李雨澈 李澈

（中國石油大學(xué)（北京））

環(huán)境地球物理監(jiān)測技術(shù)在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用＊

李雨澈 李澈

（中國石油大學(xué)（北京））

頁巖氣開發(fā)可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)正日益受到廣泛關(guān)注。文章分析了頁巖氣開發(fā)過程中所面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境地球物理學(xué)的基本原理、技術(shù)手段和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并以某垃圾填埋場為例說明其在污染物監(jiān)測和治理中的應(yīng)用。從地下水和地表水體污染監(jiān)測、土壤污染監(jiān)測、地震等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等方面分析其在防控頁巖氣開發(fā)潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面的應(yīng)用前景，并提出相應(yīng)的建議。

頁巖氣；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境地球物理；環(huán)境監(jiān)測

0 引 言

頁巖氣作為一種新興的天然氣資源近年來發(fā)展迅速，其商業(yè)開發(fā)的成功對(duì)世界能源格局產(chǎn)生了重要影響。中國擁有豐富的頁巖氣資源且賦存潛力很大，自“十二五”以來我國的頁巖氣研究正逐漸從試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)向勘探開發(fā)階段。在創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，頁巖氣開發(fā)可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也逐漸進(jìn)入了公眾的視野并引發(fā)了大量討論。頁巖氣開發(fā)潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與其開發(fā)中所使用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——水力壓裂聯(lián)系緊密。儲(chǔ)集頁巖氣的泥頁巖儲(chǔ)層屬于低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層，在傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系下這類儲(chǔ)層不具有開發(fā)價(jià)值。水力壓裂的基本原理是將攜有部分化合物和支撐劑的高壓壓裂液泵入目標(biāo)地層中，在壓裂巖石的同時(shí)使支撐劑存留于巖石裂縫中防止縫隙閉合，從而使賦存于泥頁巖中的頁巖氣通過壓裂產(chǎn)生的裂縫持續(xù)釋放出來［1］。

由于水力壓裂對(duì)環(huán)境的危害，目前水力壓裂作業(yè)在包括英、法等國在內(nèi)的多數(shù)歐洲國家被禁止，美國的部分州也已將完成其環(huán)境影響評(píng)價(jià)作為開展頁巖氣開發(fā)的前提加以立法保障。面對(duì)頁巖氣開發(fā)過程中潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如何對(duì)其進(jìn)行有效而相對(duì)成本較低的監(jiān)測和防控已經(jīng)成為一項(xiàng)亟待工業(yè)界和環(huán)保界解決的課題。

1 頁巖氣開發(fā)面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

國內(nèi)外研究者針對(duì)頁巖氣開發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的研究結(jié)論大體可歸納為四個(gè)方面［2-5］：①消耗大量的水，給當(dāng)?shù)厮Y源帶來負(fù)擔(dān)；②壓裂液中含有的有害化學(xué)制劑會(huì)污染地表水和地下水資源，地層中含有的重金屬毒鹽類和放射性物質(zhì)也會(huì)隨著返排的壓裂液被帶入上部的地層和地表，進(jìn)而對(duì)地下和地表水環(huán)境造成污染，返排液處置不當(dāng)還可能污染地表土壤；③作為頁巖氣主要成分的甲烷會(huì)在實(shí)施水力壓裂過程中泄漏，造成地下水和地表水污染并進(jìn)入空氣中加劇溫室效應(yīng)；④壓裂地下巖層會(huì)改變其原有的應(yīng)力平衡，可能誘發(fā)地震和其他地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于上述第一項(xiàng)水資源消耗的問題，不同的研究者對(duì)其歸類存在一定差異，一部分研究者將其歸入環(huán)境問題，更多的文獻(xiàn)則將其作為資源問題單獨(dú)加以論述，本文主要探討頁巖氣開發(fā)可能造成的環(huán)境污染和地質(zhì)災(zāi)害，重點(diǎn)對(duì)后三個(gè)方面的問題進(jìn)行論述。

◆壓裂液對(duì)地下水及地表水資源和地表土壤的污染一方面，壓裂液中含有占其組成0.5%～2．0%的有害化學(xué)藥劑，其種類達(dá)數(shù)百種。此類藥劑的主要作用是改善壓裂效果提高壓裂液的攜砂能力，其中既包括稀鹽酸、硼酸鹽、氯化鉀等無機(jī)物，也包括胍膠、聚丙烯酰胺、礦物油等有機(jī)物［6］。這些有害物質(zhì)隨壓裂液進(jìn)入地層后有一部分殘留于地層中，如在地層壓力作用下發(fā)生遷移滲入地下水層，將對(duì)地下水造成污染，并可能隨著水系統(tǒng)的循環(huán)進(jìn)入地表水系統(tǒng)。此外，返排回地面的壓裂液又會(huì)帶出原本深埋于地下的有害物質(zhì)，其中包括含重金屬元素的有毒鹽類、烴類有機(jī)物以及鐳等放射性物質(zhì)。這些壓裂液中原有的和從地下帶出的有毒、有害物質(zhì)可能在返排過程中受地下壓力的作用滲入到近地表的蓄水層中造成地下水污染。最終返回到地表的壓裂廢液則可能由于存放不當(dāng)或其他意外因素造成泄漏而流入土壤和地表水系統(tǒng)中，造成土壤及地表水的污染。

◆甲烷泄漏造成污染 泄漏的甲烷可能溶入地下水中對(duì)地下水造成污染，并進(jìn)入到空氣中加劇溫室效應(yīng)。壓裂液壓裂頁巖釋放頁巖氣的過程中將有一部分頁巖氣發(fā)生逸散，與常規(guī)的天然氣儲(chǔ)層相比，頁巖儲(chǔ)層的地層壓力更大，因此將導(dǎo)致更多的頁巖氣逸散。頁巖氣的主要成分是甲烷，如進(jìn)入地下水和地表水環(huán)境將對(duì)水資源造成污染。美國杜克大學(xué)的研究人員在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上撰文指出：賓夕法尼亞州使用水力壓裂開采頁巖氣的地區(qū)，其地下水中的甲烷含量大約是未鉆探地區(qū)的17倍。該項(xiàng)研究對(duì)比了賓夕法尼亞和紐約兩州五個(gè)郡的68口水井中的甲烷含量，并最終得出結(jié)論稱飲用水受污染的現(xiàn)象與水力壓裂法開采頁巖氣有直接關(guān)系［7］。除了對(duì)水資源造成污染，甲烷本身還是一種溫室氣體，有研究表明同等質(zhì)量的甲烷以20年和100年為周期，其溫室效應(yīng)分別是CO2的60倍和21倍，大量甲烷逸散到空氣中無疑會(huì)加劇溫室效應(yīng)［8］。表1列出了美國四個(gè)不同地區(qū)頁巖氣井返排液體中的甲烷含量。

表1 美國四個(gè)地區(qū)頁巖氣井返排液體中甲烷含量

◆地層應(yīng)力平衡改變誘發(fā)地震及其他地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn) 水力壓裂可能破壞地下原有的應(yīng)力平衡進(jìn)而引發(fā)包括地震在內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害。近年來，美國賓夕法尼亞、俄亥俄、阿肯色等州在實(shí)施水力壓裂作業(yè)進(jìn)行頁巖氣開采過程中，先后觀測到了一系列微弱地震，研究者認(rèn)為這些地震的發(fā)生與水力壓裂作業(yè)有直接關(guān)系。2012年7月發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的一項(xiàng)研究結(jié)果指出：“無論是自然發(fā)生還是由人工向地下注入液體的活動(dòng)，都有可能通過破壞地下深部孔洞、腔體和裂縫而引發(fā)大地震”。在該論文中，研究者在對(duì)一些水力壓裂作業(yè)地區(qū)發(fā)生的地震案例進(jìn)行研究對(duì)比后，認(rèn)為“地震與用高壓液體碎裂巖石有關(guān)”。同年美國地質(zhì)調(diào)查局公布的一份報(bào)告也稱，近年來美國一些實(shí)施水力壓裂作業(yè)地區(qū)地震頻發(fā)的現(xiàn)象“幾乎可以確定是人類活動(dòng)造成的”［9-10］。

2 環(huán)境地球物理學(xué)的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 環(huán)境地球物理學(xué)的基本原理和研究對(duì)象

環(huán)境地球物理學(xué)（environmental geophysics）又稱近地表地球物理學(xué)（near-surface geophysics），該學(xué)科是一門融合了環(huán)境科學(xué)與地球物理學(xué)理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段的交叉學(xué)科。其基本思想是基于地球物理學(xué)的理論方法，通過對(duì)某些地球物理場的監(jiān)測情況來探究特定地球物理特性的變化對(duì)人類生存環(huán)境的影響和人類活動(dòng)所導(dǎo)致的地球物理場的變化及其背后的自然環(huán)境和地質(zhì)條件變化［11-12］。環(huán)境地球物理學(xué)是一門具有很大潛在應(yīng)用價(jià)值的新興學(xué)科，近年來發(fā)展迅速，在解決環(huán)境污染監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境變化預(yù)測、環(huán)境治理措施效果檢查等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

環(huán)境地球物理學(xué)的探測手段和勘探地球物理較為相似，但二者的研究對(duì)象和研究目的存在較大差異?？碧降厍蛭锢碇饕芯繋r石圈內(nèi)的物質(zhì)（元素或有用礦物）分布及其異常，以地球上某個(gè)局部地區(qū)為研究對(duì)象，側(cè)重于對(duì)研究對(duì)象狀態(tài)的靜態(tài)描述。而環(huán)境地球物理學(xué)則側(cè)重于研究巖石圈、大氣圈、水圈、生物圈中物質(zhì)的分布和遷移演化，更加關(guān)注對(duì)生物界和自然界關(guān)系的動(dòng)態(tài)描述。

當(dāng)前環(huán)境地球物理學(xué)的研究對(duì)象和研究目的主要包括以下三個(gè)方面［13］：①研究地球物理場變化對(duì)自然環(huán)境和生物（主要是人）的影響；②監(jiān)測環(huán)境污染情況并對(duì)其治理過程進(jìn)行跟蹤；③資源破壞和地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)防和治理。與傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方法相比，低成本、高分辨率和無損檢測是環(huán)境地球物理監(jiān)測的主要優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)某地區(qū)的地下水體污染情況進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的方法則要在水體上游和下游分別打井取水樣進(jìn)行檢測。而環(huán)境地球物理方法則只需監(jiān)測能夠表征水體污染情況的若干地球物理場變化情況，就可實(shí)現(xiàn)同樣的目的，既減少時(shí)間、節(jié)約成本，且避免了可能造成的二次污染。

地質(zhì)體某些物理特性的變化會(huì)引起若干種地球物理場（重力、磁、電、放射性、地震波等）的相應(yīng)變化，對(duì)這些物理場的觀測和對(duì)其所表征現(xiàn)象的研究是環(huán)境地球物理學(xué)賴以認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)。環(huán)境地球物理學(xué)的研究幾乎使用了目前地球物理學(xué)的所有研究方法，其中主要方法按研究的物理場可分為電法、磁法、重力法、地?zé)岱ā⒌卣鸱ê头派湫苑ǖ龋?4］。其中，電法利用巖石、礦石、流體等之間在電、磁性質(zhì)上的差異，通過研究電磁場的空間分布規(guī)律對(duì)其進(jìn)行反演來獲取所需信息。電法的具體實(shí)施方法很多，包括自然電位、電阻率、極化激發(fā)、探地雷等多種方法，是目前環(huán)境污染調(diào)查使用最多的方法。磁法利用污染物會(huì)改變介質(zhì)固有磁化率和磁化強(qiáng)度的原理，通過磁力儀觀測磁性異常來推測污染體的空間分布情況和規(guī)模，該方法主要應(yīng)用于大氣和水體污染調(diào)查、地下廢棄金屬探測等。重力法以地下物體的密度差為觀測量，通過研究重力異常來獲取地下密度變化信息。該方法兼具探測范圍廣和分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，在尋找地下埋藏廢棄物，預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害方面有廣泛應(yīng)用。地?zé)岱赏ㄟ^對(duì)局部地?zé)岙惓５难芯?，分析不同?gòu)造的地下分布情況，還可以用于地下流體和巖性邊界的研究，但該方法受測量方法和分辨率的限制目前尚未實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。地震法是勘探地球物理中最重要的技術(shù)手段之一，該方法應(yīng)用成熟、分辨率高，在環(huán)境地球物理領(lǐng)域可用于地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測，缺點(diǎn)是成本較高。放射法通過探測放射性物質(zhì)的放射強(qiáng)度來研究環(huán)境問題，可對(duì)地下的放射性污染物進(jìn)行監(jiān)測確定其位置和規(guī)模。

2.2 環(huán)境地球物理學(xué)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

自上世紀(jì)70年代起國外已有少量關(guān)于環(huán)境地球物理學(xué)的工作見諸報(bào)道，“環(huán)境地球物理”的概念于1985年正式由美國勘探地球物理學(xué)會(huì)（SEG）提出。1988年，第一屆“地球物理用于工程和環(huán)境問題研討會(huì)（SAGEEP）”在美國召開，在此基礎(chǔ)上又于1992年的SAGEEP年會(huì)上成立了“環(huán)境和工程地球物理學(xué)會(huì)（EEGS）”。1993年，SEG成立“近地表地球物理委員會(huì)（NSG）”。此外，一系列以環(huán)境地球物理為研究內(nèi)容的專著也相繼出版。以上事件標(biāo)志著環(huán)境地球物理這一新興交叉學(xué)科從知識(shí)體系到組織上的基本形成。

我國的環(huán)境地球物理工作起步于20世紀(jì)80年代，1993年中國地球物理學(xué)會(huì)成立了環(huán)境專業(yè)委員會(huì)。1994年以劉光鼎院士為組長的“地球物理學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研究組”在《自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告，地球物理學(xué)》中提出：應(yīng)該用地球物理學(xué)方法進(jìn)行環(huán)境污染的監(jiān)測研究。同時(shí)報(bào)告還指出了在我國開展環(huán)境地球物理學(xué)研究，將其應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和礦產(chǎn)資源均衡開發(fā)利用的可行性和必要性。盡管我國的環(huán)境地球物理研究起步時(shí)間晚于國外，同時(shí)面臨著沒有專門的研究機(jī)構(gòu)、研究經(jīng)費(fèi)短缺等問題，但20年來仍然在某些方面取得了較突出的成就，如地下放射性物質(zhì)的精確跟蹤、地下復(fù)雜多相介質(zhì)的層系成像等。此外，在儀器研發(fā)、數(shù)據(jù)處理、軟件開發(fā)方面也取得了諸多進(jìn)展［15］。

2.3 環(huán)境地球物理學(xué)的應(yīng)用實(shí)例

以巴西圣保羅州Rio Claro地區(qū)某垃圾填埋場地的調(diào)查為例來說明環(huán)境地球物理方法在污染物監(jiān)測和治理中的應(yīng)用。

圖1是以中心頻率為50 MHz天線探地雷達(dá)獲得的目標(biāo)地層深度域剖面，鉆孔資料證實(shí)地層主要由固結(jié)的黏土構(gòu)成，與下伏地層在地下13～17 m處相連接，下伏地層主要成分為氧化變質(zhì)黏土。滲透到目標(biāo)地層的污染物中含有的大量固體溶解物增大了其電導(dǎo)率，在雷達(dá)剖面上表現(xiàn)為弱反射或無反射，據(jù)此特征可判斷沿地表測線方向0～250 m距離的污染物垂向分布范圍在4～20 m，60～70 m處的強(qiáng)反射可能源自地下金屬物質(zhì)的存在。

圖1 探地雷達(dá)剖面（垂向放大4倍）

圖2 是垃圾填埋場地中某點(diǎn)的視電阻率和地電模型，視電阻率呈低值的范圍可認(rèn)為是污染區(qū)域，據(jù)此確定污染區(qū)域分布在地下11～15 m，后續(xù)的鉆孔信息證實(shí)了該預(yù)測結(jié)果。

在針對(duì)該污染場地的調(diào)查工作中，探地雷達(dá)剖面和電測結(jié)果結(jié)合鉆孔資料為確定污染物的垂向和橫向分布范圍提供了可靠的依據(jù)。

圖2 視電阻率和地電模型

3 環(huán)境地球物理技術(shù)在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用

現(xiàn)有的環(huán)境地球物理研究方法和技術(shù)手段在用于防控頁巖氣開發(fā)潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，具有應(yīng)用前景的監(jiān)測對(duì)象大體上主要可以歸為三類［16-19］：

◆地下水和地表水體污染監(jiān)測 水力壓裂作業(yè)產(chǎn)生的水體污染物主要包括無機(jī)污染物、有機(jī)污染物和放射性污染物三大類。針對(duì)無機(jī)和有機(jī)污染物的監(jiān)測以電法監(jiān)測為主，當(dāng)水體中的污染物與周圍的介質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會(huì)使其電化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致介質(zhì)的電阻率、電導(dǎo)率等物理參數(shù)異常。用電法儀器觀測這些參數(shù)，并通過實(shí)地觀察、實(shí)驗(yàn)等方法建立起其變化值與介質(zhì)受污染程度的定量關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染的監(jiān)測。目前應(yīng)用較廣泛的包括電阻率法、自然電位法、地質(zhì)雷達(dá)法、激發(fā)極化法等。水體污染的電法監(jiān)測根據(jù)研究目標(biāo)可以分為兩類：①從地下或地表水體污染與地球電磁場的相關(guān)性出發(fā)研究污染的空間分布和規(guī)模；②建立水體污染對(duì)大地電磁場影響的數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)相應(yīng)電磁場的持續(xù)觀測對(duì)污染的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。目前針對(duì)無機(jī)污染物監(jiān)測的技術(shù)手段在成熟性和分辨率上要強(qiáng)于針對(duì)有機(jī)污染物的監(jiān)測，當(dāng)?shù)叵掠袡C(jī)污染物的濃度較低時(shí)不易對(duì)其情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。有機(jī)污染物監(jiān)測的發(fā)展趨勢是將電法監(jiān)測與生化法、地球化學(xué)法等相結(jié)合進(jìn)行綜合判斷。針對(duì)放射性污染物的監(jiān)測主要是用專門的儀器捕捉放射源釋放出的粒子以監(jiān)測其放射強(qiáng)度，根據(jù)所探測離子的不同可分為α法、β法、γ法和中子法，其中γ法和中子法應(yīng)用較為廣泛。除上述方法外，針對(duì)大面積地表水體的污染監(jiān)測還可以使用航空遙感、雷達(dá)探測等手段，這些手段也屬于環(huán)境地球物理的范疇。

◆土壤污染監(jiān)測 地面儲(chǔ)存不當(dāng)或因其他意外因素導(dǎo)致泄漏的壓裂廢液會(huì)對(duì)土壤造成污染，可能造成的影響包括土壤的鹽堿化、水土流失、沙漠化、土壤板結(jié)、重金屬元素富集等。對(duì)于土壤污染的監(jiān)測同樣可以用上述針對(duì)水體污染監(jiān)測的全部環(huán)境地球物理方法，其中地面電法監(jiān)測和地質(zhì)雷達(dá)法是使用較多的兩種方法，二者可分別確定土壤的受污染程度和受污染土壤的深度。

◆地震等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測 針對(duì)水力壓裂作業(yè)區(qū)域地震風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估可以使用的環(huán)境地球物理方法包括電法、磁法、重力法和人工地震法，其中電法和人工地震法的使用最為廣泛。電法監(jiān)測以高密度電阻率法和地質(zhì)雷達(dá)法為主。高密度電阻率法利用裂縫、塌陷等地質(zhì)異常處電阻率高于周圍圍巖的特性，地質(zhì)雷達(dá)法則通過探測地下的電磁反射特性異常來尋找地下破裂帶、陷落帶。地震法利用高分辨率淺層地震勘探（包括折射和反射法）來研究地下構(gòu)造的變化情況，其原理和采用的技術(shù)手段都與石油地球物理勘探較為類似。該方法可以在地震剖面上對(duì)地下巖層的破碎、斷裂和填充等情況進(jìn)行清晰精確的成像，但成本較高。近年來興起的微地震監(jiān)測技術(shù)利用巖石破裂所產(chǎn)生微震信號(hào)來研究裂縫的空間展布等信息，該方法如能應(yīng)用于區(qū)域地震風(fēng)險(xiǎn)的研究，將有望解決人工地震勘探的高成本問題。

4 分析及建議

環(huán)境地球物理學(xué)盡管起步較晚，但相比于傳統(tǒng)的環(huán)境分支學(xué)科和監(jiān)測方法有著不可替代的優(yōu)勢。從1993年至今，全美國用于環(huán)境與工程地球物理的研究費(fèi)用由最初的1%提高到了現(xiàn)今的20%以上，隨著環(huán)境問題受關(guān)注程度的提高，環(huán)境地球物理正成為地球物理領(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。在我國，環(huán)境地球物理研究工作目前仍處于相對(duì)滯后的狀態(tài)［20］。一方面是由于與其他地球物理分支相比，環(huán)境地球物理研究并不能帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，我國的環(huán)境地球物理研究起步較晚，與傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方法相比，現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境問題監(jiān)測時(shí)在精度、成本、效率等方面未體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。頁巖氣開發(fā)的興起為環(huán)境地球物理學(xué)科的發(fā)展帶來了新的契機(jī)，無論是政府部門還是工業(yè)界都不得不正視其開發(fā)過程中可能伴生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。為避免重走“先污染，后治理”的老路，針對(duì)頁巖氣開發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估機(jī)制和開發(fā)過程中的監(jiān)測技術(shù)都具有重要的研究意義。

為滿足頁巖氣開發(fā)對(duì)環(huán)境地球物理技術(shù)的需求，未來的環(huán)境地球物理學(xué)研究應(yīng)主要圍繞以下5個(gè)方面展開。

◆建立受污染介質(zhì)物性參數(shù)和電化學(xué)特性數(shù)據(jù)庫目前對(duì)受污染環(huán)境介質(zhì)的物性參數(shù)和不同程度、類別污染下介質(zhì)的電化學(xué)響應(yīng)尚無系統(tǒng)研究，要全面、準(zhǔn)確的描述介質(zhì)受污染程度和污染物類別必須加強(qiáng)這方面的工作。

◆開展弱信號(hào)提取技術(shù)研究 很多污染物，尤其是毒性較大的污染物其含量往往很低，有的情況下要求所獲取信號(hào)的垂向、橫向分辨率達(dá)到厘米級(jí)別，需要從探測儀器的精度和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理方法兩個(gè)方面著手提高信號(hào)分辨率。

◆加強(qiáng)相應(yīng)探測儀器和軟件的開發(fā) 目前專門用于環(huán)境地球物理監(jiān)測的儀器和數(shù)據(jù)分析處理軟件很少，無論是其他環(huán)境監(jiān)測還是勘探地球物理所使用的儀器和軟件都無法直接應(yīng)用于環(huán)境地球物理學(xué)研究，這在一定程度上影響了相關(guān)工作開展的效率。

◆提高相關(guān)工作的信息化程度，將環(huán)境地球物理監(jiān)測整合到數(shù)字油田建設(shè)中 加強(qiáng)環(huán)境地球物理監(jiān)測的信息化程度有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域環(huán)境狀況的連續(xù)追蹤，便于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。如將其作為數(shù)字油田建設(shè)的一部分，可以為管理者的相關(guān)決策和整個(gè)油田環(huán)境研究提供有力的數(shù)據(jù)支持。

◆在改善監(jiān)測手段的同時(shí)，開展環(huán)境地球物理在污染物治理方面的研究 國外的眾多應(yīng)用案例表明，環(huán)境地球物理的技術(shù)手段不僅可以用于被動(dòng)的環(huán)境監(jiān)測，也可以直接應(yīng)用于環(huán)境污染的治理，如水體污染治理和大氣污染治理等。如能將環(huán)境地球物理的相關(guān)技術(shù)手段實(shí)際應(yīng)用于環(huán)境污染的治理工作，不僅能豐富環(huán)境污染的治理手段也將對(duì)該學(xué)科自身的發(fā)展起到較大的促進(jìn)作用。

［1］ 李武廣,楊勝來,殷丹丹,等.頁巖氣開發(fā)技術(shù)與策略綜述[J].天然氣與石油,2011,29(1):34-37.

［2］ 夏玉強(qiáng).Marcellus頁巖氣開采的水資源挑戰(zhàn)與環(huán)境影響[J].科技導(dǎo)報(bào),2010,28(8):103-110.

［3］ Rahm B G,Riha S J.Toward Strategic Management of Shale Gas Development:Regional,Collective Impacts on Water Resources[J].Environmental Science&Policy, 2012,17:12-23.

［4］ Soeder D J,Kappel W M.Water Resources and Natural Gas Production from the Marcellus Shale[M].Reston, Virginia:US Department of the Interior,US Geological Survey,2009.

［5］ 王亞運(yùn),柯研,周曉珉,等.頁巖氣勘探開發(fā)過程中的環(huán)境影響[J].油氣田環(huán)境保護(hù),2012,22(3):50-53.

［6］ 錢伯章,李武廣.頁巖氣井水力壓裂技術(shù)及環(huán)境問題探討[J].天然氣與石油,2013(1):48-53.

［7］ Gregory K B,Vidic R D,Dzombak D A.Water Management Challenges Associated with the Production of Shale Gas by Hydraulic Fracturing[J].Elements,2011,7(3): 181-186.

［8］ Howarth R W Z,Santoro R,Ingraffea A.Methane and the Greenhouse-gas Footprint of Natural Gas from Shale Formations[J].Clim.Change,2011,106(4),679-690.

［9］ Latham M A.BP Deepwater Horizon:A Cautionary Tale for CCS,Hydrofracking,Geoengineering and Other E-merging Technologies with Environmental and Human Health Risks[J].Wm.&Marry Envtl.L.&Pol'y Rev.,2011,36(1):31-79.

［10］Showstack R.Induced Seismicity from Fracking and Carbon Storage is Focus of Study and Hearing[J].Eos, Transactions American Geophysical Union,2012,93 (27):251.

［11］程業(yè)勛,楊進(jìn),趙章元.環(huán)境地球物理學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22(4):1364-1369.

［12］程業(yè)勛,楊進(jìn).環(huán)境地球物理學(xué)概論[M].北京:地質(zhì)出版社,2005.

［13］鄭軍衛(wèi),張志強(qiáng),董連成.環(huán)境地球物理學(xué)及其現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2000,15(1):40-47.

［14］曾昭發(fā),劉四新,劉少華.環(huán)境與工程地球物理的新進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2004,19(3):486-491.

［15］曹俊興,賀振華,朱介壽.工程與環(huán)境地球物理的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].地球科學(xué)進(jìn)展,1998,13(5):501-504.

［16］石耀軍,王晟,薛明軒,等.水環(huán)境地球物理研究及進(jìn)展[J].西部探礦工程,2003,15(10):161-163.

［17］葉騰飛,龔育齡,能昌信,等.環(huán)境地球物理方法在污染場地調(diào)查中的應(yīng)用[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008,22(3):9-14.

［18］郭秀軍,武瑞鎖,賈永剛,等.不同土壤中含油污水污染區(qū)的電性變化研究及污染區(qū)探測[J].地球物理學(xué)進(jìn)展, 2005,20(2):402-406.

［19］楚澤涵,任平.環(huán)境地球物理學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002.

［20］趙章元,程業(yè)勛,楊進(jìn).發(fā)展中的我國環(huán)境地球物理[J].環(huán)境保護(hù),2002(12):26-28.

1005-3158（2014）02-0043-05

2013-10-25）

（編輯 王薇）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.02.015

2014年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

李雨澈，中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)2011級(jí)本科在讀。通信地址：北京市昌平區(qū)中國石油大學(xué)（北京）潤杰公寓2-379，102200