我国页岩气开发生态保护评价模式研究

董 普，桂 蕾，滕 宇

(中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083)

1 问题的提出

据美国 《油气杂志》 预测，世界石油产量到 2015～2020年将达到顶峰，此后便走“下坡路”，这意味着石油供需矛盾日益突出。我国能源匮乏困境局面更加严峻，尤其是天然气和石油，2011年，我国55%的石油、30%的天然气依靠进口，对外依存度将逐年提高，这种局面已对国家安全造成威胁，更是经济可持续发展的障碍[1]。严峻现实迫使我国必须加快促进非常规油气资源也就是页岩气的有效开发，以缓解我国油气资源短缺的局面。

页岩气是指赋存于暗色富有机质和极低渗透率的泥页岩、泥质粉砂岩以及砂岩夹层系统中，在页岩孔隙和天然裂缝中以游离方式存在，在干酪根和黏土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中还可能以溶解状态存在的天然气，是自生自储、连续聚集的非常规天然气藏。页岩气作为储量巨大、具备商业开采能力的非常规油气资源之一已引起各国充分重视[2]。

据国外权威机构预测，全球非常规天然气资源量近4000×1012m3，约为常规天然气资源量的8倍，其中页岩气约为456×1012m3，美国是世界上页岩气开发最为成功的国家，2011年，美国页岩气产量超过1800×108m3。除北美的美国、加拿大以外，欧洲的德国、法国、波兰等一些国家也积极地大力进行页岩气的勘探开发工作。

我国具有与美国大致相同的页岩气资源前景和开发潜力。中美页岩气聚集的机理条件、地质条件相似。我国主要盆地和地区的页岩气可采量大约为26万亿m3，我国页岩气产量只需达到美国的1/3，就可以弥补目前国内300亿m3的天然气供需缺口[3]。

面对如此巨大的页岩气资源，我国也制定了国家页岩气发展战略规划，以期在页岩气开发上获得突破，在当前页岩气开发受到政策鼓励和企业热捧的背后，隐藏着环保监管法规空白的忧患。页岩气特殊的开发方式导致其开发过程中不确定因素多，环评难度比常规天然气大，目前我国在该领域还是一片空白，亟须建立专门针对页岩气环保方面的法规。

2 页岩气开发所面临的环境风险

根据页岩气开发的上述机制作为指引，页岩气开发的前期应充分识别开发的各种环保风险，页岩气开发最主要存在污染大气和对水方面的污染，具体污染形态及产生原因如表1所示。

表1 页岩气开发面临的环境风险

3 页岩气环保开发的评价指标体系

页岩气环保开发评价的目的是实施可持续发展战略，在页岩气战略实施过程中,充分考虑可能涉及的环境问题，应当尽可能选择简单、实用、经过实践检验可行的评价方法，评价结论应具有可操作性。本文将整个指标体系分为水环境、大气环境、自然资源与生态保护、生态环境保护与可持续发展能力建设等4方面指标。在4项一级指标之下，又设有18 个二级指标作为循环经济创新评价体系中的指标层[4-5]，如表2所示。

4 页岩气环保开发评价指标体系权重判定及评价方法

页岩气环保开发评价指标体系评价方法有多种，如 AHP 法(层次分析法)、人工神经网络、模糊综合评价法、灰色关联分析法等都可以采用，下面介绍AHP 法(层次分析法)在页岩气开发环境保护中的具体运用。

4.1 AHP法(层次分析法)及权重的判定

AHP法是一种根据问题和要达到的目标，将复杂问题层次化，分解为不同组成因素的一种科学方法。按照因素间的相互关联及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个有层次的分析结构模型，同时根据系统的特点和基本原则，对各层次的因素进行对比分析。引入1～9比率标度方法构造判断矩阵、求解判断矩阵最大特征值及其特征向量，并得到各因素的相对权重，n阶判断矩阵权重向量公式为式(1)。

(1)

式中:wi为第i个权重向量，n为项数，aij为指标第i项与第j项的相对权重。

在使用层次分析法的同时结合使用专家咨询法，则权重更具有代表性、精确性和科学性。主要是选择对本学科或相关专业专家学者进行咨询，让各位专家在各项指标已标度的标准基础上填写判断矩阵表，为精确起见可进行多轮专家意见反馈。矩阵判断值取专家的几何平均值，用和积法算出各矩阵的最大特征正根λmax及其对应的特征向量W，并进行一致性检验，即得出各层次指标的排序结果。

4.2 评价方法

本研究评价方法首先采用线性加权法，即按不同指标所占的权重进行加权，得出综合指数。最后再采用生态化程度分级标准判定页岩气生态化安全水平等级(表3) 。生态化程度分级标准是参照 2004年中国科学院设计的可持续发展能力指数分级标准，是经国内多位专家认可并使用，具有广泛的应用性与科学性。

表2 页岩气开发环境目标与评价指标体系

计算步骤如下所示。

1) 指标层每一指标指数

(2)

(3)

式中:Sj为指标层某一指标指数;Xj为该指标规划值;Tj为该指标的标准值。指标规划值是根据现状值计算得出。

2) 因素层每一指标指数

(4)

式中:Vi为因素层某一指标指数;m为该指标所包含的次级指标总项数;Sj为指标层某一指标指数;Wj为第j个指标的权重。

3) 生态化综合指数

(5)

式中:ECI表示页岩气生态综合指数;Vi为因素层某一指标指数;Wi表示第i个指标的权重。

页岩气生态环境安全状况可设定为1～5级，对应权重系数范围分别为0.9～1.0,0.8～0.89,0.6～0.79,0.4～0.59,0.00～0.39，相应环保安全级别为优、良、中、差、很差，具体内容见表3。

由于页岩气开发工作刚刚起步，具体实施的地区还不多，本研究以四川已实施地区为对象，收集样本，运用前述方法[6]，得出页岩气评价指标体系各指标有关数据见表4，以作为决策的参考。

表3 页岩气生态环境安全状况分级表

表4 页岩气评价指标体系各指标相对于总目标的合成权重

续表4

5 结论

页岩气在未来的几十年内对我国能源战略将起到一个非常重要的作用，由此指标体系可以得出，我国尚处于页岩气的发展初期，在页岩气开发伊始就要把页岩气开发污染问题纳入决策体系，政府在页岩气产业的发展与培育中，应注重以下考虑两个方面。

第一，必须考虑到页岩气开发活动对水及大气等环境影响后果，采取预防措施杜绝和降低相关影响后果。

第二，在发展页岩气这项改善我国能源结构的关键战略中，应强调自然资源与生态保护以及可持续发展能力建设相互协调问题，应尽可能使环境与页岩气发展和谐同步。

[1] 张大伟.加速我国页岩气资源调查和勘探开发战略构想[J].石油与天然气地质，2010，31(2)：135-141.

[2] 黄玉珍，黄金亮，葛春梅，等.技术进步是推动美国页岩气快速发展的关键[J].天然气工业，2009，29(5)：7-10.

[3] 肖钢，唐颖.页岩气及其勘探开发[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4] 王茂祯，冯之浚.循环经济创新评价指标体系研究[J].中国人口·资源与环境 2012,22(4):163-164.

[5] 孜比布拉·,司马义苏力叶·木沙江,张泳福.喀什市城市生态环境质量评价研究[J].云南大学学报：自然科学版，2011(2)：10-14.

[6] 王丽娟,潘俊.三种水环境质量评价方法比较分析[J].地下水，2011(3):103-104.