宋旭鋒

頁巖氣開發(fā)熱潮席卷全球，頁巖氣開采過程是否會導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)境污染引起眾多政府部門、專家學(xué)者和環(huán)保人士的爭議，尤其是水力壓裂法在頁巖氣開采中的應(yīng)用。本文針對頁巖氣開采工藝技術(shù)，結(jié)合美國頁巖氣開采現(xiàn)狀分析頁巖氣開采可能造成的環(huán)境污染，主要有：(1)大量消耗水資源；(2)污染地下水層；(3)甲烷泄漏；(4)引發(fā)地震。就我國而言，同時還面臨因地理環(huán)境限制和環(huán)境立法不足更易造成環(huán)境污染的可能。因此，在頁巖氣勘探開發(fā)進程中，我國應(yīng)高度關(guān)注和重視頁巖氣開采的環(huán)境影響評估，盡力以技術(shù)進步和相關(guān)環(huán)境立法來減緩其環(huán)境影響和防范環(huán)境污染隱患。

一、頁巖氣資源概況

頁巖氣是以吸附或游離狀態(tài)存在于泥頁巖中的非常規(guī)天然氣，具有資源潛力大、開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點。頁巖氣藏有別于常規(guī)天然氣，在成藏機理和賦存特征方面有其獨特之處，只能在特定條件下才能被開采出來。水平井鉆井技術(shù)和水力壓裂法是用于頁巖氣開采的核心技術(shù)。水平井鉆井技術(shù)可以更好利用儲層中的天然裂縫，并且井筒穿越更多儲層，增加滲流面積，從而能夠提高頁巖氣采收率。水力壓裂技術(shù)是用高壓液體使巖層裂開，高壓液體中支撐劑保持住裂縫，使油氣能夠從裂縫中溢出。水平井水力多段壓裂技術(shù)的廣泛運用使原本低產(chǎn)或無氣流的頁巖氣井更具有工業(yè)價值。

美國能源信息署【EIA】2011年4月數(shù)據(jù)表明，當(dāng)前全球(不包括俄羅斯及中東國家)頁巖氣可采資源量189萬億立方米。EIA估算中國頁巖氣儲量約100萬億立方米(中國常規(guī)天然氣資源量的2倍)，其中可開采資源量36萬億立方米。頁巖氣勘探開發(fā)已在北美洲、亞洲、歐洲、南美洲、大洋洲等地區(qū)蓬勃興起。從目前資料看，我國頁巖氣除分布在四川、鄂爾多斯、渤海灣、松遼、江漢、吐哈、塔里木和準(zhǔn)噶爾等含油氣盆地外，在廣泛分布的海相頁巖地層、海陸交互相頁巖地層及陸相煤系地層也都有分布。

美國已成功實現(xiàn)頁巖氣的商業(yè)規(guī)?；_采，逐年劇增的頁巖氣產(chǎn)量改變了美國天然氣供求關(guān)系，影響了美國的能源布局，甚至對世界能源格局產(chǎn)生重大影響。在美國頁巖氣開采獲得巨大成功的示范效應(yīng)下，在美國能源信息署公布多國具有巨量資源基礎(chǔ)下，在迅速膨脹的能源消費需求作用下，以及持續(xù)進步的油氣勘探開發(fā)理論和技術(shù)帶動下，頁巖氣開發(fā)熱潮席卷全球。我國國土資源部發(fā)布201 1年第30號公告，國務(wù)院批準(zhǔn)頁巖氣為新的獨立礦種，全面推進頁巖氣開發(fā)進程。然而，頁巖氣開發(fā)給美國帶來日益突出的環(huán)境問題也在世界范圍內(nèi)引起爭議，這是正在或即將開發(fā)頁巖氣資源的國家都不能回避的問題。

二、頁巖氣開采對環(huán)境的影響

油氣開采過程中或多或少都會因為噪聲、廢水、廢氣及開采事故災(zāi)害而對環(huán)境造成污染。眾多專家和環(huán)保人士針對頁巖氣的開采過程和工藝，提出頁巖氣開采將對環(huán)境加重污染。美國2011年最熱門的環(huán)境問題就是水力壓裂法開采頁巖氣，某些地區(qū)的頁巖氣井因環(huán)境問題已暫時關(guān)閉。法國和保加利亞政府發(fā)布禁令，禁止水力壓裂法在頁巖氣開采中的使用，相當(dāng)于在目前技術(shù)條件下否定頁巖氣開采。但迄今為止，沒有權(quán)威政府部門給出頁巖氣開采污染環(huán)境的明確說法，以致有關(guān)爭論越演越烈。根據(jù)現(xiàn)有資料和實例分析，頁巖氣開采可能存在四個環(huán)境問題：大量消耗水資源、污染地下水層、甲烷泄漏以及引發(fā)地震。

(1)大量消耗水資源

開采頁巖氣所用水力壓裂法中的壓裂液主要由高壓水、砂和化學(xué)添加劑組成，水和砂含量99％以上。開發(fā)頁巖氣用水量極大，每口頁巖氣井需耗費四、五百萬加侖(1加侖約合3.78升)的水才能使頁巖斷裂。夏玉強博士研究過美國頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境問題，他認為頁巖氣鉆探大量消耗地表水或地下水，很可能影響當(dāng)?shù)厮锏纳?、捕魚業(yè)、城市和工業(yè)用水等。頁巖氣開發(fā)行業(yè)正試圖減少氣井鉆探以及水力壓裂帶來的環(huán)境足跡，如在每次壓裂完成之后，30％-70％的水回流被獲取再次利用，但也不能否定水力壓裂法大量消耗了水資源。

(2)污染地下水層

有關(guān)石油公司將水力壓裂使用的壓裂液中的化學(xué)添加劑看成商業(yè)機密，而不對公眾披露，而正是這些化學(xué)物質(zhì)可能造成地下水層污染。水力壓裂過程中，化學(xué)物質(zhì)可能直接通過斷裂、裂縫系統(tǒng)自地下深處緩慢向上運移至地表或淺層，也可能因頁巖氣采氣管道質(zhì)量問題或操作不當(dāng)而破裂和空洞，化學(xué)物質(zhì)也會泄漏到地下水層中，污染河流、湖泊、蓄水層等水資源。水力壓裂過程完成之后，大部分壓裂液回流到地面，其中不僅有壓裂液中那些化學(xué)物質(zhì)，還有地殼中原本含有放射性物質(zhì)和大量鹽類。這些有毒污水先儲存在現(xiàn)場，然后再轉(zhuǎn)移到污水處理廠或回收再利用，過程中可能滲入地下或隨雨季到來外溢，進而污染地下水。

(3)甲烷泄漏

甲烷是一種比二氧化碳更強大的溫室氣體，甲烷逃逸到大氣中會加劇全球變暖，甲烷滲入地下蓄水層，會造成地下水污染。頁巖氣以甲烷為主要成分，頁巖氣井泄漏的甲烷比常規(guī)井要多。甲烷泄漏可能來自頁巖氣開發(fā)過程中的故意排氣，設(shè)備泄漏，或者水力壓裂過程。

(4)引發(fā)地震

在美國阿肯色州、賓夕法尼亞州、俄亥俄州、俄克拉何馬州等地區(qū)的頁巖氣開發(fā)中廣泛使用了水力壓裂技術(shù)，而這些地區(qū)出現(xiàn)一連串輕微地震，理論上表明水力壓裂和地震之間具有關(guān)聯(lián)性，但具體原因還未查明。專家表示，地震不一定是由水力壓裂過程引起，而可能是水力壓裂使用過的大量壓裂液的處理，當(dāng)打入地下深井會導(dǎo)致地層應(yīng)力不穩(wěn)定而發(fā)生微震。當(dāng)然，水力壓裂過程是否導(dǎo)致地震還存在爭議，需要更多證據(jù)。

三、我國頁巖氣開采面臨的問題

頁巖氣資源在中國受到如此重視的原因在于國內(nèi)頁巖氣資源量大，能源消費增長快，減排壓力大，需要降低石油和煤炭資源依賴度。在頁巖氣開發(fā)的美好前景前，我國頁巖氣開采面臨的具體環(huán)境問題被忽視了。我們不僅面臨上述四種可能的環(huán)境問題，還有地理環(huán)境限制和環(huán)境立法不足等問題，這些都是頁巖氣開發(fā)中的環(huán)境隱患。

頁巖氣開發(fā)對當(dāng)?shù)刈匀粭l件有很強的依賴性。頁巖氣開采需要井?dāng)?shù)很多，鉆井和生產(chǎn)作業(yè)對地面影響較大。巴耐特頁巖氣田是目前世界上開發(fā)最成功的頁巖氣田，也是美國目前產(chǎn)量最大的頁巖氣田。國際能源署對其分析說明頁巖氣產(chǎn)量與鉆井?dāng)?shù)量和壓裂規(guī)模密切相關(guān)，頁巖氣藏需要的井?dāng)?shù)為常規(guī)氣藏的10倍，井距較小。美國頁巖分布地區(qū)地表條件優(yōu)越、地勢平坦，地廣人稀，而我國優(yōu)質(zhì)頁巖分布地區(qū)多復(fù)雜地形，地勢高差大，人口分布密集，如蜀南、鄂西、貴州、重慶等地區(qū)，頁巖氣埋藏深度較美國更深，保存條件也不夠理想。所以，大規(guī)模鉆井會對人口密集地區(qū)產(chǎn)生干擾，增加當(dāng)?shù)貙A(chǔ)設(shè)施的需求，也易誘發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。另一方面，頁巖氣開發(fā)能否成功的關(guān)鍵之一就是大量水資源，中國頁巖氣田的分布與缺水地區(qū)的分布重合比較多。在水量相對充裕的長江流域，只在四川和江漢盆地發(fā)現(xiàn)了頁巖氣，而在西北、華北地區(qū)，頁巖氣儲量豐富，水資源卻相當(dāng)緊張。所以，在不干擾當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)正常用水的前提下，供水能力并不能保證滿足頁巖氣井的鉆探與水力壓裂用水。

與美國頁巖氣蓬勃發(fā)展相伴而來的是環(huán)境問題，美國已著手修改頁巖氣開采的環(huán)境法律和政策。中國目前實施的水資源和環(huán)境保護法律以及正在制定的《石油天然氣開采業(yè)污染防治技術(shù)政策(征求意見稿)》等，都沒有考慮頁巖氣開采引起的環(huán)境問題。

四、相關(guān)對策與建議

頁巖氣的商業(yè)化開采可緩解油氣資源短缺，保障國家能源安全，滿足經(jīng)濟發(fā)展需求，其腳步已無法阻擋。但頁巖氣開發(fā)是政府、公眾和油氣企業(yè)之間關(guān)于利益和環(huán)保的博弈。政府必須在能源發(fā)展和環(huán)保間找到平衡，有責(zé)保護國家資源和公眾健康，監(jiān)管油氣企業(yè)頁巖氣開發(fā)過程，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護規(guī)范，抵御規(guī)定外操作，提高群眾參與度，尊重群眾意見，以追求社會效益而不僅是經(jīng)濟效益為旨。

因此，我國在大力推進頁巖氣資源開發(fā)進程，尋求高效經(jīng)濟時，不能忽視頁巖氣開采可能帶來的巨大環(huán)境問題，治理速度趕不上污染速度，事后補救成本遠高于事前預(yù)防。建議我國政府要高度關(guān)注和重視頁巖氣開采潛在環(huán)境污染評估，發(fā)展相應(yīng)的環(huán)境保護技術(shù)和環(huán)境立法。同時，還要大力發(fā)展頁巖氣開采技術(shù)與研究，特別是水力壓裂替代技術(shù)，依靠技術(shù)進步來從根本上避免環(huán)境污染。具體政策建議如下：

一是編制我國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)中長期發(fā)展規(guī)劃。在認真分析世界頁巖氣勘探開發(fā)的態(tài)勢和我國現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，科學(xué)評價和分析我國頁巖氣資源潛力，進行頁巖氣探明儲量趨勢預(yù)測研究，對我國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)目標(biāo)、重點和發(fā)展階段作出科學(xué)規(guī)劃，明確發(fā)展定位，編制頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)中長期發(fā)展規(guī)劃。

二是高度重視潛在環(huán)境影響，建立加強頁巖氣開采環(huán)境影響評價管理。鑒于目前在科學(xué)上對頁巖氣開采的環(huán)境影響后果認知較少，在技術(shù)上預(yù)測和控制其潛在地質(zhì)、生態(tài)、環(huán)境及安全影響缺乏手段，應(yīng)嚴(yán)把環(huán)境影響評價關(guān)，加強對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響評價管理。

三是加強現(xiàn)在運行項目的環(huán)境監(jiān)管。完善頁巖氣勘探開發(fā)項目的環(huán)境管理規(guī)定。目前我國在頁巖氣勘探開發(fā)項目選址、安全、監(jiān)測等方面還缺乏相關(guān)法律法規(guī)，或現(xiàn)有法律法規(guī)缺乏相關(guān)規(guī)定，對頁巖氣勘探開發(fā)項目在審批、核準(zhǔn)等方面缺乏針對性規(guī)定，對捕獲、運輸、封存等過程的環(huán)境影響與環(huán)境風(fēng)險缺乏監(jiān)管。

四是加快制定頁巖氣技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。加強政府引導(dǎo)，依托頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查重大項目和勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗區(qū)的實施，加快頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系建設(shè)，促進信息資料共享和規(guī)范管理。同時，密切關(guān)注世界頁巖氣發(fā)展動向，建立和完善頁巖氣國際合作交流機制。加強與國外有實力公司的合作開發(fā)，引進先進理念與開發(fā)技術(shù)，通過引進和消化頁巖氣開發(fā)技術(shù)，探索和創(chuàng)新適合我國頁巖氣開發(fā)的核心技術(shù)，為我國頁巖氣大規(guī)模開發(fā)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

(作者單位：環(huán)境保護部環(huán)境發(fā)展中心)