我國頁巖氣開發(fā)生態(tài)保護(hù)評價(jià)模式研究

董 普，桂 蕾，滕 宇

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)人文經(jīng)管學(xué)院，北京 100083)

1 問題的提出

據(jù)美國 《油氣雜志》 預(yù)測，世界石油產(chǎn)量到 2015～2020年將達(dá)到頂峰，此后便走“下坡路”，這意味著石油供需矛盾日益突出。我國能源匱乏困境局面更加嚴(yán)峻，尤其是天然氣和石油，2011年，我國55%的石油、30%的天然氣依靠進(jìn)口，對外依存度將逐年提高，這種局面已對國家安全造成威脅，更是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的障礙[1]。嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)迫使我國必須加快促進(jìn)非常規(guī)油氣資源也就是頁巖氣的有效開發(fā)，以緩解我國油氣資源短缺的局面。

頁巖氣是指賦存于暗色富有機(jī)質(zhì)和極低滲透率的泥頁巖、泥質(zhì)粉砂巖以及砂巖夾層系統(tǒng)中，在頁巖孔隙和天然裂縫中以游離方式存在，在干酪根和黏土顆粒表面上以吸附狀態(tài)存在，甚至在干酪根和瀝青質(zhì)中還可能以溶解狀態(tài)存在的天然氣，是自生自儲、連續(xù)聚集的非常規(guī)天然氣藏。頁巖氣作為儲量巨大、具備商業(yè)開采能力的非常規(guī)油氣資源之一已引起各國充分重視[2]。

據(jù)國外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，全球非常規(guī)天然氣資源量近4000×1012m3，約為常規(guī)天然氣資源量的8倍，其中頁巖氣約為456×1012m3，美國是世界上頁巖氣開發(fā)最為成功的國家，2011年，美國頁巖氣產(chǎn)量超過1800×108m3。除北美的美國、加拿大以外，歐洲的德國、法國、波蘭等一些國家也積極地大力進(jìn)行頁巖氣的勘探開發(fā)工作。

我國具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景和開發(fā)潛力。中美頁巖氣聚集的機(jī)理?xiàng)l件、地質(zhì)條件相似。我國主要盆地和地區(qū)的頁巖氣可采量大約為26萬億m3，我國頁巖氣產(chǎn)量只需達(dá)到美國的1/3，就可以彌補(bǔ)目前國內(nèi)300億m3的天然氣供需缺口[3]。

面對如此巨大的頁巖氣資源，我國也制定了國家頁巖氣發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以期在頁巖氣開發(fā)上獲得突破，在當(dāng)前頁巖氣開發(fā)受到政策鼓勵(lì)和企業(yè)熱捧的背后，隱藏著環(huán)保監(jiān)管法規(guī)空白的憂患。頁巖氣特殊的開發(fā)方式導(dǎo)致其開發(fā)過程中不確定因素多，環(huán)評難度比常規(guī)天然氣大，目前我國在該領(lǐng)域還是一片空白，亟須建立專門針對頁巖氣環(huán)保方面的法規(guī)。

2 頁巖氣開發(fā)所面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)頁巖氣開發(fā)的上述機(jī)制作為指引，頁巖氣開發(fā)的前期應(yīng)充分識別開發(fā)的各種環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，頁巖氣開發(fā)最主要存在污染大氣和對水方面的污染，具體污染形態(tài)及產(chǎn)生原因如表1所示。

表1 頁巖氣開發(fā)面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

3 頁巖氣環(huán)保開發(fā)的評價(jià)指標(biāo)體系

頁巖氣環(huán)保開發(fā)評價(jià)的目的是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在頁巖氣戰(zhàn)略實(shí)施過程中,充分考慮可能涉及的環(huán)境問題，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇簡單、實(shí)用、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)可行的評價(jià)方法，評價(jià)結(jié)論應(yīng)具有可操作性。本文將整個(gè)指標(biāo)體系分為水環(huán)境、大氣環(huán)境、自然資源與生態(tài)保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)等4方面指標(biāo)。在4項(xiàng)一級指標(biāo)之下，又設(shè)有18 個(gè)二級指標(biāo)作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新評價(jià)體系中的指標(biāo)層[4-5]，如表2所示。

4 頁巖氣環(huán)保開發(fā)評價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重判定及評價(jià)方法

頁巖氣環(huán)保開發(fā)評價(jià)指標(biāo)體系評價(jià)方法有多種，如 AHP 法(層次分析法)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊綜合評價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等都可以采用，下面介紹AHP 法(層次分析法)在頁巖氣開發(fā)環(huán)境保護(hù)中的具體運(yùn)用。

4.1 AHP法(層次分析法)及權(quán)重的判定

AHP法是一種根據(jù)問題和要達(dá)到的目標(biāo)，將復(fù)雜問題層次化，分解為不同組成因素的一種科學(xué)方法。按照因素間的相互關(guān)聯(lián)及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)有層次的分析結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和基本原則，對各層次的因素進(jìn)行對比分析。引入1～9比率標(biāo)度方法構(gòu)造判斷矩陣、求解判斷矩陣最大特征值及其特征向量，并得到各因素的相對權(quán)重，n階判斷矩陣權(quán)重向量公式為式(1)。

(1)

式中:wi為第i個(gè)權(quán)重向量，n為項(xiàng)數(shù)，aij為指標(biāo)第i項(xiàng)與第j項(xiàng)的相對權(quán)重。

在使用層次分析法的同時(shí)結(jié)合使用專家咨詢法，則權(quán)重更具有代表性、精確性和科學(xué)性。主要是選擇對本學(xué)科或相關(guān)專業(yè)專家學(xué)者進(jìn)行咨詢，讓各位專家在各項(xiàng)指標(biāo)已標(biāo)度的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上填寫判斷矩陣表，為精確起見可進(jìn)行多輪專家意見反饋。矩陣判斷值取專家的幾何平均值，用和積法算出各矩陣的最大特征正根λmax及其對應(yīng)的特征向量W，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即得出各層次指標(biāo)的排序結(jié)果。

4.2 評價(jià)方法

本研究評價(jià)方法首先采用線性加權(quán)法，即按不同指標(biāo)所占的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)，得出綜合指數(shù)。最后再采用生態(tài)化程度分級標(biāo)準(zhǔn)判定頁巖氣生態(tài)化安全水平等級(表3) 。生態(tài)化程度分級標(biāo)準(zhǔn)是參照 2004年中國科學(xué)院設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展能力指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，是經(jīng)國內(nèi)多位專家認(rèn)可并使用，具有廣泛的應(yīng)用性與科學(xué)性。

表2 頁巖氣開發(fā)環(huán)境目標(biāo)與評價(jià)指標(biāo)體系

計(jì)算步驟如下所示。

1) 指標(biāo)層每一指標(biāo)指數(shù)

(2)

(3)

式中:Sj為指標(biāo)層某一指標(biāo)指數(shù);Xj為該指標(biāo)規(guī)劃值;Tj為該指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。指標(biāo)規(guī)劃值是根據(jù)現(xiàn)狀值計(jì)算得出。

2) 因素層每一指標(biāo)指數(shù)

(4)

式中:Vi為因素層某一指標(biāo)指數(shù);m為該指標(biāo)所包含的次級指標(biāo)總項(xiàng)數(shù);Sj為指標(biāo)層某一指標(biāo)指數(shù);Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

3) 生態(tài)化綜合指數(shù)

(5)

式中:ECI表示頁巖氣生態(tài)綜合指數(shù);Vi為因素層某一指標(biāo)指數(shù);Wi表示第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

頁巖氣生態(tài)環(huán)境安全狀況可設(shè)定為1～5級，對應(yīng)權(quán)重系數(shù)范圍分別為0.9～1.0,0.8～0.89,0.6～0.79,0.4～0.59,0.00～0.39，相應(yīng)環(huán)保安全級別為優(yōu)、良、中、差、很差，具體內(nèi)容見表3。

由于頁巖氣開發(fā)工作剛剛起步，具體實(shí)施的地區(qū)還不多，本研究以四川已實(shí)施地區(qū)為對象，收集樣本，運(yùn)用前述方法[6]，得出頁巖氣評價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)有關(guān)數(shù)據(jù)見表4，以作為決策的參考。

表3 頁巖氣生態(tài)環(huán)境安全狀況分級表

表4 頁巖氣評價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)相對于總目標(biāo)的合成權(quán)重

續(xù)表4

5 結(jié)論

頁巖氣在未來的幾十年內(nèi)對我國能源戰(zhàn)略將起到一個(gè)非常重要的作用，由此指標(biāo)體系可以得出，我國尚處于頁巖氣的發(fā)展初期，在頁巖氣開發(fā)伊始就要把頁巖氣開發(fā)污染問題納入決策體系，政府在頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與培育中，應(yīng)注重以下考慮兩個(gè)方面。

第一，必須考慮到頁巖氣開發(fā)活動對水及大氣等環(huán)境影響后果，采取預(yù)防措施杜絕和降低相關(guān)影響后果。

第二，在發(fā)展頁巖氣這項(xiàng)改善我國能源結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵戰(zhàn)略中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)自然資源與生態(tài)保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)相互協(xié)調(diào)問題，應(yīng)盡可能使環(huán)境與頁巖氣發(fā)展和諧同步。

[1] 張大偉.加速我國頁巖氣資源調(diào)查和勘探開發(fā)戰(zhàn)略構(gòu)想[J].石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(2)：135-141.

[2] 黃玉珍，黃金亮，葛春梅，等.技術(shù)進(jìn)步是推動美國頁巖氣快速發(fā)展的關(guān)鍵[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：7-10.

[3] 肖鋼，唐穎.頁巖氣及其勘探開發(fā)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4] 王茂禎，馮之浚.循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新評價(jià)指標(biāo)體系研究[J].中國人口·資源與環(huán)境 2012,22(4):163-164.

[5] 孜比布拉·,司馬義蘇力葉·木沙江,張泳福.喀什市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011(2)：10-14.

[6] 王麗娟,潘俊.三種水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法比較分析[J].地下水，2011(3):103-104.