岳鵬翼

（山西省水資源研究所，030001，太原）

山西晉城潘莊區(qū)塊是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)試驗(yàn)最早的地區(qū)之一，位于山西省沁水縣嘉豐鎮(zhèn)與端氏鎮(zhèn)之間，是我國(guó)幾個(gè)儲(chǔ)積層較厚而且幅員遼闊的無(wú)煙煤產(chǎn)地之一。潘莊區(qū)塊構(gòu)造簡(jiǎn)單、煤層發(fā)育、區(qū)域穩(wěn)定、煤層厚度大，煤體結(jié)構(gòu)良好，煤層埋深淺，煤層頂板封閉性能好，煤層氣含量高，含氣飽和度高，煤層滲透性好，是一個(gè)得天獨(dú)厚的煤層氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)。

一、施工期對(duì)地下水影響分析

工程施工期對(duì)地下水可能造成的影響主要存在于鉆井施工環(huán)節(jié)，即鉆井施工、壓裂對(duì)地下水含水層結(jié)構(gòu)的破壞和鉆井液滲漏對(duì)地下水的污染。

在鉆井過(guò)程中，勢(shì)必造成地層震動(dòng)，有可能導(dǎo)致地層細(xì)小斷裂、破損，但由于本工程在鉆井過(guò)程中充分考慮到了項(xiàng)目區(qū)的地質(zhì)特征，采用低密度鉆井技術(shù)，可避免井塌、井漏等復(fù)雜情況的發(fā)生，大幅度減少化學(xué)泥漿材料的使用，從源頭上減少可能進(jìn)入地下的污染物的量。潘莊區(qū)塊鉆井采用清水鉆井技術(shù)和空氣鉆井技術(shù)，即分別采用空氣泡沫或清水作為鉆井循環(huán)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)欠平衡和近平衡鉆井。在鉆井過(guò)程中可以最大限度地減少鉆井液對(duì)地下水含水層的污染。降低了污染地下水的可能性。鉆井施工由于采用成熟的止水技術(shù)，在固井施工結(jié)束后不會(huì)出現(xiàn)不同含水層連通的情況，避免對(duì)地下水含水層結(jié)構(gòu)的影響。因此，在上述工程措施的保證下，因地層破裂導(dǎo)致地下水污染的情況發(fā)生概率較低。建議在鉆井同時(shí)加強(qiáng)對(duì)周?chē)叵滤谋O(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

采用常規(guī)直井工藝則必須通過(guò)壓裂改造實(shí)現(xiàn)商業(yè)性生產(chǎn)。潘莊區(qū)塊現(xiàn)階段常規(guī)直井僅開(kāi)采了3號(hào)煤層，壓裂射孔層段原則上限制在3號(hào)煤層之內(nèi)。壓裂施工中，在強(qiáng)大壓力作用下地層的節(jié)理裂隙張開(kāi)、擴(kuò)展、貫通，并被壓裂液中攜帶的支撐劑（金剛砂等）所充填。施工結(jié)束后，由于支撐劑的存在，使得節(jié)理、裂隙難以愈合，裂隙的含水或?qū)阅馨l(fā)生改變，壓裂影響范圍可達(dá)百米以上。雖然壓裂層段原則上限制在目的煤層之內(nèi)，實(shí)際對(duì)煤層頂?shù)装宓钠茐氖遣豢杀苊獾?。壓裂施工將破壞煤系地層的含水、隔水結(jié)構(gòu)，這種破壞是永久的、不可逆的。3號(hào)煤層以下至奧陶系頂面隔水巖柱地層有，本溪組平均9.7 m左右，太原組平均98.08 m，山西組大約10m，總厚約為118.15m。3號(hào)煤層壓裂施工對(duì)含隔水層結(jié)構(gòu)的影響僅限于煤系地層之中。

二、運(yùn)營(yíng)期對(duì)地下水的影響分析

區(qū)煤層氣的開(kāi)采是通過(guò)煤層氣井排水降壓，使吸附于煤的多孔介質(zhì)中的吸附氣解吸附，解吸附的氣體通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入到孔隙及裂隙系統(tǒng)中，然后滲流到井筒，再被采出地面。

潘莊區(qū)塊煤層埋藏深度250～600 m，采氣層位一般限制在目的煤層及其直接頂?shù)装?。本區(qū)煤系地層富水性弱，出水量較小。據(jù)本區(qū)已施工煤層氣孔排水資料，單孔排水量最大僅為69.53m3/d（PZP01-1）。

排采活動(dòng)貫穿于煤層氣開(kāi)采的全過(guò)程。煤層氣井的排水量不是固定值，其排水量不僅受水文地質(zhì)條件的控制，還受到氣井排采活動(dòng)的控制。一般開(kāi)采初期排水量較大，后期排水量逐漸減少。

潘莊區(qū)塊煤系地層深埋地下水，補(bǔ)給條件較差，煤層氣井排水將導(dǎo)致分析區(qū)及其周邊區(qū)域煤系地層地下水水位下降，也將導(dǎo)致地下水流場(chǎng)的改變。一方面，這使得煤系地層淺埋露頭區(qū)排泄量減少，局部補(bǔ)排關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)化；另一方面，使得煤系地層裂隙承壓水向上越流量減少甚至發(fā)生逆轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響淺層地下水。由于煤系地層含水層為弱含水層，水量有限，它的疏干對(duì)區(qū)域水資源影響較小，且分析區(qū)內(nèi)及周邊直接開(kāi)采利用煤系地層地下水的極少，現(xiàn)狀條件下煤系地層地下水主要順層向南徑流，在南部煤礦開(kāi)采區(qū)轉(zhuǎn)化為礦井涌水，排至地表。煤層氣井的開(kāi)采破壞對(duì)區(qū)域地下水系統(tǒng)影響較小。

2008年9月5日在PZP01-1號(hào)井出水口進(jìn)行了采樣。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示煤層氣井抽采排水水質(zhì)，pH值7.98，礦化度較高達(dá)1 583 mg/L，水質(zhì)類(lèi)型屬 HCO3-K+Na型，F(xiàn)含量 5.24 mg/L，總硬度12.38 mg/L，負(fù)硬度1 254.24 mg/L，是典型的煤系地層地下水水質(zhì)特征。排水水質(zhì)總體主要反應(yīng)礦化度和F含量較高，其他有害元素均未超限。水質(zhì)符合污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

三、固廢物排放對(duì)環(huán)境影響分析

潘莊區(qū)塊煤層氣開(kāi)采運(yùn)營(yíng)期固廢物以生活垃圾為主，組成類(lèi)型簡(jiǎn)單。由于項(xiàng)目在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中實(shí)際每年使用人數(shù)不同，分析報(bào)告按人數(shù)最多時(shí)進(jìn)行估算（788人），人均生活垃圾產(chǎn)生量每天為1kg，則年生活垃圾產(chǎn)生量為287.62 t。收集后交由市政部門(mén)集中處置。

我隨手撳亮了燈具，看見(jiàn)白麗筠獨(dú)自坐在沙發(fā)里，我們?cè)谀莻€(gè)沙發(fā)上盡情地做愛(ài)狂歡。白麗筠說(shuō)，你坐吧，我給你煮一杯咖啡去。

排水采氣過(guò)程中排水通過(guò)沉淀處理以后達(dá)標(biāo)排放，沉淀池產(chǎn)生的污泥量較少（最大量為3.19 t/a），污泥組成簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)化驗(yàn)可滿足《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-84）中規(guī)定的重金屬允許含量，將其熟化后作為農(nóng)肥直接施用。

根據(jù)潘莊區(qū)塊已有工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比分析，項(xiàng)目集氣管線每年產(chǎn)生約150 kg清管廢渣，擬交由山西省相關(guān)環(huán)保部門(mén)處置。

由于項(xiàng)目營(yíng)運(yùn)期固廢全部可以得到集中處置或者綜合利用，因此不會(huì)對(duì)潘莊區(qū)塊環(huán)境產(chǎn)生影響。

四、煤層氣開(kāi)采對(duì)延河泉域巖溶水環(huán)境影響分析

煤層氣開(kāi)采對(duì)巖溶地下水的影響，一方面是工程活動(dòng)對(duì)地下水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)的影響，另一方面還與開(kāi)采區(qū)下伏巖溶水系統(tǒng)的發(fā)育條件密切相關(guān)。

由于延河泉域奧陶系地層巖溶發(fā)育程度不均，在不同區(qū)域巖溶水賦存的層位、富水性及水壓值等存在很大差異。所處位置不同，相同工程活動(dòng)對(duì)巖溶水的影響程度也存在很大差別。

潘莊區(qū)塊處于延河泉域北部，區(qū)內(nèi)巖溶含水層上覆地層厚度400～600m。據(jù)水文地質(zhì)勘探資料，區(qū)內(nèi)O2f含水層單位涌水量 0.00035～0.0015 L/（s·m），富水性弱～極弱，水位標(biāo)高530～540m；鄭村鎮(zhèn)夏荷村水源井、侯村煤礦2號(hào)水源井鉆探也顯示O2f和O2S3，富水性弱，屬深埋藏徑流區(qū)～滯流區(qū)。

潘莊區(qū)塊內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在西北邊界毗鄰寺頭斷層，斷距250～300 m左右，潘莊區(qū)塊處于斷層的上升盤(pán)。斷層兩側(cè)派生或次生斷裂發(fā)育，斷裂帶的導(dǎo)水性和富水性可能稍好。

潘莊區(qū)塊煤層氣開(kāi)采主要目的層位是3號(hào)、15號(hào)煤層。15號(hào)煤層至奧陶系頂面隔水巖柱厚度20～50 m，在褶皺軸部厚度較厚。采用多分支水平井技術(shù)開(kāi)發(fā)，不會(huì)破壞煤系地層和奧陶系灰?guī)r間的含隔水結(jié)構(gòu)，鉆井和排采活動(dòng)對(duì)延河泉域巖溶地下水的影響較?。徊捎贸Ｒ?guī)直井開(kāi)發(fā)，壓裂施工會(huì)破壞3號(hào)煤層底板的隔水巖柱，使得斷層裂隙的導(dǎo)水、隔水性能發(fā)生改變，這種破壞是長(zhǎng)期的不可逆的。由于3號(hào)煤層底板與奧陶系頂面之間的隔水巖柱厚度約110 m左右，壓裂施工一般不會(huì)波及奧陶系巖溶含水層。

總之，潘莊區(qū)塊煤層氣的開(kāi)發(fā)對(duì)延河泉域巖溶地下水系統(tǒng)影響微弱，且影響是階段性的，隨著煤層氣井的關(guān)閉，影響將基本消除。

五、降低煤層氣開(kāi)采對(duì)水環(huán)境影響的對(duì)策措施

在鉆井過(guò)程中，盡量減少化學(xué)泥漿材料的使用，最大限度地減少鉆井液對(duì)地下水含水層的污染。鉆井施工必須采用成熟有效的止水技術(shù)，不允許出現(xiàn)連通不同含水層的情況。在鉆井同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周?chē)叵滤谋O(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)淺層地下水是當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活的重要供水水源，也是對(duì)水環(huán)境狀況最為敏感和脆弱的水源。煤層氣井采排水水質(zhì)礦化度和氟含量遠(yuǎn)比表層原生環(huán)境水中含量高。排采廢水直排入滲將污染淺層地下水，長(zhǎng)期飲用高氟水也會(huì)導(dǎo)致慢性氟中毒，危及當(dāng)?shù)鼐用窈推髽I(yè)員工的身體健康。必須按照 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值處理達(dá)標(biāo)后排放或利用，不得直接排放。

項(xiàng)目產(chǎn)生的固體廢物必須進(jìn)行無(wú)害化處理，對(duì)于集氣管線每年產(chǎn)生的清管廢渣，交由專(zhuān)業(yè)部門(mén)處置；生活垃圾必須集中堆放，統(tǒng)一進(jìn)行定時(shí)定點(diǎn)處理；建設(shè)固體廢物堆放場(chǎng)堆放施工期產(chǎn)生的固體廢物，并對(duì)防滲基層按國(guó)家的有關(guān)法律、法規(guī)的要求進(jìn)行防滲處理，在堆放場(chǎng)修建排水涵洞，對(duì)收集到的淋溶水處理后再綜合利用。

在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間，選定周邊環(huán)境敏感的井場(chǎng)制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃，定期進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解水質(zhì)、地下水水位等變化情況，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果定期上報(bào)當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T(mén)。