《美国页岩气开发的水污染风险成因、争议及对中国的启示》-经济学论文，人口资源与环境论文-论文范文参考-科学狗论文网

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美国页岩气开发的水污染风险成因、争议及对中国的启示

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夏良玉

摘要国内一些文献在讨论美国页岩气开发环境影响问题时，选择了这样的预设立场，即认为页岩气开发的环境危害显著高于常规油气开发。事实上，无论在美国的研究领域还是在实践层面，对这个问题的认识都充满了争议，争议的源头和焦点是页岩气开发的潜在水污染风险。为了客观认识页岩气开发过程中的水污染风险问题，本文从污染成因入手，聚焦争议的关键点和产生来源，并在梳理各方观点和证据的基础上得出几点认识：①关于地表泄露，并没有证据表明与水力压裂相关的泄露对水环境的负面影响程度高于其他作业环节，也不能判定页岩气开发的水污染风险高于常规油气;②关于地下泄露，目前能够认定甲烷气是潜在的地下污染源，产生的原因是完井缺陷和特殊地质条件，而源自压裂液和深层含盐地层水的污染尚未得到证实;③尽管来自液体污染物的地下水污染尚未在页岩气采区得到证实，但当地下水层和压裂作业层距离过近时，存在水污染的可能。在中国页岩气开发环境影响防治过程中，除了要借鉴美国经验，还要注意到两国之间的差异，这些差异有可能让相似根源的问题产生相异的结果。建议考虑以下几方面差异：首先，要认识到规制强度的差异，上述认识是在美国各州普遍进行严格监管的条件下得到的，如果监管放松，页岩气开发对环境的不利影响确实高于常规（非水力压裂）油气开发;其次，要重视中国特殊地质条件可能引发的新问题，如天然裂缝滑动导致生产套管变形甚至破裂、地下溶洞发育等会增大地下水污染的风险;最后，与美国不同，中国页岩气井场多位于丘陵或山地，还有一些气田临近人口稠密的村镇，这些将增加地表泄露风险和泄露发生后的补救难度。

关键词页岩气;环境影响;水污染风险;争议

中图分类号X37

文献标识码A文章编号1002-2104（2019）06-0031-09DOI：10.12062/cpre.20190328

我国的页岩气产业在全面研究和借鉴美国经验的基础之上起步和成长。在美国，页岩气开发的环境风险引起了社会的广泛关注和学界的浓厚兴趣[1-2]，在国内，这一问题也正在成为页岩气研究领域的热点，并且会随着页岩气产业的发展受到越来越多的关注。目前，以国内页岩气开发环境影响为对象的研究较少，绝大多数中国作者的文献是从不同角度介绍、分析或评价美国的研究与实践。故而，国内对页岩气环境影响的认知主要建立在美国的研究基础上。需要特别指出，一些文献在论述过程中有意或者无意地选择了这样的预设立场，即认为页岩气开发的环境危害（显著）高于常规油气开发。事实上，这一问题在美国也引发了激烈的争论，美国环保署（EPA）组织了两次专门调查，却也没有给出十分明确的结论[3]。在国内，即便舆论和学术界普遍强调页岩气开发的环境风险，但也有人持截然不同的观点，例如，业内资深专家张抗认为，页岩气的開发方式根本就不会造成污染，“页岩气污染论”完全是危言耸听[4]。

无论强调还是淡化环境危害，一旦偏离事实，都会对认知产生错误的导向，不利于协调产业发展和环境保护之间的矛盾。与页岩气开发有关的环境影响之中，最受关注的是其对水资源的潜在负面影响，包括水资源消耗和水污染风险。由于采用了耗水量较大的水力压裂技术，页岩气开发引发了对水资源过度消耗的担忧，然而，有研究指出，与其他耗水行业相比，水力压裂的水消耗量并不突出，仅在干旱地区才有可能因为水力压裂而产生阶段性的水资源短缺[5]。关于页岩气开发中的水资源消耗问题并不存在认定困难或研究难点，也没有学术上的争议，故而，对页岩气开发水环境影响的关注实质上是对水污染风险的关注。通过对学术文献和媒体事件进行梳理发现，水污染风险问题也是页岩气开发环境影响争论的起因和焦点。尽管国内有文献提及这一问题的争议性，如文献[6-7]，但未聚焦于此。故而，笔者希望通过梳理水污染风险的内在技术成因，并从成因角度分析其争议来源，以期客观呈现“页岩气污染论”的是与非，为中国页岩气发展提供借鉴。

1页岩气开发的潜在水污染成因、特征和分类

水平井钻井和水力压裂技术（以下简称水平井压裂）是推动北美页岩气革命的核心技术，但也正是这项技术组合，尤其是水力压裂，使页岩气开发饱受争议。当前已有诸多文献从不同方面阐述了页岩气开发过程中水污染风险来源和技术成因情景。更进一步地，这一部分将系统梳理这些研究成果，并从污染物来源、事故直接起因和可控性等方面来分析成因基本特征，按照成因与页岩气开发的相关性对成因情景归类，同时，结合成因特征对成因情景进行筛选。

1.1水平井压裂技术及潜在的水污染成因

（1）水平井压裂与污染物来源。水平井是指最大井斜角度近乎垂直，并且水平段在目的层中维持一定长度的井。尽管水平井增加了井筒与产层的泄流面积，但由于页岩渗透率极低，无自然产能，还必须借助压裂实现产气。水力压裂是目前应用最为广泛的压裂技术——将水基压裂液注入地下，压开地层，形成由天然裂缝和人工裂缝连结而成的裂缝网络作为产气通道。压裂完成后，部分压裂液混合深层地层水返排至地表，返排压裂液数量存在井间差异，据文献[8]估计，返排比例在15%～80%之间。压裂液和地层水混合而成的液体被称之为返排水。

压裂液和返排水含有危害健康的物质。水力压裂采用的水基压裂液（滑溜水）由水、支撑剂（比如砂）和化学添加剂构成，添加剂比例在0.01%～0.05%之间[3]。化学添加剂的构成组份被指含有多种有毒物质，如苯、二甲苯、甲苯、甲醛等致癌物;深层地层水也会携带放射性物质、腐蚀性盐和苯等[9-10]。尽管压裂液及返排水中的有毒物质占比很低，但由于压裂液和返排水总量大[10]，有毒物质总量不低，污染风险不能忽视。

除了压裂液和返排水中的有毒物质之外，作为页岩气主要成分的甲烷也被认为是污染物来源。“被点燃的自来水”成为环保组织开展反页岩气宣传活动的佐证，媒体的宣传报道也常聚焦于此。理论上，水中溶解的甲烷能够对水质产生影响，例如，甲烷在细菌作用下发生氧化反应会消耗水中的氧气，低氧环境将增加砷、铁等元素的溶解度[2]。不过，甲烷在水中的溶解度极低（1个大气压下26mg/L），在美国并未将它视为健康威胁而加以规制。尽管甲烷直接危害健康的可能性较小，但甲烷气的聚集可能会引发爆炸，因此甲烷也被视为潜在污染物。

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