美國頁巖氣開發(fā)的水污染風(fēng)險成因、爭議及對中國的啟示

夏良玉

摘要國內(nèi)一些文獻在討論美國頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響問題時，選擇了這樣的預(yù)設(shè)立場，即認(rèn)為頁巖氣開發(fā)的環(huán)境危害顯著高于常規(guī)油氣開發(fā)。事實上，無論在美國的研究領(lǐng)域還是在實踐層面，對這個問題的認(rèn)識都充滿了爭議，爭議的源頭和焦點是頁巖氣開發(fā)的潛在水污染風(fēng)險。為了客觀認(rèn)識頁巖氣開發(fā)過程中的水污染風(fēng)險問題，本文從污染成因入手，聚焦?fàn)幾h的關(guān)鍵點和產(chǎn)生來源，并在梳理各方觀點和證據(jù)的基礎(chǔ)上得出幾點認(rèn)識：①關(guān)于地表泄露，并沒有證據(jù)表明與水力壓裂相關(guān)的泄露對水環(huán)境的負(fù)面影響程度高于其他作業(yè)環(huán)節(jié)，也不能判定頁巖氣開發(fā)的水污染風(fēng)險高于常規(guī)油氣;②關(guān)于地下泄露，目前能夠認(rèn)定甲烷氣是潛在的地下污染源，產(chǎn)生的原因是完井缺陷和特殊地質(zhì)條件，而源自壓裂液和深層含鹽地層水的污染尚未得到證實;③盡管來自液體污染物的地下水污染尚未在頁巖氣采區(qū)得到證實，但當(dāng)?shù)叵滤畬雍蛪毫炎鳂I(yè)層距離過近時，存在水污染的可能。在中國頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響防治過程中，除了要借鑒美國經(jīng)驗，還要注意到兩國之間的差異，這些差異有可能讓相似根源的問題產(chǎn)生相異的結(jié)果。建議考慮以下幾方面差異：首先，要認(rèn)識到規(guī)制強度的差異，上述認(rèn)識是在美國各州普遍進行嚴(yán)格監(jiān)管的條件下得到的，如果監(jiān)管放松，頁巖氣開發(fā)對環(huán)境的不利影響確實高于常規(guī)（非水力壓裂）油氣開發(fā);其次，要重視中國特殊地質(zhì)條件可能引發(fā)的新問題，如天然裂縫滑動導(dǎo)致生產(chǎn)套管變形甚至破裂、地下溶洞發(fā)育等會增大地下水污染的風(fēng)險;最后，與美國不同，中國頁巖氣井場多位于丘陵或山地，還有一些氣田臨近人口稠密的村鎮(zhèn)，這些將增加地表泄露風(fēng)險和泄露發(fā)生后的補救難度。

關(guān)鍵詞頁巖氣;環(huán)境影響;水污染風(fēng)險;爭議

中圖分類號X37

文獻標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2019）06-0031-09DOI：10.12062/cpre.20190328

我國的頁巖氣產(chǎn)業(yè)在全面研究和借鑒美國經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上起步和成長。在美國，頁巖氣開發(fā)的環(huán)境風(fēng)險引起了社會的廣泛關(guān)注和學(xué)界的濃厚興趣[1-2]，在國內(nèi)，這一問題也正在成為頁巖氣研究領(lǐng)域的熱點，并且會隨著頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到越來越多的關(guān)注。目前，以國內(nèi)頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響為對象的研究較少，絕大多數(shù)中國作者的文獻是從不同角度介紹、分析或評價美國的研究與實踐。故而，國內(nèi)對頁巖氣環(huán)境影響的認(rèn)知主要建立在美國的研究基礎(chǔ)上。需要特別指出，一些文獻在論述過程中有意或者無意地選擇了這樣的預(yù)設(shè)立場，即認(rèn)為頁巖氣開發(fā)的環(huán)境危害（顯著）高于常規(guī)油氣開發(fā)。事實上，這一問題在美國也引發(fā)了激烈的爭論，美國環(huán)保署（EPA）組織了兩次專門調(diào)查，卻也沒有給出十分明確的結(jié)論[3]。在國內(nèi)，即便輿論和學(xué)術(shù)界普遍強調(diào)頁巖氣開發(fā)的環(huán)境風(fēng)險，但也有人持截然不同的觀點，例如，業(yè)內(nèi)資深專家張抗認(rèn)為，頁巖氣的開發(fā)方式根本就不會造成污染，“頁巖氣污染論”完全是危言聳聽[4]。

無論強調(diào)還是淡化環(huán)境危害，一旦偏離事實，都會對認(rèn)知產(chǎn)生錯誤的導(dǎo)向，不利于協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護之間的矛盾。與頁巖氣開發(fā)有關(guān)的環(huán)境影響之中，最受關(guān)注的是其對水資源的潛在負(fù)面影響，包括水資源消耗和水污染風(fēng)險。由于采用了耗水量較大的水力壓裂技術(shù)，頁巖氣開發(fā)引發(fā)了對水資源過度消耗的擔(dān)憂，然而，有研究指出，與其他耗水行業(yè)相比，水力壓裂的水消耗量并不突出，僅在干旱地區(qū)才有可能因為水力壓裂而產(chǎn)生階段性的水資源短缺[5]。關(guān)于頁巖氣開發(fā)中的水資源消耗問題并不存在認(rèn)定困難或研究難點，也沒有學(xué)術(shù)上的爭議，故而，對頁巖氣開發(fā)水環(huán)境影響的關(guān)注實質(zhì)上是對水污染風(fēng)險的關(guān)注。通過對學(xué)術(shù)文獻和媒體事件進行梳理發(fā)現(xiàn)，水污染風(fēng)險問題也是頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響爭論的起因和焦點。盡管國內(nèi)有文獻提及這一問題的爭議性，如文獻[6-7]，但未聚焦于此。故而，筆者希望通過梳理水污染風(fēng)險的內(nèi)在技術(shù)成因，并從成因角度分析其爭議來源，以期客觀呈現(xiàn)“頁巖氣污染論”的是與非，為中國頁巖氣發(fā)展提供借鑒。

1頁巖氣開發(fā)的潛在水污染成因、特征和分類

水平井鉆井和水力壓裂技術(shù)（以下簡稱水平井壓裂）是推動北美頁巖氣革命的核心技術(shù)，但也正是這項技術(shù)組合，尤其是水力壓裂，使頁巖氣開發(fā)飽受爭議。當(dāng)前已有諸多文獻從不同方面闡述了頁巖氣開發(fā)過程中水污染風(fēng)險來源和技術(shù)成因情景。更進一步地，這一部分將系統(tǒng)梳理這些研究成果，并從污染物來源、事故直接起因和可控性等方面來分析成因基本特征，按照成因與頁巖氣開發(fā)的相關(guān)性對成因情景歸類，同時，結(jié)合成因特征對成因情景進行篩選。

1.1水平井壓裂技術(shù)及潛在的水污染成因

（1）水平井壓裂與污染物來源。水平井是指最大井斜角度近乎垂直，并且水平段在目的層中維持一定長度的井。盡管水平井增加了井筒與產(chǎn)層的泄流面積，但由于頁巖滲透率極低，無自然產(chǎn)能，還必須借助壓裂實現(xiàn)產(chǎn)氣。水力壓裂是目前應(yīng)用最為廣泛的壓裂技術(shù)——將水基壓裂液注入地下，壓開地層，形成由天然裂縫和人工裂縫連結(jié)而成的裂縫網(wǎng)絡(luò)作為產(chǎn)氣通道。壓裂完成后，部分壓裂液混合深層地層水返排至地表，返排壓裂液數(shù)量存在井間差異，據(jù)文獻[8]估計，返排比例在15%～80%之間。壓裂液和地層水混合而成的液體被稱之為返排水。

壓裂液和返排水含有危害健康的物質(zhì)。水力壓裂采用的水基壓裂液（滑溜水）由水、支撐劑（比如砂）和化學(xué)添加劑構(gòu)成，添加劑比例在0.01%～0.05%之間[3]?；瘜W(xué)添加劑的構(gòu)成組份被指含有多種有毒物質(zhì)，如苯、二甲苯、甲苯、甲醛等致癌物;深層地層水也會攜帶放射性物質(zhì)、腐蝕性鹽和苯等[9-10]。盡管壓裂液及返排水中的有毒物質(zhì)占比很低，但由于壓裂液和返排水總量大[10]，有毒物質(zhì)總量不低，污染風(fēng)險不能忽視。

除了壓裂液和返排水中的有毒物質(zhì)之外，作為頁巖氣主要成分的甲烷也被認(rèn)為是污染物來源。“被點燃的自來水”成為環(huán)保組織開展反頁巖氣宣傳活動的佐證，媒體的宣傳報道也常聚焦于此。理論上，水中溶解的甲烷能夠?qū)λ|(zhì)產(chǎn)生影響，例如，甲烷在細(xì)菌作用下發(fā)生氧化反應(yīng)會消耗水中的氧氣，低氧環(huán)境將增加砷、鐵等元素的溶解度[2]。不過，甲烷在水中的溶解度極低（1個大氣壓下26mg/L），在美國并未將它視為健康威脅而加以規(guī)制。盡管甲烷直接危害健康的可能性較小，但甲烷氣的聚集可能會引發(fā)爆炸，因此甲烷也被視為潛在污染物。