我國頁巖氣開發過程中的環境影響與監管建議

梁 鵬 張希柱 童 莉

(環境保護部環境工程評估中心，北京 100012)

頁巖氣是一種清潔、高效的能源資源，主要成份為甲烷。作為一種非常規天然氣，其以吸附或游離狀態賦存于富含有機質的泥頁巖及其夾層中，是連續生成的生物化學成因氣、熱成因氣或二者的混合。與常規儲層藏氣不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。頁巖氣開采壽命和生產周期均較長，一旦成功開采，頁巖氣井即能長期穩定地產氣。

美國是頁巖氣開發最早的國家。1981年，第一口頁巖氣井壓裂成功，實現了頁巖氣勘探開發的突破;2011年頁巖氣產量為1800 億立方米，占美國天然氣總產量的34%。美國頁巖氣的成功開發，降低了能源的對外依賴，大大提高了其能源自給率。據預測，到2035年美國頁巖氣總產量占比將達到46%，成為美國未來天然氣增產的主要來源，同時其將實現能源的自給自足。

隨著中國經濟社會的發展，能源的對外依存度日漸增高。2011年，我國原油對外依存度已提升至56.5%;2012年1-8月，原油對外依存度為57.16%，且呈持續增長趨勢。國民經濟和社會發展“十二五”規劃提出了“推進頁巖氣等非常規油氣資源開發利用”。經國務院批準，2011年12月3日，國土資源部已發布新發現礦種公告，將頁巖氣作為獨立礦種加強管理。因此，頁巖氣已成為我國第172 個礦種。全面推進頁巖氣開發進程已提上我國能源開發日程。2012年3月13日，國家發展和改革委員會、財政部、國土資源部和國家能源局聯合印發了《頁巖氣發展規劃(2011-2015)》，規劃到2015年頁巖氣產量達到65 億立方米，力爭2020年產量達到600～1000 億立方米。我國頁巖氣開發已經進入實質性勘探階段，主要集中在四川盆地及其周緣、鄂爾多斯盆地、遼河東部凹陷等地，目前已有近30 口頁巖氣探井完鉆，18 口井壓裂獲得工業氣流，但尚未實現大規模商業開發。

根據國土資源部2012年調查評價的結果，我國頁巖氣儲量豐富，頁巖氣技術可開采量為25.08 萬億立方米(不含青藏地區)，已超過美國本土24 萬億立方米。根據國外的經驗，要實現2020年的產能，至少需要2萬口頁巖氣井，所需投資4000～6000 億元。

因環境問題，近年來，美國的一些州也進行了立法，要求延遲或者限制使用水力壓裂技術，同時，某些地區的頁巖氣井已暫時關閉。法國和保加利亞等國政府也發布了禁令，禁止水力壓裂法在頁巖氣開采中的使用。頁巖氣的開發為社會、經濟發展帶來諸多機遇，同時也出現了一些環境問題。

頁巖氣開采項目的環境影響與常規天然氣開采類似，主要包括水體污染，空氣污染和土地破壞等。頁巖氣的埋藏、賦存狀態與常規天然氣資源相比有較大差別，主要在于資源的“低滲透、低孔隙、低豐度”的特點。因此，頁巖氣開采的技術難度遠大于常規天然氣開采。結合我國頁巖氣資源豐富的西南、北方地區的特殊地質條件和生態環境特點，其環境影響有著顯著特征。

1 頁巖氣開發過程中的主要環境影響

1.1 污染地下水

目前國際上較為成熟的水力壓裂技術將大量使用壓裂添加劑，含有上百種化學產品如苯、鉛等物質，這些注入的化學物質和地殼中原本含有的大量鹽類、放射性物質，可通過斷裂、裂縫系統自地下深處緩慢向上運移至地表或淺層，污染河流、湖泊、蓄水層等水資源。我國賦存頁巖氣的區域主要集中在川渝湘黔等地區，地質條件復雜，地下暗河溶洞多，開發過程中大量進入地下的添加劑和地層中被釋放的鹽類及放射性物質，使地下水環境更加復雜和多變，預防與控制難度更大。

1.2 破壞生態

我國頁巖氣主要賦存地為西南地區，受地形地貌影響，開發過程中的大量鉆井作業、工程運輸和管道建設對當地生態功能和多樣性破壞較為突出。而賦存于新疆南部和陜西西南部的頁巖氣資源位于我國的生態脆弱區和水資源匱乏區，對水資源和生態環境帶來雙重壓力。這些地區生態環境一旦遭到破壞，恢復難度非常大。

1.3 次生環境風險

頁巖氣在開發過程中，每次壓裂完成之后，將有30%～70%的壓裂返排液回流至地表循環再利用，返排液產生量大、成分復雜、回收率低，液體中不僅含有注入時的壓裂液添加劑，同時也將地殼中原本含有的放射性物質鹽類一同帶回地表。目前國際上對返排液處理技術尚不成熟。另外，鉆井廢棄泥漿產生量較大，成分也較為復雜，處理處置成本較高。因此，頁巖氣開發過程中的鉆井液、壓裂液、壓裂返排液和廢棄泥漿若處理處置不當將引起土壤、生態、地下水和地表水污染等，存在較大的次生環境風險。

頁巖氣開發初期用水量極大。每口頁巖氣井在開發初期需耗費近2 萬立方米的水才能使頁巖斷裂，這使得水資源匱乏地區的頁巖氣開發受到限制，影響開采區域內水資源的可持續利用。我國頁巖構造中含有大于1%的硫化氫，同時伴有少量的苯、正己烷等，收集處置不當，將影響局部空氣質量。主要賦存地的西南地區人口稠密，據預測，甲烷泄漏量可占整個氣井預測總產量的1.7%～6.0%，甲烷泄露存在較大的環境隱患。

2 頁巖氣開發過程中的環保監管建議

頁巖氣開發對能源和經濟的影響巨大，與其他常規能源相比，總體上是清潔能源，對緩解我國燃煤型大氣污染有重要意義。在借鑒國外經驗基礎上，結合我國頁巖氣的實際，加強對頁巖氣開發的環境監管，預防開發過程中因環境問題對整體開發戰略帶來負面影響。

2.1 建立頁巖氣開發環境監管制度，完善環保法律法規、標準和技術規范

在嚴格執行我國現行環境管理法律法規的基礎上，針對頁巖氣的特點，適時制定與頁巖氣相關的環境監管法律法規和制度，研究制定頁巖氣勘探開發的環境保護準入條件。同時借鑒國外經驗，通過頁巖氣的開發為深井灌注在我國的實施提供環保方面的法律依據。

2.2 組織科技攻關，研究頁巖氣開發引起的環境問題及解決手段

目前我國針對頁巖氣開發的環境影響分析和環境監管方面幾乎空白，開發過程中帶來的環境影響及污染成因尚缺乏系統的研究，不能從決策源頭避免不利環境影響，亟需研究其開發過程對環境影響的規律、途徑和治理技術等，為做好大規模開發前的理論和技術做儲備。

2.3 合考慮資源賦存和環境承載力，優化開發規劃和時序

我國頁巖氣資源豐富地區存在生態脆弱、地下水敏感及人群密集等不利因素，綜合考慮區域環境特征，從資源賦存、環境承載力和環境風險防范的角度，優化頁巖氣開發的時序，減少其開發過程中的環境影響。

2.4 通過建立頁巖氣環境監管示范區，積累監管經驗

建議選擇國土資源部頁巖氣開發重點區域作為環境監管示范區，如川渝黔鄂湘等頁巖氣重點有利區，對鉆井液、壓裂液、返排液處理、氣體排放、廢棄泥漿等關鍵點進行監管試驗，為加強頁巖氣環保監管積累經驗。

2.5 設立頁巖氣綜合監管機構，形成合力

建立健全頁巖氣開發的監管體系，避免頁巖氣開發過程中各監管部門“各自為戰”的局面，實現資源開發和環境保護的和諧發展。