美國頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管經(jīng)驗(yàn)及對我國的啟示

謝海燕　馬忠玉　楊晶

頁巖氣是指賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔高效的能源。美國頁巖氣革命對國際天然氣市場及世界能源格局產(chǎn)生了重大影響，帶動了全球頁巖氣研究和勘探開發(fā)熱潮，但頁巖氣大規(guī)模開發(fā)造成的環(huán)境問題也引起了較大爭議。我國頁巖氣資源豐富，是世界上少數(shù)幾個已實(shí)現(xiàn)頁巖氣商業(yè)化開發(fā)的國家之一。我國從頁巖氣開發(fā)之初就意識到開發(fā)過程中環(huán)境保護(hù)的重要性，并在頁巖氣產(chǎn)業(yè)政策中提出了環(huán)境保護(hù)的原則性規(guī)定，但目前尚未專門出臺頁巖氣的環(huán)境監(jiān)管政策措施。借鑒美國頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管經(jīng)驗(yàn)，可為我國制定頁巖氣開發(fā)的環(huán)境政策、加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管提供參考，推動我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展。

一、美國頁巖氣開發(fā)對環(huán)境的影響

從美國頁巖氣開發(fā)實(shí)踐和已有研究成果來看，頁巖氣開發(fā)對環(huán)境的影響主要包括：大量消耗水資源、存在污染地表水和地下水體的潛在風(fēng)險、增加溫室氣體排放及影響開發(fā)區(qū)域周邊居住環(huán)境等。也有部分研究表明，頁巖氣開發(fā)對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響存在不確定性。

（一）消耗大量水資源

頁巖氣開采首先進(jìn)行垂直鉆井，到達(dá)地下目標(biāo)頁巖層后，再沿儲氣巖層橫向開鉆水平井，隨后高壓注入壓裂液，裂解儲氣頁巖，獲取頁巖氣。壓裂液由99%的水、砂及1%的化學(xué)添加劑混合而成，耗水量巨大。美國壓裂一口頁巖井平均需要注入約1.8萬立方米的水，大概等同于每月維護(hù)一座18洞的高爾夫球場所需的水量，是常規(guī)天然氣開發(fā)耗水量的2—4倍。但是，與其他大多數(shù)能源生產(chǎn)所消耗的水量相比，頁巖氣開發(fā)過程中的耗水量并不高。生產(chǎn)相同單位熱量的能源，常規(guī)石油生產(chǎn)的耗水量約為頁巖氣的5—10倍；通過種植玉米（澆灌用水）生產(chǎn)生物乙醇的方式，其耗水量約為頁巖氣開發(fā)的1700倍。因此，一個地區(qū)是否適合發(fā)展頁巖氣，與該區(qū)域本身的水資源量和水資源分布密切相關(guān)。

（二）可能會造成地表水及地下水污染

頁巖氣開采主要來自于壓裂液。壓裂液中僅包含1%的化學(xué)添加劑，但化學(xué)物質(zhì)種類卻多達(dá)750多種，且絕大多數(shù)對人體具有毒害作用，對地表水和地下水存在潛在威脅。一是壓裂液可能會污染地下水。壓裂過程完成后，大約15%—70%的壓裂液要返排到地面，其余部分則留在地下，通過壓裂過程產(chǎn)生的巖石裂縫慢慢滲入蓄水層，可能會導(dǎo)致地下水污染。不過業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，飲用水是淺層地下水，如果工程質(zhì)量過關(guān)，不會影響飲用水源。二是返排液可能污染地表水和地下水。壓裂返排液有多種處理方式，美國某些州要求在鉆探場地或者運(yùn)往污水處理廠進(jìn)行處理，如果發(fā)生泄漏，對環(huán)境危害很大；還有些州允許將返排液注入水處理井，這些處理井是一些已經(jīng)廢棄的石油開發(fā)井，美國大約有144000口處理井處于運(yùn)行狀態(tài)，美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）負(fù)責(zé)監(jiān)管這些注水井的安全，確保不會給水供應(yīng)帶來威脅，但仍有一些注水井滲漏事件發(fā)生。三是管道泄漏和噴溢造成的污染。水力壓裂過程中，很可能會因?yàn)椴僮魇М?dāng)、氣井套管破損、密封不嚴(yán)等原因，導(dǎo)致壓裂液發(fā)生泄漏，或者由于超壓造成壓裂液噴溢。

（三）甲烷泄露

頁巖氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種典型的溫室氣體，其潛在溫室效應(yīng)（Global Warming Potential，GWP）影響約是二氧化碳的25倍。頁巖氣開采、集輸和儲存過程中，總有一些甲烷不可避免地逃逸到大氣之中。在油氣生產(chǎn)過程中，散逸性甲烷排放經(jīng)常在井口、管道和閥門等地方泄漏，有時候因?yàn)榕涮滋幚碓O(shè)施不完善，甚至存在故意排放。研究表明，頁巖氣開采過程中甲烷泄漏量約為產(chǎn)量的1.19%，加上加工、輸配氣環(huán)節(jié)的泄漏，大約為產(chǎn)量的2.01%。如果考慮頁巖氣開發(fā)利用的泄漏量及其溫室效應(yīng)，其全生命周期的溫室氣體排放與石油或其他能源相比是否具有明顯優(yōu)勢仍有待深入研究。

（四）誘發(fā)地震

大面積開采頁巖氣可能引起斷層活化，進(jìn)而誘發(fā)地震。研究表明，在擁有注水井的地區(qū)，地震活動明顯呈上升趨勢，并且隨著當(dāng)?shù)仨搸r氣的快速開發(fā)加速上升。美國地質(zhì)調(diào)查局2012年公布的報告認(rèn)為，美國中西部地區(qū)近十年來地震頻發(fā)，與石油和天然氣鉆探活動有關(guān)，尤其是頁巖氣開發(fā)使用的水力壓裂法以及返排液處理井（注水井）同地震次數(shù)增加密切相關(guān)。當(dāng)然，這種廢水處理方式是石油和常規(guī)天然氣開采處理廢水的常用方法，不是頁巖氣開采所獨(dú)有，但頁巖氣的大規(guī)模開采無疑增加了這種風(fēng)險。

（五）影響周邊居住環(huán)境

大部分傳統(tǒng)化石能源遠(yuǎn)離公眾視線，但頁巖氣不同于石油、煤和常規(guī)天然氣，它地理分布廣泛，其開采會沖擊鄰近居民區(qū)的周邊環(huán)境。一是頁巖氣開采比常規(guī)天然氣開采需要占用更多土地甚至是耕地，通常陸上常規(guī)氣田每10平方公里不到1口氣井，而頁巖氣田氣井?dāng)?shù)可能超過10口；二是頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的廢水、廢物含有大量有毒化學(xué)物質(zhì)，如果處置不當(dāng)，還會造成土壤污染；三是井場操作噪音較大，會影響附近居民的生活、家禽家畜繁殖等；四是頁巖氣開采還可能會破壞周邊道路和景觀，對區(qū)域旅游業(yè)帶來一定影響。

二、美國頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管措施

美國聯(lián)邦政府和州政府制定的環(huán)境監(jiān)管措施涉及頁巖氣勘探、選址、鉆井、水力壓裂、地表水及地下水污染防控、空氣污染防控等方面，為美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了重要保障。

（一）實(shí)行嚴(yán)格的環(huán)境影響評價制度

美國于1969年頒布了《國家環(huán)境政策法》，率先在全球范圍內(nèi)確立環(huán)境影響評價制度，成為預(yù)防環(huán)境污染和破壞、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境建設(shè)同步發(fā)展的重要手段。在頁巖氣開發(fā)初期，美國采用原有天然氣開采的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境影響評價標(biāo)準(zhǔn)。隨著頁巖氣產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展，出現(xiàn)的環(huán)境問題日益增多，美國出臺了專門針對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，并擴(kuò)大了環(huán)境影響評價范圍，覆蓋了頁巖氣開發(fā)利用從勘探、開發(fā)到運(yùn)輸?shù)热芷?。美國頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響評價制度十分嚴(yán)格。2011年馬里蘭州要求對馬塞勒斯頁巖氣開采的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境影響進(jìn)行研究，歷時三年，評估合格后方可進(jìn)行開發(fā)。根據(jù)美國法律，州政府有權(quán)停止頁巖氣開采，以重新進(jìn)行環(huán)境影響評價。隨著環(huán)境問題的增多，多個州中止了頁巖氣開發(fā)，重新評估頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境污染程度。

（二）以州政府為主實(shí)行水環(huán)境監(jiān)管，許多州出臺了頁巖氣壓裂液和返排液處理要求的具體規(guī)定

在頁巖氣開發(fā)初期，其環(huán)境影響沒有引起美國聯(lián)邦政府的重視，頁巖氣適用于常規(guī)油氣資源開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管體系。2005年美國出臺《能源政策法》，對《清潔水法》、《安全飲用水法》的部分條款進(jìn)行了修改，給予油氣生產(chǎn)企業(yè)一定豁免權(quán)。這些豁免使美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）失去了對頁巖氣開發(fā)核心技術(shù)——水力壓裂的有效監(jiān)管。鑒于聯(lián)邦政府對水力壓裂的監(jiān)管缺位，各州政府出臺了有別于常規(guī)油氣田開發(fā)廢水處理要求的規(guī)定。一些州允許廢水露天存放，一些州則要求所有污染性液體必須封閉儲存在罐體中進(jìn)行處理；東部各州要求取得許可后將廢水排入公共污水處理廠，西部和南部各州則允許處理后的廢水注入地下。一些州還要求企業(yè)公開披露壓裂液的組分信息。各州的監(jiān)管措施一定程度上彌補(bǔ)了聯(lián)邦政府層面的監(jiān)管不足，但面對頁巖氣快速發(fā)展的趨勢，強(qiáng)化聯(lián)邦政府監(jiān)管十分必要。美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）正在起草一套水力壓裂廢液處理的國家標(biāo)準(zhǔn)，今后廢液必須符合該標(biāo)準(zhǔn)才能運(yùn)往污水處理廠進(jìn)行處理。一些新的法案被提交到國會，試圖取消水力壓裂在《清潔水法》、《安全飲用水法》監(jiān)管中的豁免權(quán)，以使美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）重拾對水力壓裂的監(jiān)管權(quán)，雖然這些法案尚未通過，但加強(qiáng)水力壓裂的環(huán)境監(jiān)管是大勢所趨。

（三）出臺防范頁巖氣開發(fā)空氣污染的專門法規(guī)

2011年7月，美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）發(fā)布了針對油氣行業(yè)的《新污染源行為標(biāo)準(zhǔn)》、《有害空氣污染物國家排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求天然氣行業(yè)從2012年起上報每年甲烷排放情況。2012年4月18日，美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）發(fā)布了首個專門針對頁巖氣的環(huán)境法規(guī)——《頁巖氣開發(fā)環(huán)境規(guī)章》（Shale Gas Mining Environmental Regulations），要求所有采用水力壓裂法進(jìn)行頁巖氣開采的氣井到2015年1月之前，都必須安裝相關(guān)設(shè)備，以減少可揮發(fā)性有機(jī)化合物及其他有害空氣污染物的排放。

（四）支持頁巖氣企業(yè)研發(fā)環(huán)境友好技術(shù)

為幫助企業(yè)降低頁巖氣開發(fā)的環(huán)境風(fēng)險，美國政府除出臺頁巖氣開發(fā)的法律法規(guī)以外，還積極支持企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，采用環(huán)境友好開采技術(shù)，主要包括：在頁巖氣開發(fā)活動前建立當(dāng)?shù)刂饕h(huán)境指標(biāo)的基準(zhǔn)，并在開發(fā)期間進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測；優(yōu)化開發(fā)方案設(shè)計(jì)，減少鉆井?dāng)?shù)量，降低水力壓裂風(fēng)險，提高氣井采收率；倡導(dǎo)采用綠色完井技術(shù)，加強(qiáng)氣井隔離與泄漏管理；加強(qiáng)廢水處理及水循環(huán)利用；明確要求安裝甲烷捕集設(shè)備等。

三、對我國的啟示

美國頁巖氣開發(fā)初期，環(huán)境問題并未引起足夠重視，頁巖氣開發(fā)按照常規(guī)油氣資源進(jìn)行監(jiān)管。隨著頁巖氣大規(guī)模發(fā)展，環(huán)境問題日益暴露，美國出臺了專門針對頁巖氣開發(fā)利用的環(huán)境規(guī)制，但在水環(huán)境監(jiān)管方面仍存在漏洞。我國目前頁巖氣開發(fā)利用快速發(fā)展，應(yīng)未雨綢繆，充分吸取美國經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加強(qiáng)頁巖氣開發(fā)利用的環(huán)境監(jiān)管，以減少其帶來的環(huán)境影響。

一是完善頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管體制。美國頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管以州政府為主，雖然許多州政府積極出臺法規(guī)，以減少頁巖氣開發(fā)的環(huán)境代價，但各州政府出于對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的考慮，監(jiān)管規(guī)定差異較大，存在地方保護(hù)主義現(xiàn)象。我國環(huán)境監(jiān)管以中央政府為主，地方政府監(jiān)管能力較弱，需要從國家層面完善頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管機(jī)制，強(qiáng)化地方政府監(jiān)管職能，推動頁巖氣環(huán)境監(jiān)管體系建設(shè)。

二是健全頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管法規(guī)。美國具有較為完善的環(huán)境監(jiān)管法律體系，對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管力度較大，但由于油氣企業(yè)在排污方面的某些豁免權(quán)，導(dǎo)致聯(lián)邦層面對水力壓裂的監(jiān)管還存在漏洞。與美國相比，我國針對油氣資源的環(huán)境監(jiān)管法律體系尚不完善，健全油氣資源環(huán)境監(jiān)管法律體系刻不容緩，尤其是要出臺針對頁巖氣開發(fā)利用的環(huán)境技術(shù)規(guī)范和排放標(biāo)準(zhǔn)。

三是加強(qiáng)頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響評價。與美國相比，我國對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響評價制度較為寬松，僅實(shí)行建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價，尚未對頁巖氣開發(fā)實(shí)行區(qū)塊整體的環(huán)境影響評價，也沒有動態(tài)的環(huán)境影響評價制度，重事前審批、輕過程監(jiān)管。借鑒美國經(jīng)驗(yàn)，建議我國從嚴(yán)實(shí)行頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響評價制度，充分預(yù)估并動態(tài)跟蹤頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)問題，及時采取合理措施，必要時可以暫停項(xiàng)目開發(fā)，以防范環(huán)境風(fēng)險。

四是支持環(huán)境友好技術(shù)研發(fā)及推廣。采用環(huán)境友好的開采方式是控制頁巖氣開發(fā)環(huán)境風(fēng)險的重要措施，但環(huán)保技術(shù)與措施的應(yīng)用會提高頁巖氣開發(fā)成本，尤其是我國天然氣價格與其他替代能源相比缺乏競爭力，企業(yè)支付的環(huán)境成本難以通過價格向下游用戶疏導(dǎo)。因此，我國應(yīng)積極支持頁巖氣開采環(huán)境友好技術(shù)的研發(fā)，推廣典型技術(shù)和案例，降低企業(yè)環(huán)境投入成本。

五是加強(qiáng)信息公開。水力壓裂液含有多種有毒化學(xué)物質(zhì)，美國頁巖氣開發(fā)企業(yè)常以商業(yè)機(jī)密為由，拒絕公開壓裂液成分。為防止壓裂液污染環(huán)境，美國通過立法要求頁巖氣開發(fā)企業(yè)公開壓裂液的組成成分。借鑒美國經(jīng)驗(yàn)，我國也應(yīng)建立頁巖氣開發(fā)的信息披露制度，確保公眾的知情權(quán)。

（本文受國家科技重大專項(xiàng)“涪陵頁巖氣開發(fā)示范工程”（編號：2016ZX05060），以及重慶市科學(xué)技術(shù)協(xié)會、重慶市科學(xué)技術(shù)委員會2017年度調(diào)研課題“重慶市頁巖氣上下游產(chǎn)業(yè)增長潛力及效益研究”（編號：2017KXKT05）的支持）

（謝海燕，國家發(fā)改委體管所副研究員。馬忠玉，國家信息中心副主任。楊晶，國家發(fā)改委能源所博士。）