頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)策研究

徐浩宇，屈勇軍，馬洪奎 ，趙　楊，黃文韜,賀曉華

(1 博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司重慶分公司,重慶　400042；2 重慶華地工程勘察設(shè)計(jì)院,重慶　400042；3 重慶三峽環(huán)保集團(tuán)有限公司，重慶　400000)

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頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)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(huán)境集團(tuán)股份有限公司重慶分公司,重慶400042；2 重慶華地工程勘察設(shè)計(jì)院,重慶400042；3 重慶三峽環(huán)保集團(tuán)有限公司，重慶400000)

頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)的清潔能源，逐漸發(fā)展成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，但其開(kāi)采過(guò)程中對(duì)開(kāi)采區(qū)域環(huán)境水、大氣、生態(tài)等資源環(huán)境方面造成了嚴(yán)重的影響。因此，本文建議應(yīng)加強(qiáng)頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響研究，制定合理的頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域環(huán)境污染防治對(duì)策及管理制度，以促進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)步、快速的發(fā)展，更好地服務(wù)于中國(guó)和諧社會(huì)的建設(shè)與發(fā)展。

頁(yè)巖氣；環(huán)境影響；污染防治對(duì)策

頁(yè)巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，主要以吸附和游離狀態(tài)為存在方式的非常規(guī)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(yè)巖氣作為在一種非常規(guī)能源，因開(kāi)發(fā)潛力大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，逐漸成為新能源研究的熱點(diǎn)。

據(jù)報(bào)道，中國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏量為134.42×1012m3，位居全球第二，頁(yè)巖氣可開(kāi)采量25.08×1012m3位居全球第一[1-2]。開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣將有助于改善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)、緩解國(guó)內(nèi)能源供需矛盾。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)非常規(guī)天然氣的需求將逐漸增大，必然加劇我們對(duì)頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)建設(shè)及開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、廢液、固體廢物等如果不科學(xué)處置，必然會(huì)對(duì)區(qū)域環(huán)境造成污染，Anna J. Willow等[3]對(duì)俄亥俄州的基層反壓裂人士、非營(yíng)利性組織機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)代理人等進(jìn)行了開(kāi)放式的訪談以及發(fā)布了一份社會(huì)責(zé)任報(bào)告，報(bào)告中指出非常規(guī)能源發(fā)展的多樣化正在逐漸影響著人類和自然環(huán)境的關(guān)系。本文對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境污染的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述并對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境污染防治對(duì)策提出了建議。

1　頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響

我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)還處在起步階段，頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)還不是很成熟，在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中給水、空氣及生態(tài)環(huán)境造成了惡劣的影響[4]。李小敏等[5-8]認(rèn)為頁(yè)巖氣開(kāi)采各個(gè)階段均會(huì)對(duì)環(huán)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(tài)破壞等方面的影響。水平壓裂技術(shù)會(huì)使用大量的水資源，壓裂液中的化學(xué)添加劑一旦泄露，便會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響[9]，頁(yè)巖氣的水平壓裂技術(shù)也會(huì)對(duì)水資源、大氣、土壤等產(chǎn)生污染[10]，并建議我國(guó)政府應(yīng)該盡快制定與頁(yè)巖氣開(kāi)采相關(guān)的法律法規(guī)，強(qiáng)化環(huán)境管理，促進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康的發(fā)展。

1.1頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)水環(huán)境的影響

據(jù)美國(guó)能源局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一口頁(yè)巖氣井投產(chǎn)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(xué)藥劑以改善頁(yè)巖氣的鉆探環(huán)境[12-13]，化學(xué)添加劑在環(huán)境中積累的量超過(guò)環(huán)境承載能力，有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累并通過(guò)“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(duì)賓夕法尼亞的馬塞勒斯頁(yè)巖氣井開(kāi)采造成周邊居民飲用水井產(chǎn)生大量泡沫的事件進(jìn)行了研究，采用氣質(zhì)連用技術(shù)對(duì)飲用水井中有害成份進(jìn)行了分析，在井水中發(fā)現(xiàn)了二乙醇單甲醚、丙二醇、表面活性劑等壓裂返排液中常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)，目前這些化學(xué)物質(zhì)均沒(méi)有超過(guò)水污染標(biāo)準(zhǔn)限值，但隨著頁(yè)巖氣開(kāi)采的不斷發(fā)展，地表水及地下水肯定會(huì)受到頁(yè)巖氣開(kāi)采的污染。

lawattegama S K等[15]采用了多種方法對(duì)賓夕法尼亞州西南部社區(qū)周圍井水水質(zhì)的變化與頁(yè)巖氣開(kāi)采是否存在相關(guān)性進(jìn)行了研究，研究結(jié)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(xué)藥劑的含量及壓裂液對(duì)環(huán)境的污染情況，研究結(jié)果表明頁(yè)巖氣的開(kāi)采通過(guò)直接或間接的方式對(duì)地表水、地下水、大氣及土壤產(chǎn)生污染，進(jìn)而對(duì)人類身體健康產(chǎn)生危害。Reins L[17]針對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展對(duì)監(jiān)管體制提出了新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)行的監(jiān)管體制并沒(méi)有明確頁(yè)巖氣開(kāi)采會(huì)對(duì)水資源產(chǎn)生負(fù)面影響，并對(duì)美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家有關(guān)水資源方面的法律法規(guī)在應(yīng)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)水資源產(chǎn)生污染的能力方面進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明，美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家缺乏頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中對(duì)水資源產(chǎn)生影響的監(jiān)管制度，因此有必要對(duì)水平壓裂和鉆井產(chǎn)生的廢液對(duì)地表水、地下水及飲用水的影響制定合理的監(jiān)管制度。 Racicot A等[18]研究了魁北克市附近的圣勞倫斯河頁(yè)巖氣開(kāi)采基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)洛特比尼埃和貝坎庫(kù)爾村莊的2400 km2范圍內(nèi)農(nóng)林復(fù)合區(qū)破化率的影響，其主要是頁(yè)巖氣井墊、管道以及運(yùn)輸?shù)缆穼?duì)現(xiàn)有土地規(guī)劃提出了更大的挑戰(zhàn)，該研究認(rèn)為頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)該地區(qū)地下水和地表水的污染是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，并提出隨著頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，可以建立一個(gè)合理的評(píng)價(jià)體系來(lái)評(píng)估頁(yè)巖氣的開(kāi)采是如何影響環(huán)境的。

我國(guó)科學(xué)家Lu P等[19]在Energy Sources雜志上明確提出頁(yè)巖氣的開(kāi)采會(huì)對(duì)周邊區(qū)域產(chǎn)生影響，并提出在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中建立地下水、地表水等環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.2頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)大氣環(huán)境的影響

頁(yè)巖氣開(kāi)采不僅對(duì)水資源產(chǎn)生污染，還會(huì)對(duì)大氣造成污染，Peischl J等[20]采用航空飛行器對(duì)海恩斯維爾頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)、費(fèi)耶特維爾頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)及馬塞勒斯頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)三個(gè)地區(qū)頁(yè)巖氣中的甲烷排放到大氣中的量進(jìn)行了定量分析研究，研究結(jié)果顯示三個(gè)地區(qū)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(yè)巖氣甲烷損失率分別為1.0%～2.1%、1.0%～2.8%、0.18%～0.41%；通過(guò)一段時(shí)間的研究表明，三個(gè)地區(qū)的頁(yè)巖氣生產(chǎn)加權(quán)損失率約為1.1%，該數(shù)據(jù)比2012年美國(guó)環(huán)保局及環(huán)境影響評(píng)估中心規(guī)定的溫室氣體排放量標(biāo)準(zhǔn)限值1%略高一點(diǎn)，因此有必要做好頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的大氣環(huán)境保護(hù)措施。Rich A等[21]在達(dá)拉斯、沃斯堡市六縣頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域附近的居民居住區(qū)的空氣中發(fā)現(xiàn)了甲烷等102種化學(xué)物質(zhì)，其中甲烷等多種化學(xué)物質(zhì)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于城市的背景濃度，頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域附近的空氣已被污染。

1.3頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

頁(yè)巖氣的開(kāi)采不僅僅對(duì)水資源、大氣產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響、引發(fā)地震等自然災(zāi)害。Kiviat E等[22]研究發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的快速發(fā)展頁(yè)巖氣水平壓裂技術(shù)對(duì)馬塞勒斯和尤蒂卡州的生物多樣性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，其主要是通過(guò)污染生物棲息地環(huán)境狀況來(lái)影響生物多樣性。Arthur J D 等[23]認(rèn)為頁(yè)巖氣開(kāi)采鉆井密度大、頁(yè)巖氣管道多，管道施工會(huì)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的植被環(huán)境產(chǎn)生破壞性影響。岳婷等[24]提出頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中對(duì)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響極其復(fù)雜，有必要對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境影響進(jìn)行詳細(xì)研究。

1.4頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)其它方面的影響

英國(guó)科學(xué)家Clarke H等[25]認(rèn)為位于英格蘭東北部的蘭開(kāi)夏郡海岸以及附近的黑譚市在2011年發(fā)生的地震與當(dāng)?shù)仨?yè)巖氣開(kāi)采有很大的關(guān)系，首次提出頁(yè)巖氣水平壓裂開(kāi)采技術(shù)可能引發(fā)地震等自然災(zāi)害的發(fā)生。

2　頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域環(huán)境污染防治的對(duì)策

頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有助于我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、也有助于提高我國(guó)能源的安全性，中國(guó)已勘明的頁(yè)巖氣多數(shù)位于西部地區(qū)水資源匱乏的地區(qū)，因此，制定合理的頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域環(huán)境污染防治對(duì)策十分必要。

2.1加強(qiáng)頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)區(qū)域環(huán)境影響及污染防治技術(shù)的基礎(chǔ)研究

頁(yè)巖氣的開(kāi)采關(guān)系重大的民生問(wèn)題，與頁(yè)巖氣開(kāi)采有關(guān)的國(guó)土資源部、環(huán)境局等部門應(yīng)加強(qiáng)頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)水、大氣、土壤、生態(tài)等環(huán)境影響的基礎(chǔ)研究，推動(dòng)頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域環(huán)境污染防治的技術(shù)研究工作，確保在每一口頁(yè)巖氣井開(kāi)采前做好污染防治工作，防止頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境污染問(wèn)題的發(fā)生。對(duì)因頁(yè)巖氣開(kāi)采而造成的污染，應(yīng)及時(shí)采取有效的污染治理措施，防止污染的擴(kuò)大化。

2.2建立完善的頁(yè)巖氣開(kāi)采全過(guò)程的監(jiān)督及管理制定

頁(yè)巖氣開(kāi)采單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程大氣、水及土壤環(huán)境污染因子的監(jiān)測(cè)，制定合理的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)制度。有關(guān)部門應(yīng)做好該項(xiàng)工作的監(jiān)督工作，督促頁(yè)巖氣開(kāi)采單位做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)要求頁(yè)巖氣開(kāi)采單位制定頁(yè)巖氣開(kāi)采環(huán)境污染應(yīng)急預(yù)案。

2.3建立健全頁(yè)巖氣開(kāi)采的相關(guān)的環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)

對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)采可能帶來(lái)來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，有關(guān)政府部門應(yīng)制定一系列的法律法規(guī)來(lái)規(guī)范頁(yè)巖氣的運(yùn)營(yíng)。比如美國(guó)的《清潔空氣法》就明確規(guī)定所有采用水力壓裂法進(jìn)行頁(yè)巖氣開(kāi)采的氣井都必須安裝相關(guān)的設(shè)備，減少可揮發(fā)性有機(jī)化合物及其他有害氣體的排放。我國(guó)也應(yīng)該制定類似的法律法規(guī)，讓頁(yè)巖氣運(yùn)營(yíng)單位切實(shí)做好頁(yè)巖氣開(kāi)采的環(huán)境保護(hù)工作。

3　結(jié)　語(yǔ)

頁(yè)巖氣井的開(kāi)采建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響不容小視，頁(yè)巖氣開(kāi)采應(yīng)結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施做好頁(yè)巖氣開(kāi)采區(qū)域的環(huán)境保護(hù)工作，更好的促進(jìn)頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(huán)保相關(guān)工程的設(shè)計(jì)工作。

屈勇軍(1984-)，男，工程師，主要從事環(huán)保工程技術(shù)的研究及應(yīng)用。

X54

A

1001-9677(2016)014-0147-03