2009年底以來，中國一直積極推動頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)然而，目前中國各方面都將注意力集中在如何保障和促進(jìn)頁巖氣資源的勘探開發(fā)技術(shù)和政策上，忽略了頁巖氣資源開發(fā)可能帶來的水資源挑戰(zhàn)、環(huán)境影響及其相應(yīng)的防治和管理措施等問題。

根據(jù)國土部統(tǒng)計，截至2014年7月底，我國頁巖氣開發(fā)累計鉆井僅400口，不及美國頁巖氣鉆井?dāng)?shù)的1%，尚未形成規(guī)模，對其環(huán)境的重要影響還尚未充分顯現(xiàn)，但其對環(huán)境未來的影響不容忽視，加上我國在頁巖氣開發(fā)方面環(huán)境法律及配套法規(guī)缺失，尚沒有出臺頁巖氣開發(fā)相關(guān)的環(huán)評導(dǎo)則，亟需認(rèn)清頁巖氣開發(fā)對環(huán)境的潛在影響，這對于我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)能否順利發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。

頁巖氣開采的潛在影響也是公眾和社區(qū)關(guān)注的主題。擔(dān)憂主要集中在：①開發(fā)過程需要消耗大量水;②由于管道的不密封性、壓裂液等造成水污染;③存儲與運(yùn)輸過程中甲烷的泄漏將加劇溫室效應(yīng);④開發(fā)過程將可能誘發(fā)地震;⑤占用大量的耕地資源，破壞地表及生態(tài)植被等;⑥引起噪音、交通問題等將影響居民的日常生活。下面分別對這6方面的影響一一分析。

大量消耗水資源

頁巖氣開發(fā)最具爭議的問題之一就是水力壓裂工藝在短期內(nèi)對水資源的大量消耗。在開采頁巖氣時，水主要用于水平井鉆探和水力壓裂。水平井鉆探過程中需要水來清除沙礫、冷卻鉆頭和控制鉆探壓力，其用水量在6～60萬加侖(約250～2270立方米)之間，而高密度的用水發(fā)生在水平壓裂階段。鉆井完成后，需要高壓注入含水、沙子和化學(xué)品的流體，以破裂頁巖層。在15～30天的壓裂期中，平均每口井的需水量在200～500萬加侖(約7500～19000立方米)之間。以ChesapeakeEnergy單井450萬加侖(約17000立方米)的耗水量為例，壓裂一口井的需水量相當(dāng)于10萬中國城鎮(zhèn)居民1天的用水總量(按2010年全國城鎮(zhèn)居民日均生活用水量171升計)。

中國頁巖氣儲量豐富的地區(qū)，大多數(shù)也是季節(jié)性缺水嚴(yán)重的地區(qū)。2010年，擁有我國40%頁巖氣儲備的西南地區(qū)5個省份(四川、重慶、貴州、云南和廣西)，卻遭受了持續(xù)6個月的嚴(yán)重干旱災(zāi)害。雖然華北和東北地區(qū)擁有26%的頁巖氣資源，但總體上該地區(qū)水資源匱乏。長江下游和東南地區(qū)水資源較為豐富，但僅擁有18%的頁巖氣儲備。2013年，中國陜西北部地區(qū)近期在試開采的過程中就遇到了麻煩，致使當(dāng)?shù)毓賳T不得不暫時中斷附近城市的供水。

在這些地區(qū)，大部分水被用于工業(yè)生產(chǎn)和居民生活。在頁巖氣開發(fā)過程中，水平鉆井和水力壓裂將消耗大量的水資源，可能與工業(yè)和家庭用戶形成用水競爭，很可能影響當(dāng)?shù)厮锏纳�、漁業(yè)、城市和工業(yè)用水等，并可能迅速升級為社會矛盾或社會沖突，對頁巖氣開發(fā)企業(yè)造成更大程度的不確定性以及企業(yè)聲譽(yù)風(fēng)險。此外，頁巖氣開采也會影響當(dāng)?shù)厮骱秃吹募竟?jié)性徑流變化。

因此，頁巖氣能否成功開發(fā)的一個關(guān)鍵因素是，在不干擾當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活正常用水的前提下，當(dāng)?shù)厮Y源的供水能力是否能夠滿足頁巖氣井的鉆探與水力壓裂用水。

污染地表水和地下水

水力壓裂過程中需要向井下注入大量的壓裂液，主要由水、支撐劑(主要是砂粒)和少量化學(xué)添加劑配制成，其中水和砂粒含量一般為99%左右，化學(xué)添加劑含量約為1%。同時，壓裂產(chǎn)生的返排廢水(flowback water)和生產(chǎn)廢水(produced water)也含有高濃度的污染物，如果管理、處置不當(dāng)，可能對環(huán)境造成污染。

用于高壓液中的化學(xué)添加劑有250余種，美國能源部總結(jié)了常用的14種添加劑，例如減阻劑(friction reducer)用于降低高液與鉆井管道的摩擦，殺菌劑(biocides)用于抑制液體中微生物的繁殖和裂縫中的生物沉積，除氧劑(oxygen scavengers)和碳化物穩(wěn)定劑(stabilizers)用于防止金屬管道的腐蝕，稀酸液(diluted acids)用于移除鉆探泥漿對氣藏巖層的破壞。除了含有高壓液體中的化學(xué)添加劑成分外，還含有烴類化合物、重金屬和高溶解固體(TDS)等，其中高溶解固體組分包括鈣、鉀、鈉、氯化物和碳酸鹽以及來自氣藏巖層的天然放射性物質(zhì)(Naturally Occurring Radioactive Material，NORM)如鈾、釷及其衰變產(chǎn)物等。在頁巖氣行業(yè)廣泛使用的數(shù)百種化學(xué)品中，至少有29種對人類健康存在潛在威脅，其中13種屬于致癌物質(zhì)。

我國頁巖氣水平井用油基鉆井液鉆水平段，油基鉆井液屬于危險品，而且含油鉆屑等廢棄物屬于危險廢棄物，每口井產(chǎn)生的含油鉆屑等廢棄物200-500噸(含油量大約15-25%左右)。在美國，他們不斷實(shí)施越來越嚴(yán)格的含油廢棄物排放標(biāo)準(zhǔn)，陸上作業(yè)的廢棄物要求送往指定地點(diǎn)處理，定向排放，而在澳大利亞則不允許在陸上作業(yè)使用油基鉆井液。

在完成壓裂后，一定比例的壓裂液(一般情況下8%～20%)在壓力釋放后會回流至地表，即返排廢水(flowback water)。根據(jù)不同地區(qū)的頁巖氣儲存構(gòu)造，返排廢水總量在42萬～250萬加侖之間(大約1600～9500立方米)，這部分廢水除了含有化學(xué)添加劑、重金屬和放射性元素，還含有高濃度的鹽類和COD，需要在反排期內(nèi)(1～2周)得到有效處理。

另一方面，由于頁巖氣層也賦存了油和地下水，在生產(chǎn)過程中也會存在生產(chǎn)廢水排放(produced water)。廢水排放量與頁巖氣田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，單井大約在1～20立方米/日，壽命周期廢水排放總量可以達(dá)到數(shù)百萬加侖。生產(chǎn)廢水的污染物濃度很高，如COD濃度是國家污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)限值的數(shù)百倍，且隨著開采時間逐步增加。

水力壓裂過程中，來自氣井中的甲烷、重金屬、放射性物質(zhì)、壓裂液和其他污染物可能會通過多種潛在的途徑，如斷裂、裂縫系統(tǒng)自地下深處緩慢向上運(yùn)移至地表或淺層。劣質(zhì)套管、水泥灌注和完井工作都可能成為污染物流出的通道。另外，也可能因頁巖氣采氣管道質(zhì)量問題或操作不當(dāng)而破裂和空洞，化學(xué)物質(zhì)也會泄漏到地下水層中，污染河流、湖泊、蓄水層等水資源。而且水力壓裂過程完成之后，大部分壓裂液回流到地面，這些有毒污水先儲存在現(xiàn)場，然后再轉(zhuǎn)移到污水處理廠或回收再利用，過程中可能滲入地下或隨雨季到來外溢，進(jìn)而污染地下水。

甲烷逸散風(fēng)險

頁巖氣以甲烷為主要成分，頁巖氣井生產(chǎn)與傳統(tǒng)天然氣生產(chǎn)相比，可能因更大量的甲烷泄漏的隱患而廣受爭議。頁巖氣開發(fā)中產(chǎn)生的氣體含有可揮發(fā)性有機(jī)化合物及其他有害空氣污染物的排放，如苯和正己烷等。2010年4月的“天普大學(xué)第二個關(guān)于Marcellus頁巖氣開發(fā)的公開討論會”上有報告指出，頁巖氣開采產(chǎn)生的廢氣中有61%的成分是對健康有害的，該鎮(zhèn)開采地附近的許多樹木因開采產(chǎn)生的污水和廢氣已經(jīng)枯死或正面臨死亡。2010年4月，迪索托大約150戶居民被迫疏散到鄰近的卡多縣正是由于埃科(Exco)。埃科公司的鉆機(jī)無意中造成了淺層天然氣泄漏。當(dāng)時，�？乒境姓J(rèn)甲烷已滲入當(dāng)?shù)氐娘嬘盟�，并表示會監(jiān)測是否有氣體從鉆井中逸出。據(jù)相關(guān)報道稱，美國的頁巖開采技術(shù)存在問題，如家畜飲用了開采點(diǎn)的水后死亡的事件。賓夕法尼亞州甲烷滲入水井之后，一些居民甚至可以點(diǎn)燃自家的飲用水。

同時，甲烷是一種導(dǎo)致全球氣候變暖的溫室氣體，溫室效應(yīng)在100年時間段內(nèi)比二氧化碳至少高出25倍，是比二氧化碳更強(qiáng)大的溫室氣體，甲烷逃逸到大氣中會加劇全球變暖，甲烷滲入地下蓄水層，會造成地下水污染。甲烷泄漏可能來自頁巖氣開發(fā)過程中的故意排氣、設(shè)備泄漏，或者水力壓裂過程。在美國，37%的甲烷排放總量來自于油氣行業(yè)。每年油氣行業(yè)釋放的甲烷量達(dá)到1200萬噸，其中80%為不必要的排放，造成的后果相對于2億噸以上的二氧化碳排放。

其中，美國環(huán)保署頒布了一項(xiàng)新法規(guī)，該法規(guī)要求到2015年1月，所有采用水力壓裂法進(jìn)行頁巖氣開采的氣井都必須安裝相關(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，如苯和正己烷等。截至2013年初，美國新氣井中約有一半已安裝了相關(guān)設(shè)備，以便在進(jìn)行頁巖氣開采時能夠根除可揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，捕集空氣污染物及甲烷。

可能引發(fā)地震風(fēng)險

英國皇家協(xié)會的最近一份報告為英國頁巖氣開采和壓裂活動帶來的風(fēng)險從科學(xué)和工程角度進(jìn)行了評估。報告指出頁巖氣開采的帶來的地震風(fēng)險較低，而且“由于頁巖氣開發(fā)帶來的地震很可能比英國自然發(fā)生的和由于煤炭開采而引發(fā)的地震低一個數(shù)量級”。另一份研究能源開發(fā)技術(shù)帶來的潛在地震風(fēng)險的報告指出，壓裂技術(shù)本身很少會引發(fā)有感地震(M>2.0)。

盡管如此，在美國有大量石油和天然氣開發(fā)的地區(qū)有越來越多的和震級較大的地震。在美國阿肯色州、賓夕法尼亞州、俄亥俄州、俄克拉何馬州等地區(qū)的頁巖氣開發(fā)中廣泛使用了水力壓裂技術(shù)，而這些地區(qū)出現(xiàn)一連串輕微地震，理論上表明水力壓裂和地震之間具有關(guān)聯(lián)性，但具體原因還未查明。

也有專家表示，地震不一定是由水力壓裂過程引起，而可能是水力壓裂使用過的大量壓裂液的處理，當(dāng)打入地下深井會導(dǎo)致地層應(yīng)力不穩(wěn)定而發(fā)生微震。還有專家指出，向頁巖層大量注水，可能促使深層巖石滑動，引發(fā)地震。當(dāng)然，水力壓裂過程是否導(dǎo)致地震還存在爭議，需要更多證據(jù)。

美國得克薩斯州的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)最近采取行動，調(diào)查頁巖氣與地震之間的關(guān)系。英國皇家協(xié)會建議將環(huán)境風(fēng)險評估強(qiáng)制納入頁巖氣全壽命周期的活動，并將地震風(fēng)險評估納入其中。美國國家科學(xué)研究委員會也建議當(dāng)發(fā)生可能是由水力壓裂導(dǎo)致的地震并成為公眾關(guān)心的問題時，應(yīng)該開展評估來了解地震發(fā)生的原因。

對地表造成破壞

頁巖氣的勘探、開發(fā)和生產(chǎn)過程不可避免井場建設(shè)，道路和管道基建等帶來的大面積地表清理，同時，頁巖氣井水力壓裂也需要大量施工設(shè)備。頁巖氣井水力壓裂液儲蓄池的挖掘，壓裂設(shè)備的布置等使得土地占用面積遠(yuǎn)大于常規(guī)油氣藏的鉆井井場。在原生態(tài)地區(qū)，將造成大量的野生植被破壞，影響野生動物的棲息環(huán)境，甚至導(dǎo)致局部水土流失和泥石流災(zāi)害等;在農(nóng)墾區(qū)，占用大量的耕地資源，加劇土地矛盾。

其他的環(huán)境影響

(1)噪聲問題。水平井鉆井、水力壓裂、井場建設(shè)以及后期天然氣外輸所需的壓縮機(jī)運(yùn)行等方面都存在噪音污染;

(2)交通問題。頁巖氣壓裂過程中使用的壓裂液動輒上萬立方米，需要大批罐車來回運(yùn)輸，其用水和廢料的運(yùn)輸專車必然會擠占常規(guī)交通工具使用的公路，給周邊交通造成壓力，不僅會對當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)造成混亂，而且有可能由于運(yùn)輸車的重量超過當(dāng)?shù)氐缆返某惺苣芰�，對道路產(chǎn)生嚴(yán)重破壞(如德克薩斯州的Parker郡由于Barnett頁巖氣的開采，道路受到嚴(yán)重破壞)，而且會產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，尤其是非硬化路段。

(3)某些情況下，鉆井和壓裂過程中會遇到痕量的天然放射性物質(zhì)，如鈾、釷及其衰變產(chǎn)物鐳元素等，對現(xiàn)場操作人員造成健康風(fēng)險。

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