2009年底以來，中國一直積極推動頁巖氣資源戰(zhàn)略調查和勘探開發(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頁巖氣資源的勘探開發(fā)技術和政策上，忽略了頁巖氣資源開發(fā)可能帶來的水資源挑戰(zhàn)、環(huán)境影響及其相應的防治和管理措施等問題。
根據國土部統(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數的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，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)相關的環(huán)評導則，亟需認清頁巖氣開發(fā)對環(huán)境的潛在影響，這對于我國頁巖氣產業(yè)能否順利發(fā)展具有至關重要的意義。
頁巖氣開采的潛在影響也是公眾和社區(qū)關注的主題。擔憂主要集中在：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存儲與運輸過程中甲烷的泄漏將加劇溫室效應；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)，大多數也是季節(jié)性缺水嚴重的地區(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個月的嚴重干旱災害。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，致使當地官員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，很可能影響當地水生生物的生存、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)聲譽風險。此外，頁巖氣開采也會影響當地水流和湖泊的季節(jié)性徑流變化。
因此，頁巖氣能否成功開發(fā)的一個關鍵因素是，在不干擾當地生產、生活正常用水的前提下，當地水資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）和少量化學添加劑配制成，其中水和砂粒含量一般為99%左右，化學添加劑含量約為1%。同時，壓裂產生的返排廢水（flowback water）和生產廢水（produced water）也含有高濃度的污染物，如果管理、處置不當，可能對環(huán)境造成污染。
用于高壓液中的化學添加劑有250余種，美國能源部總結了常用的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（Naturally Occurring Radioactive Material，NORM）如鈾、釷及其衰變產物等。在頁巖氣行業(yè)廣泛使用的數百種化學品中，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。
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，他們不斷實施越來越嚴格的含油廢棄物排放標準，陸上作業(yè)的廢棄物要求送往指定地點處理，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）。根據不同地區(qū)的頁巖氣儲存構造，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（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，在生產過程中也會存在生產廢水排放（produced water）。廢水排放量與頁巖氣田的地質結構息息相關，單井大約在1～20立方米/日，壽命周期廢水排放總量可以達到數百萬加侖。生產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準限值的數百倍，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、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移至地表或淺層。劣質套管、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量問題或操作不當而破裂和空洞，化學物質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場，然后再轉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，進而污染地下水。
甲烷逸散風險
頁巖氣以甲烷為主要成分，頁巖氣井生產與傳統(tǒng)天然氣生產相比，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)中產生的氣體含有可揮發(fā)性有機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“天普大學第二個關于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生的污水和廢氣已經枯死或正面臨死亡。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)。埃科公司的鉆機無意中造成了淺層天然氣泄漏。當時，埃科公司承認甲烷已滲入當地的飲用水中，并表示會監(jiān)測是否有氣體從鉆井中逸出。據相關報道稱，美國的頁巖開采技術存在問題，如家畜飲用了開采點的水后死亡的事件。賓夕法尼亞州甲烷滲入水井之后，一些居民甚至可以點燃自家的飲用水。
同時，甲烷是一種導致全球氣候變暖的溫室氣體，溫室效應在100年時間段內比二氧化碳至少高出25倍，是比二氧化碳更強大的溫室氣體，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行頁巖氣開采的氣井都必須安裝相關設備，以減少可揮發(fā)性有機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設備，以便在進行頁巖氣開采時能夠根除可揮發(fā)性有機化合物的排放，捕集空氣污染物及甲烷。
可能引發(fā)地震風險
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險從科學和工程角度進行了評估。報告指出頁巖氣開采的帶來的地震風險較低，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)的地震低一個數量級”。另一份研究能源開發(fā)技術帶來的潛在地震風險的報告指出，壓裂技術本身很少會引發(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，而這些地區(qū)出現一連串輕微地震，理論上表明水力壓裂和地震之間具有關聯性，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，當打入地下深井會導致地層應力不穩(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。當然，水力壓裂過程是否導致地震還存在爭議，需要更多證據。
美國得克薩斯州的環(huán)境保護機構最近采取行動，調查頁巖氣與地震之間的關系。英國皇家協(xié)會建議將環(huán)境風險評估強制納入頁巖氣全壽命周期的活動，并將地震風險評估納入其中。美國國家科學研究委員會也建議當發(fā)生可能是由水力壓裂導致的地震并成為公眾關心的問題時，應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)和生產過程不可避免井場建設，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備。頁巖氣井水力壓裂液儲蓄池的挖掘，壓裂設備的布置等使得土地占用面積遠大于常規(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，甚至導致局部水土流失和泥石流災害等；在農墾區(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、井場建設以及后期天然氣外輸所需的壓縮機運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輸，其用水和廢料的運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，不僅會對當地社區(qū)造成混亂，而且有可能由于運輸車的重量超過當地道路的承受能力，對道路產生嚴重破壞（如德克薩斯州的Parker郡由于Barnett頁巖氣的開采，道路受到嚴重破壞），而且會產生大量揚塵，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，如鈾、釷及其衰變產物鐳元素等，對現場操作人員造成健康風險。
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