我國頁巖氣開發生態保護評價模式研究

董 普，桂 蕾，滕 宇

(中國地質大學(北京)人文經管學院，北京 100083)

1 問題的提出

據美國 《油氣雜志》 預測，世界石油產量到 2015～2020年將達到頂峰，此后便走“下坡路”，這意味著石油供需矛盾日益突出。我國能源匱乏困境局面更加嚴峻，尤其是天然氣和石油，2011年，我國55%的石油、30%的天然氣依靠進口，對外依存度將逐年提高，這種局面已對國家安全造成威脅，更是經濟可持續發展的障礙[1]。嚴峻現實迫使我國必須加快促進非常規油氣資源也就是頁巖氣的有效開發，以緩解我國油氣資源短缺的局面。

頁巖氣是指賦存于暗色富有機質和極低滲透率的泥頁巖、泥質粉砂巖以及砂巖夾層系統中，在頁巖孔隙和天然裂縫中以游離方式存在，在干酪根和黏土顆粒表面上以吸附狀態存在，甚至在干酪根和瀝青質中還可能以溶解狀態存在的天然氣，是自生自儲、連續聚集的非常規天然氣藏。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[2]。

據國外權威機構預測，全球非常規天然氣資源量近4000×1012m3，約為常規天然氣資源量的8倍，其中頁巖氣約為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。

我國具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景和開發潛力。中美頁巖氣聚集的機理條件、地質條件相似。我國主要盆地和地區的頁巖氣可采量大約為26萬億m3，我國頁巖氣產量只需達到美國的1/3，就可以彌補目前國內300億m3的天然氣供需缺口[3]。

面對如此巨大的頁巖氣資源，我國也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，在當前頁巖氣開發受到政策鼓勵和企業熱捧的背后，隱藏著環保監管法規空白的憂患。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，目前我國在該領域還是一片空白，亟須建立專門針對頁巖氣環保方面的法規。

2 頁巖氣開發所面臨的環境風險

根據頁巖氣開發的上述機制作為指引，頁巖氣開發的前期應充分識別開發的各種環保風險，頁巖氣開發最主要存在污染大氣和對水方面的污染，具體污染形態及產生原因如表1所示。

表1 頁巖氣開發面臨的環境風險

3 頁巖氣環保開發的評價指標體系

頁巖氣環保開發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，應當盡可能選擇簡單、實用、經過實踐檢驗可行的評價方法，評價結論應具有可操作性。本文將整個指標體系分為水環境、大氣環境、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4方面指標。在4項一級指標之下，又設有18 個二級指標作為循環經濟創新評價體系中的指標層[4-5]，如表2所示。

4 頁巖氣環保開發評價指標體系權重判定及評價方法

頁巖氣環保開發評價指標體系評價方法有多種，如 AHP 法(層次分析法)、人工神經網絡、模糊綜合評價法、灰色關聯分析法等都可以采用，下面介紹AHP 法(層次分析法)在頁巖氣開發環境保護中的具體運用。

4.1 AHP法(層次分析法)及權重的判定

AHP法是一種根據問題和要達到的目標，將復雜問題層次化，分解為不同組成因素的一種科學方法。按照因素間的相互關聯及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個有層次的分析結構模型，同時根據系統的特點和基本原則，對各層次的因素進行對比分析。引入1～9比率標度方法構造判斷矩陣、求解判斷矩陣最大特征值及其特征向量，并得到各因素的相對權重，n階判斷矩陣權重向量公式為式(1)。

(1)

式中:wi為第i個權重向量，n為項數，aij為指標第i項與第j項的相對權重。

在使用層次分析法的同時結合使用專家咨詢法，則權重更具有代表性、精確性和科學性。主要是選擇對本學科或相關專業專家學者進行咨詢，讓各位專家在各項指標已標度的標準基礎上填寫判斷矩陣表，為精確起見可進行多輪專家意見反饋。矩陣判斷值取專家的幾何平均值，用和積法算出各矩陣的最大特征正根λmax及其對應的特征向量W，并進行一致性檢驗，即得出各層次指標的排序結果。

4.2 評價方法

本研究評價方法首先采用線性加權法，即按不同指標所占的權重進行加權，得出綜合指數。最后再采用生態化程度分級標準判定頁巖氣生態化安全水平等級(表3) 。生態化程度分級標準是參照 2004年中國科學院設計的可持續發展能力指數分級標準，是經國內多位專家認可并使用，具有廣泛的應用性與科學性。

表2 頁巖氣開發環境目標與評價指標體系

計算步驟如下所示。

1) 指標層每一指標指數

(2)

(3)

式中:Sj為指標層某一指標指數;Xj為該指標規劃值;Tj為該指標的標準值。指標規劃值是根據現狀值計算得出。

2) 因素層每一指標指數

(4)

式中:Vi為因素層某一指標指數;m為該指標所包含的次級指標總項數;Sj為指標層某一指標指數;Wj為第j個指標的權重。

3) 生態化綜合指數

(5)

式中:ECI表示頁巖氣生態綜合指數;Vi為因素層某一指標指數;Wi表示第i個指標的權重。

頁巖氣生態環境安全狀況可設定為1～5級，對應權重系數范圍分別為0.9～1.0,0.8～0.89,0.6～0.79,0.4～0.59,0.00～0.39，相應環保安全級別為優、良、中、差、很差，具體內容見表3。

由于頁巖氣開發工作剛剛起步，具體實施的地區還不多，本研究以四川已實施地區為對象，收集樣本，運用前述方法[6]，得出頁巖氣評價指標體系各指標有關數據見表4，以作為決策的參考。

表3 頁巖氣生態環境安全狀況分級表

表4 頁巖氣評價指標體系各指標相對于總目標的合成權重

續表4

5 結論

頁巖氣在未來的幾十年內對我國能源戰略將起到一個非常重要的作用，由此指標體系可以得出，我國尚處于頁巖氣的發展初期，在頁巖氣開發伊始就要把頁巖氣開發污染問題納入決策體系，政府在頁巖氣產業的發展與培育中，應注重以下考慮兩個方面。

第一，必須考慮到頁巖氣開發活動對水及大氣等環境影響后果，采取預防措施杜絕和降低相關影響后果。

第二，在發展頁巖氣這項改善我國能源結構的關鍵戰略中，應強調自然資源與生態保護以及可持續發展能力建設相互協調問題，應盡可能使環境與頁巖氣發展和諧同步。

[1] 張大偉.加速我國頁巖氣資源調查和勘探開發戰略構想[J].石油與天然氣地質，2010，31(2)：135-141.

[2] 黃玉珍，黃金亮，葛春梅，等.技術進步是推動美國頁巖氣快速發展的關鍵[J].天然氣工業，2009，29(5)：7-10.

[3] 肖鋼，唐穎.頁巖氣及其勘探開發[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4] 王茂禎，馮之浚.循環經濟創新評價指標體系研究[J].中國人口·資源與環境 2012,22(4):163-164.

[5] 孜比布拉·,司馬義蘇力葉·木沙江,張泳福.喀什市城市生態環境質量評價研究[J].云南大學學報：自然科學版，2011(2)：10-14.

[6] 王麗娟,潘俊.三種水環境質量評價方法比較分析[J].地下水，2011(3):103-104.