董 普 賈冬冬

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京）人文經(jīng)管學(xué)院，北京 100083）

頁(yè)巖氣作為儲(chǔ)量巨大、具備商業(yè)開采能力的非常規(guī)油氣資源之一已引起各國(guó)充分重視。據(jù)國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球頁(yè)巖氣約為456×1012m3，，美國(guó)是世界上頁(yè)巖氣開發(fā)最為成功的國(guó)家，2011年，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量超過(guò)1800×108m3。除北美的美國(guó)、加拿大以外，歐洲的德國(guó)、法國(guó)、波蘭等一些國(guó)家也積極地大力進(jìn)行頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)工作。我國(guó)頁(yè)巖氣可采量大約為26萬(wàn)億m3，面對(duì)如此巨大的頁(yè)巖氣資源，我國(guó)近年制定了國(guó)家頁(yè)巖氣發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以期在頁(yè)巖氣開發(fā)上獲得突破，頁(yè)巖氣特殊的開發(fā)方式導(dǎo)致其開發(fā)過(guò)程中不確定因素多，環(huán)評(píng)難度比常規(guī)天然氣大，亟須建立專門針對(duì)頁(yè)巖氣環(huán)保方面的法規(guī)，目前我國(guó)在該領(lǐng)域還是一片空白。

1 頁(yè)巖氣開發(fā)所面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

1.1 大氣和氣候污染

有美國(guó)前車之鑒，頁(yè)巖氣開發(fā)以及管理不當(dāng)而導(dǎo)致的與空氣和水相關(guān)的主要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)如下:

(1）溫室效應(yīng)。頁(yè)巖氣最基本、最重要的成分是甲烷氣體，在開發(fā)和生產(chǎn)中由于各種原因可能導(dǎo)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(chǎn)生的。在美國(guó)，CATF(Clean Air Task Force）組織基于美國(guó)EPA(美國(guó)環(huán)境保護(hù)局）的估算，從石油和天然氣生產(chǎn)過(guò)程中釋放出的天然氣是全球電廠釋放出的二氧化碳導(dǎo)致全球變暖效應(yīng)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?xì)浠衔锏仍谔厥獾臍庀髼l件下(強(qiáng)烈日光、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)、夏季至秋初等），經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)生成的。在美國(guó)的一些地區(qū)，由于頁(yè)巖氣的大規(guī)模開發(fā)導(dǎo)致的地面臭氧煙霧污染(比如氮氧化物和有機(jī)質(zhì)組分），使得一些農(nóng)村地區(qū)的臭氧煙霧達(dá)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(shè)備及卡車等都會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體和煙灰，天然氣以及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒也會(huì)產(chǎn)生有毒氣體。

1.2 地下水污染

非常規(guī)天然氣開發(fā)過(guò)程中的來(lái)自地層的流體、壓裂液及天然氣(甲烷）可能竄入水層并且對(duì)水層帶來(lái)不利的影響。污染地下水可能的來(lái)源主要有:①固井和完井的不合理設(shè)計(jì)及管理;②壓裂、鉆井設(shè)備及大型設(shè)備的地面震動(dòng)以及擾動(dòng)(目前在美國(guó)已經(jīng)有證據(jù)顯示這些震動(dòng)導(dǎo)致了當(dāng)?shù)鼐幕鞚幔?③一些老的或沒(méi)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(qū)等。目前美國(guó)有關(guān)報(bào)道認(rèn)為頁(yè)巖氣的大規(guī)模壓裂開發(fā)會(huì)導(dǎo)致地下水的污染，但這仍舊是一個(gè)非常有爭(zhēng)議的問(wèn)題。不過(guò)可以想象，在沒(méi)有嚴(yán)格的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)情況下，這類報(bào)道隨著頁(yè)巖氣的開發(fā)將會(huì)越來(lái)越多。

1.3 地表水污染

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

1.4 局部地區(qū)的水資源短缺

目前頁(yè)巖氣主要開發(fā)技術(shù)是長(zhǎng)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(dá)幾萬(wàn)立方米，甚至更多，比常規(guī)壓裂用水量劇增。僅美國(guó)2007年水資源用量860.3×104m3，其中60% －80%的水會(huì)返回地面，含有大量的化學(xué)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(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染。

2 頁(yè)巖氣環(huán)保開發(fā)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

頁(yè)巖氣環(huán)保開發(fā)的評(píng)價(jià)的目的是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在頁(yè)巖氣戰(zhàn)略實(shí)施過(guò)程中，充分考慮可能涉及的環(huán)境問(wèn)題，預(yù)防頁(yè)巖氣戰(zhàn)略實(shí)施后可能造成的不良環(huán)境影響，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、社會(huì)進(jìn)步與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)盡可能選擇簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)可行的評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有科學(xué)性。

根據(jù)以上構(gòu)建原則，充分考慮頁(yè)巖氣開發(fā)評(píng)價(jià)對(duì)象特點(diǎn)，結(jié)合頁(yè)巖氣開發(fā)的大背景，本文將整個(gè)指標(biāo)體系分為水環(huán)境、大氣環(huán)境、固體廢物、自然資源與生態(tài)保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)等6方面指標(biāo)。下又設(shè)有28個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新評(píng)價(jià)體系中的指標(biāo)層，如表1所示。

3 頁(yè)巖氣開發(fā)環(huán)境目標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重判定

頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重判定權(quán)重是多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要因素，權(quán)重與變量值是影響評(píng)價(jià)結(jié)果的兩大因素。在單項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)確定的情況下，權(quán)重的變化會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)論的變化。

3.1 指標(biāo)權(quán)重的確定方法

指標(biāo)權(quán)重的確定方法一般不外乎兩類:一種以主觀經(jīng)驗(yàn)確定權(quán)重，如Delphi法(德爾菲法）、經(jīng)驗(yàn)權(quán)數(shù)法等;另一種是以各種數(shù)學(xué)方法為主確定指標(biāo)權(quán)重，如AHP法(層次分析法）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊綜合評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)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(jī)地結(jié)合起來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。本文首先通過(guò) Delphi法(德爾菲法）來(lái)確定各個(gè)指標(biāo)，然后通過(guò) AHP法(層次分析法）來(lái)確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，從而提高指標(biāo)權(quán)重的準(zhǔn)確性。

3.2 權(quán)重計(jì)算的基本步驟

第一步，構(gòu)建指標(biāo)體系的遞階層次結(jié)構(gòu)。遞階層次結(jié)構(gòu)就是在一個(gè)具有 H層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，其第一層只有一個(gè)元素，各層次元素僅屬于某一層次，且結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)系。綜合指標(biāo)值不是各分指標(biāo)簡(jiǎn)單相加，而是一種加權(quán)求和的關(guān)系。

表1 頁(yè)巖氣開發(fā)環(huán)境目標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

第二步，構(gòu)造判斷矩陣。在遞階層次結(jié)構(gòu)綜合指標(biāo)體系建立后，針對(duì)上一層次指標(biāo)因素，下一層次與之有聯(lián)系的分指標(biāo)之間兩兩進(jìn)行比較所得的相對(duì)重要性程度，構(gòu)造判斷矩陣。

第三步，層次權(quán)重值的確定及一致性檢驗(yàn)。依據(jù)判斷矩陣求解各層次指標(biāo)子系統(tǒng)或指標(biāo)項(xiàng)的相對(duì)權(quán)重即計(jì)算判斷矩陣最大特征根及其對(duì)應(yīng)的特征向量。

第四步，各層次組合權(quán)重的計(jì)算。由各判斷矩陣求得的權(quán)重值，是各層次指標(biāo)子系統(tǒng)或指標(biāo)項(xiàng)相對(duì)于其上層某一因素的分離權(quán)重值。因此需要將這些分離權(quán)重值組合為各具體指標(biāo)項(xiàng)相對(duì)于最高層的組合權(quán)重值。組合權(quán)重計(jì)算公式為:

式中:wij為第i個(gè)指標(biāo)第j層的權(quán)重值;k為總層數(shù)。

每個(gè)判斷矩陣一致性檢驗(yàn)通過(guò)并不等于整個(gè)遞階層次結(jié)構(gòu)所做判斷具有整體滿意的一致性。因此，還要進(jìn)行整體一致性檢驗(yàn)。

3.3 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重的判定

根據(jù)以上步驟，就可以計(jì)算出了頁(yè)巖氣開發(fā)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，把具體數(shù)值分配到相應(yīng)主題和環(huán)境目標(biāo)以及評(píng)價(jià)指標(biāo)里，總分值分別為100，由于頁(yè)巖氣開發(fā)正在進(jìn)行，各項(xiàng)數(shù)據(jù)有待開發(fā)地區(qū)實(shí)施后取得，故這里省略具體分值，只提供數(shù)值取得方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

頁(yè)巖氣在未來(lái)的幾十年內(nèi)將起到一個(gè)非常重要的作用，我國(guó)尚處于頁(yè)巖氣的發(fā)展初期，具有很好實(shí)施環(huán)境和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)，在頁(yè)巖氣開發(fā)伊始就要把頁(yè)巖氣開發(fā)污染問(wèn)題納入管理體系，建立相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制和政府、企業(yè)與公眾的約束機(jī)制，明確科學(xué)的頁(yè)巖氣開發(fā)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，促進(jìn)頁(yè)巖氣開發(fā)的良性循環(huán)發(fā)展。

［1］王茂禎，馮之浚.循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］.中國(guó)人口·資源與環(huán)境2012，22(4）:163－164.

［2］黃玉珍，黃金亮，葛春梅，等.技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)美國(guó)頁(yè)巖氣快速發(fā)展的關(guān)鍵［J］.天然氣工業(yè)，2009，29(5）:7 －10.

［3］孜比布拉·司馬義蘇力葉·木沙江，張泳福.喀什市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究［J］.云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，(2）:10－14.

［4］潘濤，陳發(fā)曉，宋明信.借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn)辦調(diào)推進(jìn)我國(guó)非常規(guī)天然氣發(fā)展［J］.國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2010，(9）:4 －8.

［5］肖鋼，唐穎.頁(yè)巖氣及其勘探開發(fā)［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［6］張大偉.加速我國(guó)頁(yè)巖氣資源調(diào)查和勘探開發(fā)戰(zhàn)略構(gòu)想［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2010，31(2）:135 －141.