以美国为鉴探索中国页岩气可持续发展之路

陈 刚 李瑞娟 高颖楠

(环境保护部环境与经济政策研究中心，北京 100029)

页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源，是全球重建能源秩序的关键矿种。按照美国能源信息署的评估，中国页岩气技术可采资源量为36万亿方;根据国土资源部2012年调查评价的结论，技术可开采资源量为25.08万亿方(不含青藏地区)，居世界第一。中国政府提出“推进页岩气等非常规油气资源开采利用”，并出台《页岩气发展规划(2011-2015年)》，为我国页岩气开采提供了积极政策导向，未来页岩发展潜力巨大。

美国页岩气技术可采资源量仅次于中国，自上世纪70年代美国就已经推出页岩气项目，目前是世界上页岩气开采技术最成熟、商业运作最完整的国家。根据国际能源署预测，目前页岩气在美国天然气总产量中所占的比例已达到25%，预计到2035年这一比例将继续上升至49%，美国将在2015年成为最大产气国、2017年取代沙特阿拉伯成为最大产油国，并在2035年实现能源的自给自足。美国页岩气的快速发展，在产生经济效益的同时，也带来了一系列的环境影响和社会影响，借鉴其在页岩气环境管理方面的经验和教训，有助于探索中国页岩气开采的可持续发展之路。

1 美国页岩气开采的影响

1.1 环境影响

首先，页岩气开采需耗费大量水资源并引发水污染。页岩气开采的核心技术是水力压裂法，水力压裂法中的压裂液主要由高压水、砂和化学添加剂组成，其中水和砂的含量在99%以上。据美国环保局估计，页岩气开采单井需要8700至14000方水，美国四个井区数据表明，高产单井需耗水19000至49000方。另外，每口页岩气井在压裂过程中所使用的压裂液，含有多达20×104L的酸液以及杀菌剂、阻垢剂、润滑剂和表面活性剂等化学添加剂，返排液中还包括高矿化度地层水。如果压裂液返回到地表后处置不当，将会对地表饮用水源产生影响。如2009年，在宾夕法尼亚州，由于压裂液泄露造成东南部的溪流中盐度过高、藻类疯长，43英里的地表径流受污染，大量鱼类和两栖动物死亡。

其次，页岩气开采可导致大气污染。据估计，美国每年大约13000口天然气井被首次压裂或被再压裂，这些井会溢漏天然气，排放挥发性有机化合物(VOCs)。2011年，康奈尔大学研究团队发表报告，认为在页岩气开采过程中存在大量甲烷排放，这一能源并不绿色，清洁能源的效应也不显著。挥发性有机化合物(VOCs)可形成烟雾，其中所含的苯和乙烷可导致癌症及其他疾病，因此压裂井可以导致大气污染，影响人体健康。

从美国实践看，页岩气开采期间需要占用更多场地(宾夕法尼亚州钻井压裂区一般占地16200-20250平米，生产区4050～12150平米)，并使用更多车次卡车运输(水平钻井单井需要3950车次，比垂直钻井多118%)，产生更频繁的噪音影响(钻探与运储全过程)。

综上所述，页岩气开采可能引发多种类型的环境影响，因此在开采初期就应该高度重视环境管理，促进其可持续发展。

1.2 社会影响

首先，页岩气开采可能引发地震。美国奥克拉荷马州平均每年有2至6次地震，但是2009年突然增加到50次，2010年发生了1047次地震。该州地质调查局研究了2011年1月18日发生的地震，分析表明，水力压裂后很快就有超过50起的小型地震发生;2012年美国地质学年会上，美国地质调查局公布报告称，从阿拉巴马州到北方落基山脉的美国中西部地区近十年来地震频发“几乎可以肯定是人为的”。其中石油和天然气钻探活动，尤其是页岩气开采使用的水力压裂法和该方法涉及到的废水处理井都同地震次数增加相关。

其次，页岩气开采引发了多起群体性事件。针对页岩气开采的环境影响，美国多个社区和环保团体开展了一系列抗议活动。2012年8月，美国纽约州350位居民发起针对页岩气的抗议示威。9月，俄亥俄东北部地方组织对水力压裂法开采页岩气提出抗议。美国自然资源委员会(NRDC)推出了名为“社区反对水力压裂法”的活动，活动主要在纽约、宾夕法尼亚、俄亥俄、伊利诺伊和北卡罗莱纳等页岩气开采密集的州推行。

考虑到地震与饮用水安全，以及来自公众的压力，美国部分州已开始针对水力压裂采取行动。2011年5月份，纽约州政府要求美国联邦政府对特拉华河盆地的水力压裂作业施加禁令。自2012年以来，纽约州已经有两家地方初审法院判决禁止水力压裂，一些社会团体也不断呼吁纽约州议会出台相关法案，禁止水力压裂在这个富含页岩气资源的州进行作业。2012年5月16日，美国佛蒙特州正式立法禁止水力压裂在该州作业。美国纽约州和特拉华盆地已叫停了在该地区的水力压裂项目。

2 美国页岩气开采的环境管理

美国联邦环保局和州政府是其页岩气环境管理的主体，通过组织开展相关研究，颁布相关环境法律法规、标准、导则，避免页岩气开采可能产生的环境影响。另外，其他部门如美国国家能源技术实验室、流域委员会等也在页岩气环境管理中发挥了重要的作用。

2.1 美国联邦环保局

2.1.1 科学研究

美国联邦环保局从被动进行科学研究，公信力和话语权不足，逐步转向主动组织开展科学研究，加快页岩气的环境管理。

最初美国联邦环保局认为水力压裂法是一种增产技术，不应受《安全饮用水法》“地下注入控制项目”管理。1994年美国“法律环境援助基金会”为此起诉美国环保局，第11区上诉法院1997年责令美国环保局研究《安全饮用水法》是否适用于阿拉巴马州地下控制项目的煤层气开采。经过调研，2004年美国环保局发布报告《煤层气储层水力压裂法对饮用水地下水源的影响评估研究》，认为在煤层气生产中，水力压裂液对地下饮用水源几乎没有污染风险。后续多项研究指出，2004年作为美国环保局研究对象的帕韦林气田，属于煤层气或浅层页岩气，开采使用的是垂直而非水平井，研究缺乏普遍性、代表性，结论并不客观。

针对质疑和实际发生的页岩气开采污染地下水、饮用水的案例，美国环保局2011年10月开始针对水力压裂的水环境影响进行调查;2012年12月14日，美国环保局发布《水力压裂法对饮用水源潜在影响研究:进度报告(2012)》，有关管理导则拟于2014年公布。这些研究为美国页岩气环境管理法律法规、标准、导则的出台奠定了基础，在一定程度上消除了公众的抵触情绪，为页岩气的开采及环境保护做出了积极努力。

2.1.2 环境立法

(1)法律法规

美国目前没有专门针对页岩气开采的环境法律法规，其他法律法规在管理页岩气环境问题存在局限性。

据不完全统计，美国联邦共有9部环境法律法规与油气开采相关，其中《清洁水法》对油气钻探和生产过程中的地表水排放、场地的暴雨径流等做出要求;《安全饮用水法》管理油气开采中液体的地下注入;《清洁大气法》限制钻探设备和开采过程的废气排放;《国家环境政策法》对场地场址的环境影响评价做出要求;《石油污染法》要求减少石油泄露的危害;《资源保护和回收法》管理油气生产中的有毒废弃物;《濒危物种法》则保护联邦政府列为“濒危”或“受威胁的”动植物物种;《国家环境政策法》和《国家环境政策法实施条例》对环评做出规定。

这些法律因受到各种因素的影响，作用极其有限。1988年，美国环保局发布最终决定，声明油气开采和生产中产生的废弃物不受《资源保护和回收法》管制;而油气开采场地存储燃料只要不超过限值， 《石油污染法》则不适用于页岩气开采。2005年，美国国会通过《能源政策法》(2005年修正案)，在322款专门针对水力压裂法做出免责规定，明确《安全饮用水法》对水力压裂的(不含柴油的)液体或支撑剂的地下注入无效。将水力压裂从《安全饮用水法》中免责，导致美国环保局无法从饮用水安全和地下灌注角度管理页岩气开采(“哈里伯顿漏洞”)。《能源政策法》同时对《清洁水法》402款免责，油气生产设备或过程的雨水径流排放不受国家标准限制、不用申请排放许可。根据《国家环境政策法》和《国家环境政策法实施条例》，联邦机构应通过制定无显著影响结论(FNSI)、环境评价(EA)和环境影响报告书(EIS)三类文件，评估拟建活动产生的环境影响。但由于法律本身的局限性，美国在页岩气开采项目是否需提交环评文件，需提交哪种类型的环评文件等还存在较大争议，在操作层面也引发不少纠纷。

(2)环境标准和导则

美国陆续出台了页岩气开采相关环境标准和导则，这些标准和导则主要针对大气和水两个方面进行管理。

2012年4月，美国环保局发布《石油和天然气大气污染标准》(以下简称“新标准”)。新标准要求压裂天然气井必须采用成本效益好的技术，捕获溢漏的天然气，同时减少甲烷排放量，产生最大的环境效益。“捕获”的天然气可以出售，从而获得成本效益。新标准规定，2015年所有断裂井必须使用“绿色完井”技术进行减排。2012年8月16日，新标准在联邦公报上以《石油天然气行业:有害大气污染物的新建矿井执行标准与国家排放标准综述:最终条例》的名称正式发布。

针对含有柴油的压裂液，根据《安全饮用水法》对其地下注入活动进行要求，美国环保局于2012年5月发布《使用柴油的油气水力压裂活动的许可导则》草案，8月23日结束公众评议，但最终稿尚未颁布。针对页岩气开采中产生的废水，特别是异地处理时发现污水处理厂的设计并不能处置该类废水的情况，美国环保局于2011年10月启动相关调研和咨询，争取2014年针对页岩气颁布相关的导则。针对压裂过程中的回流水和再生水的总溶解固体(TDS)，鉴于氯化物是TDS的重要组成，美国环保局更新了氯化物的水质基准，准备2013年年初发布初稿。另外，美国环保局正在积极考虑在《资源保护和回收法》框架下对页岩气井场的雨水收集和控制进行管理。

2.2 州政府及其他部门

由于联邦机构介入较晚，美国的州在页岩气环境管理上扮演了更为重要的角色。各州政府及其他相关部门通过制定一系列环境管理措施，如颁布相关法规标准、开展环境监测等，为页岩气、可持续发展提供保障。

2.2.1 监测研究

美国很多州、流域委员会等对页岩气田附近的空气环境和水质进行了监测，以评估页岩气开采是否对人体健康和环境产生不利影响。2012年7月23日，宾夕法尼亚州环保局颁布《马赛勒斯页岩气设施周围环境空气长期监测计划(草案)》，重点对马赛勒斯页岩气开采行业近井有毒有害空气污染物浓度进行监测，避免单井、多井对公众的慢性或长期危害。监测将提供社区空气污染物暴露程度数据，并对研究页岩气开采对人类健康的长期影响提供数据库。为了评估巴奈特页岩气田的空气环境，德克萨斯州环境质量委员会于2009和2010年在沃斯堡周围6县开展了多次大型的深入调查，监测了空气中VOCs的浓度，监测结果显示其中苯是主要的空气污染物。萨斯奎哈纳流域管理委员会建立了50个站点的远程水质监测网络，持续提供流域和河流数据，以监测水力压裂是否对流域水质有环境影响。另外，2012年，美国国家能源实验室针对马赛勒斯页岩气在开采过程中对空气、土壤和水环境影响，在宾夕法尼亚州开展了综合环境影响评估。

这些层面的监测和研究工作与联邦环保局的研究相比，更为具体详细、有针对性，监测和研究结果不仅为页岩气的环境管理者提供了重要的基础资料，还将有益于土地所有者、公众及页岩气开采企业。

2.2.2 环境立法

2010年纽约州发布了关于页岩气开发的临时禁令，以允许该州的环境保护署有充足的时间来完成对页岩气的环境影响报告书。2011年9月该州公布了新的规则，并正在向公众征集意见。而在2011年8月新泽西州颁布了为期一年的暂停水力压裂作业的命令，以便环境保护署可以进一步评估新泽西州的相关作业对环境潜在的影响。与此同时，怀俄明州、宾夕法尼亚州、阿肯色州、科罗拉多州、路易斯安那州和得克萨斯州，都已经颁布了新的法规，以应对页岩气开发过程中不断出现的问题。如宾夕法尼亚州要求在马赛勒斯页岩气田作业的企业遵循加强对地下污水灌注的要求;蒙大拿州、怀俄明、德克萨斯州、科罗拉多州、宾夕法尼亚州和阿肯色州均要求企业公开披露压裂液的组分信息等。

综上所述，美国页岩气环境监管还处于起步阶段:联邦环境立法不完善，页岩气环境管理无法可依、有法难依;美国环保局在页岩气开采中由于介入太晚、研究不足，丧失了页岩气环境管理的话语权和主导权，导致群体性事件频发，美国页岩气环境管理局面并不乐观。但近年来美国环保局、州政府及其他相关部门开始认识到问题的严重性，并已经开始采取相应的措施，加强对页岩气的环境管理，其中新出台和即将出台的各项标准有望成为美国页岩气环境管理的主力军。

3 中国页岩气可持续发展的政策建议

由于中国页岩气多分布于缺水、人口稠密地区，且埋藏较深、技术设备较为落后，开采条件不及美国，如果环境管理得不到重视，中国页岩气使用水力压裂法开采可能面临更严峻的环境问题。中国要发展页岩气，必须吸取美国的经验教训，制定一套“基础研究——初期评价——过程管理——应急管理”的环境管理体系，形成页岩气开发的可持续发展之路。为此，建议:

3.1 尽快出台有关页岩气开采的法律法规和环境标准

环保部门应组织力量梳理现有法律法规、政策和规范对页岩气环境问题的相关规定，明确页岩气环境管理的主体部门，考察现有法律法规、政策和规范是否可行，如果存在不足，应尽快制定出台针对页岩气开采环境管理的专门法律文件。另外，还应借鉴美国经验，尽快制定油气行业有害大气污染物的新建矿井执行标准与国家排放标准，还应该对水力压裂法出台专门技术规范，对压裂液进行相关规定。

3.2 通过基础研究和环境影响评价手段或措施及早介入页岩气开采

页岩气开采事关重大民生，环保部门对此要高度重视、未雨绸缪，针对页岩气使用水力压裂法开采在水、大气、土壤、噪声、生态等方面可能产生的环境问题，要多做调查研究、早做准备。应在勘探开采区投入生产前，开展科学、详细的规划环评、项目环评，通过环评手段及早介入页岩气试点示范工作，确保在页岩气开采环保问题上的话语权和主导权，与时俱进。

3.3 多部门合作共同对页岩气开采进行过程监管

完善的环境管理体系需要对页岩气的开采进行多方位的过程管理，亟待发改(能源)、外交、环保、国土等多个部门统筹联动，从国家层面制定统一的发展战略，从不同角度对页岩气开采进行过程管理，推动页岩气实现绿色、可持续发展。

3.4 建立完善的事故应急管理机制

针对页岩气开采可能产生的环境突发事件，应建立完善的应急组织管理指挥系统、强有力的应急工程救援保障体系、明确的问责机制、多元的污染处理经费保障体系、有效的信息披露系统和合理的生态赔偿机制，最大程度地降低页岩气开采突发事件造成的环境生态损失。

3.5 针对重点环境问题与美方开展交流合作

中美环境合作已有三十多年的历史，合作机制有效、成果丰硕。美国在页岩气环境管理问题上虽然有所滞后，但对于废气排放的监管有着丰富的经验，并正在着手对水、化学品、环境信息公开等进行研究，双方可在中美环境合作联委会合作附件(大气、水、化学品等)框架内就此议题优先开展交流合作，拓展合作内容，创新合作成果。

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