen för förorenat grundvatten och skador på omgivande infrastruktur.

SMU-geofysikern Zhong Lu och resten av hans team tror att läckan inträffade vid en avloppsvattenbrunn i Ken Regan-fältet i norra Reeves County, som kunde ha läckt ut giftiga kemikalier i Rustler Aquifer. Samma team av geofysiker på SMU har avslöjat att sänkhål expanderar och bildas i västra Texas i en häpnadsväckande hastighet.

Avloppsvatten är en biprodukt av olje- och gasproduktion. Genom att använda en process som kallas horisontell borrning, eller "fracking, "företag pumpar stora mängder vatten, sand och kemikalier långt ner i marken för att hjälpa till att utvinna mer naturgas och olja. Med den gasen och oljan, dock, kommer stora mängder avloppsvatten som injiceras djupt ner i jorden genom avfallsbrunnar.

Federal och statliga olje- och gasbestämmelser kräver att avloppsvatten ska deponeras på ett djupt djup, vanligtvis från cirka 1, 000 till 2, 000 meter djupt i denna region, så det förorenar inte grundvatten eller dricksvatten. Ett litet antal studier tyder på att arsenik, bensen och andra toxiner som potentiellt finns i frackingvätskor kan utgöra allvarliga risker för reproduktions- och utvecklingshälsan.

Även om läckan antas ha skett mellan 2007 och 2011, fyndet är fortfarande potentiellt farligt, sa Weiyu Zheng, en Ph.D. student vid SMU (Southern Methodist University) som ledde forskningen.

"The Rustler Aquifer, inom området för det effektiva injektionsdjupet, används endast för bevattning och boskap men inte dricksvatten på grund av höga koncentrationer av lösta fasta ämnen. Avloppsvatten som läckt ut i denna vattendragare kan möjligen förorena sötvattenkällorna, " förklarade Zheng.

"Om jag bodde i det här området, Jag skulle vara lite orolig, sa Lu, professor i Shuler-Foscue Chair vid SMU:s Roy M. Huffington Department of Earth Sciences och motsvarande forskare av resultaten.

Han noterade också att läckande avloppsvatten kan göra enorma skador på omgivande infrastruktur. Till exempel, olje- och gasledningar kan spricka eller skadas under ytan, och det resulterande häftiga underlaget kan skada vägar och utsätta förare i fara.

SMU-geofysiker säger att satellitradarbilder indikerar att en läcka i den närliggande slutförvarsbrunnen inträffade på grund av förändringar som har visat sig ske i det närliggande Ken Regan-fältet:en stor del av marken, fem fotbollsplaner i diameter och cirka 230 fot från brunnen, höjdes nästan 17 centimeter mellan 2007 och 2011. Inom geologivärlden, detta kallas en upplyftning, och det händer vanligtvis där delar av jorden har tvingats uppåt av underjordiskt tryck.

Lu sa att den troligaste förklaringen till den höjningen är att läckage inträffade vid den närliggande brunnen.

"Vi misstänker att avloppsvattnet samlades på ett mycket grunt djup, vilket skiljer sig ganska dramatiskt från vad rapportdata säger om den brunnen, " han sa.

Endast en avloppsborrning finns i närheten av det upphöjda området av Ken Regan-fältet. Företaget som äger det rapporterade injektionen av 1, 040 meter avloppsvatten djupt ner i avfallsbrunnen i Ken Regan. Den brunnen är inte längre aktiv.

Men en kombination av satellitbilder och modeller gjorda av SMU visar att vatten sannolikt strömmade ut på en grundare nivå än vad brunnen borrades för.

Och studien, som publicerades i Nature-publikationen Vetenskapliga rapporter , uppskattar att cirka 57 procent av det injicerade avloppsvattnet gick till detta grundare djup. På det grundare djupet, avloppsvattnet - som vanligtvis innehåller saltvatten och kemikalier - kunde ha blandats med grundvatten från den närliggande Rustler Aquifer. Dricksvatten kommer inte från Rustler Aquifer, som spänner över sju län. Men akvifären rinner så småningom ut i Pecosfloden, som är en drickskälla.

Forskarna upptäckte läckan efter att ha analyserat radarsatellitbilder från januari 2007 till mars 2011. Dessa bilder togs med ett avläsningsradarinstrument kallat Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) monterad på Advanced Land Observing Satellit, som drevs av Japan Aerospace Exploration Agency

Med denna teknik som kallas interferometrisk syntetisk bländarradar, eller kort sagt InSAR, satellitradarbilderna gör det möjligt för forskare att upptäcka förändringar som inte är synliga för blotta ögat och som annars skulle kunna förbli oupptäckta. Satellittekniken kan fånga markdeformation med en precision på mindre än tum eller bättre, vid en rumslig upplösning på några meter eller bättre över tusentals miles, säger forskarna.

Lu och hans team använde också data som olje- och petroleumbolag är skyldiga att rapportera till Railroad Commission of Texas (Texas RRC), samt sofistikerade hydrogeologiska modeller som kartlägger fördelningen och rörelsen av vatten under jorden såväl som stenar i jordskorpan.

"Vi använde InSAR för att detektera ythöjningen och tillämpade porelastiska finita elementmodeller för att simulera förskjutningsfält. Resultaten indikerar att det effektiva injektionsdjupet är mycket grundare än vad som rapporterats, ", sa Zheng. "Den mest rimliga förklaringen är att brunnen upplevde läckage på grund av fel i höljet och/eller tätningsproblem."

"En fråga är att stålrören kan försämras när de åldras och/eller brunnar kan hanteras felaktigt. Som ett resultat, avloppsvatten från trasiga delar kan läcka ut, "sa Jin-Woo Kim, forskare vid Lus SMU Radar Laboratory och medförfattare till denna studie.

Kombinationen av InSAR-bilder och modellering gjord av SMU gav forskarna en tydlig bild av hur landhöjningsområdet i Reganfältet utvecklades.

Lu, som är världsberömd för ledande forskare i att använda InSAR-applikationer för att upptäcka ytförändringar, sade att dessa typer av analyser är avgörande för framtiden för oljeproducerande West Texas.

"Vår forskning som utnyttjar fjärranalysdata och numeriska modeller ger en ledtråd om att förstå den hydrogeologiska processen under ytan som svarar på olje- och gasaktiviteterna. Denna typ av forskning kan vidare betraktas som en indirekt läckageövervakningsmetod för att komplettera nuvarande sällsynta läckagedetektering, "Sa Zheng.

"Det är mycket viktigt att upprätthålla ekonomin för hela nationen. Men dessa verksamheter kräver viss kontroll för att garantera att verksamheten också är miljöanpassad, " sa Lu.

Tidigare, Kim och Lu använde satellitradarbilder för att hitta två gigantiska sänkhål nära Wink, Texas – två län bortom Ken Regan-höjningen – var sannolikt bara toppen av isberget av markrörelse i västra Texas. Verkligen, de hittade bevis för att stora delar av West Texas oljefält hävde och sjönk i oroväckande takt. Årtionden av oljeproduktionsaktiviteter i västra Texas verkar ha destabiliserat lokaliteter i ett område på cirka 4, 000 kvadratkilometer befolkad av små städer som Wink, vägar och ett stort nätverk av olje- och gasledningar och lagringstankar.