頁巖氣開采對環境的影響及對策研究

徐浩宇，屈勇軍，馬洪奎 ，趙　楊，黃文韜,賀曉華

(1 博天環境集團股份有限公司重慶分公司,重慶　400042；2 重慶華地工程勘察設計院,重慶　400042；3 重慶三峽環保集團有限公司，重慶　400000)

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頁巖氣開采對環境的影響及對策研究

徐浩宇1，屈勇軍2，馬洪奎3，趙楊1，黃文韜3,賀曉華2

(1 博天環境集團股份有限公司重慶分公司,重慶400042；2 重慶華地工程勘察設計院,重慶400042；3 重慶三峽環保集團有限公司，重慶400000)

頁巖氣作為一種非常規的清潔能源，逐漸發展成為國內外的研究熱點，但其開采過程中對開采區域環境水、大氣、生態等資源環境方面造成了嚴重的影響。因此，本文建議應加強頁巖氣開采對區域環境的影響研究，制定合理的頁巖氣開采區域環境污染防治對策及管理制度，以促進頁巖氣產業健康、穩步、快速的發展，更好地服務于中國和諧社會的建設與發展。

頁巖氣；環境影響；污染防治對策

頁巖氣是指賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中，主要以吸附和游離狀態為存在方式的非常規天然氣，其主要成份為甲烷，是一種清潔、高效的能源資源和化工原料。頁巖氣作為在一種非常規能源，因開發潛力大、生產周期長等顯著特點受到國內外的廣泛關注，逐漸成為新能源研究的熱點。

據報道，中國頁巖氣儲藏量為134.42×1012m3，位居全球第二，頁巖氣可開采量25.08×1012m3位居全球第一[1-2]。開發頁巖氣將有助于改善我國的能源結構、緩解國內能源供需矛盾。隨著中國經濟的不斷發展，對非常規天然氣的需求將逐漸增大，必然加劇我們對頁巖氣的開發進度，頁巖氣開發建設及開采過程中產生的廢氣、廢液、固體廢物等如果不科學處置，必然會對區域環境造成污染，Anna J. Willow等[3]對俄亥俄州的基層反壓裂人士、非營利性組織機構、政府機構代理人等進行了開放式的訪談以及發布了一份社會責任報告，報告中指出非常規能源發展的多樣化正在逐漸影響著人類和自然環境的關系。本文對頁巖氣開采區域的環境污染的研究進展進行了綜述并對頁巖氣開采區域的環境污染防治對策提出了建議。

1　頁巖氣開采對區域環境的影響

我國頁巖氣開發還處在起步階段，頁巖氣開采技術還不是很成熟，在頁巖氣開采過程中給水、空氣及生態環境造成了惡劣的影響[4]。李小敏等[5-8]認為頁巖氣開采各個階段均會對環境造成污染，主要涉及水資源的大量消耗、甲烷氣體的泄露、油基泥漿、壓裂返排液、生態破壞等方面的影響。水平壓裂技術會使用大量的水資源，壓裂液中的化學添加劑一旦泄露，便會對周邊環境造成影響[9]，頁巖氣的水平壓裂技術也會對水資源、大氣、土壤等產生污染[10]，并建議我國政府應該盡快制定與頁巖氣開采相關的法律法規，強化環境管理，促進頁巖氣產業持續健康的發展。

1.1頁巖氣開采對水環境的影響

據美國能源局數據統計，一口頁巖氣井投產平均耗水量為1.5×104m3，其中98%為水力壓裂用水[11]，壓裂液中添加了少量的鹽酸、聚丙烯酰胺、N,N二甲基甲酰胺等化學藥劑以改善頁巖氣的鉆探環境[12-13]，化學添加劑在環境中積累的量超過環境承載能力，有害物質或其分解產物在土壤中逐漸積累并通過“土壤→植物→人體”或“土壤→水→人體”間接被人體吸收，危害人體健康。

Llewellyn G T等[14]對賓夕法尼亞的馬塞勒斯頁巖氣井開采造成周邊居民飲用水井產生大量泡沫的事件進行了研究，采用氣質連用技術對飲用水井中有害成份進行了分析，在井水中發現了二乙醇單甲醚、丙二醇、表面活性劑等壓裂返排液中常見的化學物質，目前這些化學物質均沒有超過水污染標準限值，但隨著頁巖氣開采的不斷發展，地表水及地下水肯定會受到頁巖氣開采的污染。

lawattegama S K等[15]采用了多種方法對賓夕法尼亞州西南部社區周圍井水水質的變化與頁巖氣開采是否存在相關性進行了研究，研究結果表明井水受到鐵、錳等金屬離子的污染程度各不相同，部分井水還受到甲烷等有害氣體的污染。Michalski R等[16]分析了水力壓裂液中化學藥劑的含量及壓裂液對環境的污染情況，研究結果表明頁巖氣的開采通過直接或間接的方式對地表水、地下水、大氣及土壤產生污染，進而對人類身體健康產生危害。Reins L[17]針對頁巖氣開采技術的發展對監管體制提出了新的挑戰，現行的監管體制并沒有明確頁巖氣開采會對水資源產生負面影響，并對美國、歐盟等發達國家有關水資源方面的法律法規在應對頁巖氣開采對水資源產生污染的能力方面進行了分析，研究結果表明，美國、歐盟等發達國家缺乏頁巖氣開采過程中對水資源產生影響的監管制度，因此有必要對水平壓裂和鉆井產生的廢液對地表水、地下水及飲用水的影響制定合理的監管制度。 Racicot A等[18]研究了魁北克市附近的圣勞倫斯河頁巖氣開采基礎設施對洛特比尼埃和貝坎庫爾村莊的2400 km2范圍內農林復合區破化率的影響，其主要是頁巖氣井墊、管道以及運輸道路對現有土地規劃提出了更大的挑戰，該研究認為頁巖氣開采對該地區地下水和地表水的污染是一個關鍵性的問題，并提出隨著頁巖氣開采技術的發展，可以建立一個合理的評價體系來評估頁巖氣的開采是如何影響環境的。

我國科學家Lu P等[19]在Energy Sources雜志上明確提出頁巖氣的開采會對周邊區域產生影響，并提出在頁巖氣開采過程中建立地下水、地表水等環境監測系統。

1.2頁巖氣開采對大氣環境的影響

頁巖氣開采不僅對水資源產生污染，還會對大氣造成污染，Peischl J等[20]采用航空飛行器對海恩斯維爾頁巖氣開采區、費耶特維爾頁巖氣開采區及馬塞勒斯頁巖氣開采區三個地區頁巖氣中的甲烷排放到大氣中的量進行了定量分析研究，研究結果顯示三個地區甲烷排入空氣中量分別為(8.0±2.7)×107g/h、(3.9±1.8)×107g/h、(1.5±1.6)×107g/h，頁巖氣甲烷損失率分別為1.0%～2.1%、1.0%～2.8%、0.18%～0.41%；通過一段時間的研究表明，三個地區的頁巖氣生產加權損失率約為1.1%，該數據比2012年美國環保局及環境影響評估中心規定的溫室氣體排放量標準限值1%略高一點，因此有必要做好頁巖氣開采區域的大氣環境保護措施。Rich A等[21]在達拉斯、沃斯堡市六縣頁巖氣開采區域附近的居民居住區的空氣中發現了甲烷等102種化學物質，其中甲烷等多種化學物質的含量遠遠高于城市的背景濃度，頁巖氣開采區域附近的空氣已被污染。

1.3頁巖氣開采對生態環境的影響

頁巖氣的開采不僅僅對水資源、大氣產生影響，還會對生態環境造成影響、引發地震等自然災害。Kiviat E等[22]研究發現大規模的快速發展頁巖氣水平壓裂技術對馬塞勒斯和尤蒂卡州的生物多樣性產生了嚴重的影響，其主要是通過污染生物棲息地環境狀況來影響生物多樣性。Arthur J D 等[23]認為頁巖氣開采鉆井密度大、頁巖氣管道多，管道施工會對頁巖氣開采區域的植被環境產生破壞性影響。岳婷等[24]提出頁巖氣開采過程中對該區域的生態環境影響極其復雜，有必要對頁巖氣開采區域的環境影響進行詳細研究。

1.4頁巖氣開采對其它方面的影響

英國科學家Clarke H等[25]認為位于英格蘭東北部的蘭開夏郡海岸以及附近的黑譚市在2011年發生的地震與當地頁巖氣開采有很大的關系，首次提出頁巖氣水平壓裂開采技術可能引發地震等自然災害的發生。

2　頁巖氣開采區域環境污染防治的對策

頁巖氣產業的發展有助于我國能源產業結構的調整、也有助于提高我國能源的安全性，中國已勘明的頁巖氣多數位于西部地區水資源匱乏的地區，因此，制定合理的頁巖氣開采區域環境污染防治對策十分必要。

2.1加強頁巖氣開采對區域環境影響及污染防治技術的基礎研究

頁巖氣的開采關系重大的民生問題，與頁巖氣開采有關的國土資源部、環境局等部門應加強頁巖氣開采對水、大氣、土壤、生態等環境影響的基礎研究，推動頁巖氣開采區域環境污染防治的技術研究工作，確保在每一口頁巖氣井開采前做好污染防治工作，防止頁巖氣開采區域的環境污染問題的發生。對因頁巖氣開采而造成的污染，應及時采取有效的污染治理措施，防止污染的擴大化。

2.2建立完善的頁巖氣開采全過程的監督及管理制定

頁巖氣開采單位應加強對頁巖氣開采過程大氣、水及土壤環境污染因子的監測，制定合理的環境污染監測制度。有關部門應做好該項工作的監督工作，督促頁巖氣開采單位做好實時監測工作，同時要求頁巖氣開采單位制定頁巖氣開采環境污染應急預案。

2.3建立健全頁巖氣開采的相關的環境保護的法律法規

對頁巖氣開采可能帶來來的環境污染問題，有關政府部門應制定一系列的法律法規來規范頁巖氣的運營。比如美國的《清潔空氣法》就明確規定所有采用水力壓裂法進行頁巖氣開采的氣井都必須安裝相關的設備，減少可揮發性有機化合物及其他有害氣體的排放。我國也應該制定類似的法律法規，讓頁巖氣運營單位切實做好頁巖氣開采的環境保護工作。

3　結　語

頁巖氣井的開采建設對環境的影響不容小視，頁巖氣開采應結合我國的實際情況，采取相應的措施做好頁巖氣開采區域的環境保護工作，更好的促進頁巖氣產業的發展。

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Study on the Influence of Shale Gas Exploitation on Environment and Countermeasures

XU Hao-yu1, QU Yong-jun2, MA Hong-kui3, ZHAO Yang1, HUANG Wen-tao3, HE Xiao-hua2

(1 Chongqing branch, Potent Environment Group Co., Ltd., Chongqing 400042;2ChongqingHuadiEngineeringSurveyandDesignInstitute,Chongqing400042;3ChongqingThreeGorgesEnvironmentalProtectionGroupCo.,Ltd.,Chongqing400000,China)

Shale gas, as a kind of non conventional clean energy, has become the research hotspot at home and abroad, but its exploitation in the process of the environmental aspects of mining area water environment, atmospheric and ecological resources causes serious impact. Therefore, it was suggested that it should strengthen the exploitation of shale gas effect on regional environment, formulate reasonable shale gas mining area environmental pollution prevention and control measures and management system to promote the shale gas industry healthy, steady and rapid development, better service to the construction and development of harmonious society in China.

shale gas; environmental impact; pollution control measures

徐浩宇(1980-)，男，工程師，主要從事環保相關工程的設計工作。

屈勇軍(1984-)，男，工程師，主要從事環保工程技術的研究及應用。

X54

A

1001-9677(2016)014-0147-03