我國頁巖氣開發環境保護及評價指標體系研究

董 普 賈冬冬

(中國地質大學(北京）人文經管學院，北京 100083）

頁巖氣作為儲量巨大、具備商業開采能力的非常規油氣資源之一已引起各國充分重視。據國外權威機構預測，全球頁巖氣約為456×1012m3，，美國是世界上頁巖氣開發最為成功的國家，2011年，美國頁巖氣產量超過1800×108m3。除北美的美國、加拿大以外，歐洲的德國、法國、波蘭等一些國家也積極地大力進行頁巖氣的勘探開發工作。我國頁巖氣可采量大約為26萬億m3，面對如此巨大的頁巖氣資源，我國近年制定了國家頁巖氣發展戰略規劃，以期在頁巖氣開發上獲得突破，頁巖氣特殊的開發方式導致其開發過程中不確定因素多，環評難度比常規天然氣大，亟須建立專門針對頁巖氣環保方面的法規，目前我國在該領域還是一片空白。

1 頁巖氣開發所面臨的環境風險

1.1 大氣和氣候污染

有美國前車之鑒，頁巖氣開發以及管理不當而導致的與空氣和水相關的主要環境風險如下:

(1）溫室效應。頁巖氣最基本、最重要的成分是甲烷氣體，在開發和生產中由于各種原因可能導致甲烷釋放和泄漏。目前全球氣候變暖的三分之一原因是由于甲烷氣體產生的。在美國，CATF(Clean Air Task Force）組織基于美國EPA(美國環境保護局）的估算，從石油和天然氣生產過程中釋放出的天然氣是全球電廠釋放出的二氧化碳導致全球變暖效應的35%。

(2）地面臭氧煙霧污染。主要由于天然氣燃燒釋放入大氣中的氮氧化物、碳氫化合物等在特殊的氣象條件下(強烈日光、無風或微風、夏季至秋初等），經過一系列復雜的光化學反應生成的。在美國的一些地區，由于頁巖氣的大規模開發導致的地面臭氧煙霧污染(比如氮氧化物和有機質組分），使得一些農村地區的臭氧煙霧達到了污染的臨界值。

(3）有毒氣體。放空天然氣的燃燒以及使用柴油的鉆井設備及卡車等都會產生大量的有毒氣體和煙灰，天然氣以及發動機燃燒也會產生有毒氣體。

1.2 地下水污染

非常規天然氣開發過程中的來自地層的流體、壓裂液及天然氣(甲烷）可能竄入水層并且對水層帶來不利的影響。污染地下水可能的來源主要有:①固井和完井的不合理設計及管理;②壓裂、鉆井設備及大型設備的地面震動以及擾動(目前在美國已經有證據顯示這些震動導致了當地井水的混濁）;③一些老的或沒有封堵好的廢棄井眼;④地表存在的一些水文通道，比如斷層和裂縫區等。目前美國有關報道認為頁巖氣的大規模壓裂開發會導致地下水的污染，但這仍舊是一個非常有爭議的問題。不過可以想象，在沒有嚴格的作業標準情況下，這類報道隨著頁巖氣的開發將會越來越多。

1.3 地表水污染

頁巖油氣井的產出液、壓裂液、常規鉆井操作和意外的井噴等都會含有大量的污染物質，這些污染物包括壓裂液中添加的各種化學藥劑、天然氣烴類物質、支撐劑、含有天然有毒物質的地層高礦化度水(比如放射性元素、有毒礦物質等）。如何處理這些含有污染物質的流體關系到地表水及地下水是否會受到污染。

1.4 局部地區的水資源短缺

目前頁巖氣主要開發技術是長水平井多段水力壓裂，通常而言，每口井目前的壓裂用水將高達幾萬立方米，甚至更多，比常規壓裂用水量劇增。僅美國2007年水資源用量860.3×104m3，其中60% －80%的水會返回地面，含有大量的化學劑及放射性元素。如何處理日益增多的廢水和壓裂液是必須面臨的問題，處理不當會造成環境污染。

2 頁巖氣環保開發的評價指標體系

頁巖氣環保開發的評價的目的是實施可持續發展戰略，在頁巖氣戰略實施過程中，充分考慮可能涉及的環境問題，預防頁巖氣戰略實施后可能造成的不良環境影響，協調經濟增長、社會進步與環境保護的關系。應當盡可能選擇簡單、實用、經過實踐檢驗可行的評價方法，設計的評價指標體系具有科學性。

根據以上構建原則，充分考慮頁巖氣開發評價對象特點，結合頁巖氣開發的大背景，本文將整個指標體系分為水環境、大氣環境、固體廢物、自然資源與生態保護、生態環境保護與可持續發展能力建設等6方面指標。下又設有28個二級指標作為循環經濟創新評價體系中的指標層，如表1所示。

3 頁巖氣開發環境目標與評價指標體系的權重判定

頁巖氣評價指標的權重判定權重是多指標綜合評價中的一個重要因素，權重與變量值是影響評價結果的兩大因素。在單項指標已經確定的情況下，權重的變化會導致評價結論的變化。

3.1 指標權重的確定方法

指標權重的確定方法一般不外乎兩類:一種以主觀經驗確定權重，如Delphi法(德爾菲法）、經驗權數法等;另一種是以各種數學方法為主確定指標權重，如AHP法(層次分析法）、人工神經網絡、模糊綜合評價法、灰色關聯分析法等。這兩類方法各有利弊，理想方法是將兩類方法有機地結合起來確定指標權重。本文首先通過 Delphi法(德爾菲法）來確定各個指標，然后通過 AHP法(層次分析法）來確定各個指標的權重，從而提高指標權重的準確性。

3.2 權重計算的基本步驟

第一步，構建指標體系的遞階層次結構。遞階層次結構就是在一個具有 H層結構的系統中，其第一層只有一個元素，各層次元素僅屬于某一層次，且結構中的每一元素至少與該元素的上層或下層某一元素有某種支配關系，而屬于同一層的各元素間以及不相鄰兩層元素間不存在直接的關系。綜合指標值不是各分指標簡單相加，而是一種加權求和的關系。

表1 頁巖氣開發環境目標與評價指標體系

第二步，構造判斷矩陣。在遞階層次結構綜合指標體系建立后，針對上一層次指標因素，下一層次與之有聯系的分指標之間兩兩進行比較所得的相對重要性程度，構造判斷矩陣。

第三步，層次權重值的確定及一致性檢驗。依據判斷矩陣求解各層次指標子系統或指標項的相對權重即計算判斷矩陣最大特征根及其對應的特征向量。

第四步，各層次組合權重的計算。由各判斷矩陣求得的權重值，是各層次指標子系統或指標項相對于其上層某一因素的分離權重值。因此需要將這些分離權重值組合為各具體指標項相對于最高層的組合權重值。組合權重計算公式為:

式中:wij為第i個指標第j層的權重值;k為總層數。

每個判斷矩陣一致性檢驗通過并不等于整個遞階層次結構所做判斷具有整體滿意的一致性。因此，還要進行整體一致性檢驗。

3.3 各級指標權重的判定

根據以上步驟，就可以計算出了頁巖氣開發評價指標體系中各級指標的權重，把具體數值分配到相應主題和環境目標以及評價指標里，總分值分別為100，由于頁巖氣開發正在進行，各項數據有待開發地區實施后取得，故這里省略具體分值，只提供數值取得方法。

4 結束語

頁巖氣在未來的幾十年內將起到一個非常重要的作用，我國尚處于頁巖氣的發展初期，具有很好實施環境和社會協調發展的基礎，在頁巖氣開發伊始就要把頁巖氣開發污染問題納入管理體系，建立相應的補償機制和激勵機制和政府、企業與公眾的約束機制，明確科學的頁巖氣開發環境評價指標體系，促進頁巖氣開發的良性循環發展。

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