2014年10月3日，美国国家研究委员会（NRC）发布《页岩气开发的风险及管理：研讨会总结》（Risks and Governance in Shale Gas Development: Summary of a Workshop）报告。该报告对NRC去年召开的两期关于页岩气开发的风险和管理研讨会进行总结，报告包括两部分：第一部分是讨论页岩气开发带来的风险；第二部分主要讨论页岩气开发风险治理。本文先摘报页岩气的开发风险，有关风险治理的内容将在下一期介绍。

一、公众对页岩气开发的担忧

《Understanding Risk》（美国国家研究委员会，1996）的报告认为，要认识一个风险问题，首先要了解该风险的特征，分析利益相关者对风险的关注点。

围绕公众对页岩气开发的关注点问题，美国社会和环境研究院的Thomas Webler研究员开展了一项调查研究，结果表明公众对页岩气开发的关注点可以分为5大类：灾害（如水力压裂液危害）、危险事故（如泄露）、页岩气开发引起的后果（如地下水污染）、风险诱因（如缺乏管理）和风险扩大化（如信息模糊）。

通过统计这5大类中不同关注点出现的频率，最受人们关注的问题是页岩气开发引发的后果，主要表现在以下9个方面：

（1）生活质量受影响（25%的调查者提到）：包括乡村特色丢失、犯罪率增加、景观破坏、社区冲突；

（2）经济影响（18%）：房地产受损失、商业环境遭破坏；

（3）页岩气井的远距离影响（24%）：地震、注入井、污水处理；

（4）气候变化（17%）：页岩气开发对可再生能源以及整个能源消耗的影响；

（5）信息的质量及有效性（18%）：有关页岩气开发的信息公布不充分、信息模糊；

（6）监管问题（46%）；对页岩气开发认识不足、管理不规范、监管不当、法律缺失；

（7）利益分配公平问题（10%）；

（8）污水回收再利用（13%）；

（9）页岩气开发对生态系统和家畜的影响（22%）：野生动植物和家畜的生存受影响、栖息地破碎化。

二、页岩气开发的操作风险

页岩气开发中的操作风险主要包括采井建设和设计中的风险、采井泄露风险和潜在影响，这些风险的存在要求行业不断推进负责任的开发操作。

1. 采井建设和设计中的风险

由于采井的建设和设计主要是由当地地质条件及油气资源情况决定，同时对水的利用和废水处理也受地质条件影响，所以当地针对页岩气开发的规范和规定非常重要。采井建设过程中，最重要一点就是保护地下水资源，通常利用多种阻隔方式来降低风险，比如利用多层水泥壳对钻井井壁进行封闭。其他一些措施还包括在采井建设之初充分考虑闭井的问题，对其进行合理的设计；在达到工程的技术目标的同时，尽量减少使用化学品；定期对断裂和水力压裂法回流水进行诊断检查。

2. 采井泄露风险

采井泄露主要是指采井套管和充填存在裂隙而造成的泄露。为了避免该风险，要定期检查并修补采井，运用多重手段对套管和水泥充填的泄露情况进行4-5个小时的连续监测，一旦监测到异常，就要立即关闭采井进行修补。

3. 潜在的影响

George King（2012）开展的一项针对页岩气开发引起后果及其发生概率的研究，主要包括了21个不同后果，并且评估了它们的风险等级。结果表明，页岩气开发操作风险的潜在影响主要表现在两方面：一是潜在的地下水污染，该问题受到普遍的关注；二是诱发地震，断裂附近压力状态的变化可以引起地震，这不仅仅发生在页岩气开采活动中，其他许多工业活动也会形成诱发地震。
页岩气开发过程包括钻孔、水力压裂、抽取和闭井等，整个时间周期很长，而水力压裂只是其中一个环节。为了更好的开发页岩气，降低风险，不仅仅是严控水力压裂法的影响，在整个开发中都要坚持负责任的操作，主要包括确定风险类别、产生的后果及其概率；对不确定性进行合理解释；开发者与股东和监管者进行合作，共享信息以达成共识；力争达到满足能源需求、增加就业和税收、减少废物排放的目标。

由于每一个页岩气富集区的条件都是不一样的，需要特定的开发方案。有一些通用的原则是值得借鉴的：只有公众、监管者和开发公司进行合作，才能实现页岩气安全可靠的开发；当地针对页岩气开发特殊的规定要与负责任的操作理念、有效的风险治理方法相结合；页岩气开发的相关规定应更加透明和合理。

三、页岩气开发的水资源风险

页岩气开发对水资源的影响主要有：

1. 扩散性气体污染井水

页岩气开发会造成附近饮用水井中甲烷含量高，有可能引发火灾甚至爆炸。尽管还没有直接证据表明饮用甲烷含量高的水会对人造成危害，但井水中甲烷含量高时，就必须关闭水井以防止爆炸危险，也会使得饮用水来源受到影响。Osborn调查发现距离生产的页岩气井1公里以内的水井中，井水的甲烷含量高于美国内政部规定的参考值的概率将大大增加，表明饮用这些井水存在潜在的危害。造成井水污染的可能原因有很多，主要是采井井壁封闭不严密、胶结及设计不当造成的气体泄漏。

2. 地表水污染

页岩气开发造成的地表水污染的主要来源有液体泄漏、采井操作以及污水处理，不同的页岩气开发地区面临的风险不同。美国马塞卢斯（Marcellus）页岩区，平均一口井的整个生产开发周期需要1000-2000万升水，同时产生520万升左右的废水，2011年Marcellus页岩区开采使用和产出的水量总计达到31亿升（Lutzet，2013）——4倍于普通油气开发的用水量。Marcellus页岩开发所形成的废水具有很高的盐度和溴化物浓度，同时废水中含有大量有害元素，包括钡、砷、放射性物质和多种有机化合物，对下游水体造成严重污染。
废水净化处理的主要方法包括市政净水处理和工业卤水净化处理，处理方式通常有注入地下、回收再利用于水力压裂（2011年Marcellus页岩区利用了70%的废水）和洒在道路上用于防冻。每种处理方式都存在一定风险：大量的页岩气开发形成的废水净化后用于市政浇灌植物，这会减少对生活废水的处理；废水的卤水净化无法处理卤素和放射性物质；将废水注入地下深部有可能诱发地震，且适用性不强；相对来说，废水的回收利用是一个较好的处理方式，但是废水中钡和硫酸盐的高含量会影响采井的正常运作。鉴于这些情况，废水的零排放是页岩气开发的目标。

3.长期影响

页岩气开发对水资源的长期影响主要表现在4个方面：一是可利用水的问题。美国每年的页岩气开发要使用约1.5亿立方米水，虽然比水力发电的用水量要小很多，但在缺水的西部地区，饮用水还主要来源于地下水，那么页岩气开采用水将是一个问题；二是深部和浅层含水层的连通性。页岩气开采行业一直强调地下水和钻孔用水之间的垂直距离高达3-4km，但杜克大学环境尼古拉斯学院的Avner Vengosh教授认为即使在地质系统的透水性很低的情况下，3-4km的距离也不足以阻挡钻孔用水向下渗透污染地下水；三是页岩气井密封不当导致的地下水污染，气体和卤水会进入设计不当的采井中，并且向周围环境中释放，尤其是从废弃或密封不当的页岩气采井中向附近的水井中扩散；四是化学性质稳定的污染物，包括放射性物质。由于镭的半衰期很长，镭一旦出现将会在环境中存在很久，废水处理之后，下游沉积物中镭的含量随着时间逐渐增加。

四、页岩气开发的空气污染风险

页岩气开发通常包括采井建设、生产、输送、储存、使用及闭井等阶段（Branosky，2012），空气污染物排放主要来自于采井建设、页岩气生产和输送这三个阶段。

页岩气生产开发过程中产生的主要排放物有：甲烷、乙烷、苯、甲苯、乙苯和二甲苯、硫化氢、臭氧的前驱体（ozone precursors）、悬浮微粒和二氧化硅。这些排放物都具有危害性，会对呼吸道系统造成影响，且苯具有致癌性。

采井建设阶段，排放物主要来自于车辆交通，柴油燃烧形成大量排放物，道路建设形成了粗颗粒物。在钻孔和水力压裂阶段，需要向每个采井注入100-500加仑水，动力内燃机运转产生柴油排放物，其他一些排放物包括压裂液排放物、沙子、挥发性有机物和二氧化硅等。钻孔掘进过程中还会产生悬浮微粒、硫化氢和甲烷。完井阶段，要把采井中的水力压裂法回流水抽出，伴随着通风和燃烧，会释放甲烷、硫化氢及挥发性有机物。McKenzie与其同事对科罗拉多加菲尔德县4个页岩气井开发过程进行抽样调查，对距离采井半英里之内和之外的居民进行了健康风险评估，发现距离采井越近的居民面临的健康风险越高。

页岩气生产阶段，主要排放物是泄漏阀和柴油动力压缩机所产生的甲烷和挥发性有机物。

页岩气输送及存储已经成为管道附近甲烷和臭氧的前驱体释放的主要来源。沿波士顿管道进行移动测量，发现有大量的甲烷释放，有的地方浓度达到全球背景值的15倍之高，甚至达到爆炸的临界值（Phillips等，2013）。

目前针对空气排放物实测的研究还很少，需要加强以下几方面研究：对钻井开发之前、过程中和开发之后的排放物进行测量；从页岩气的组成来分析排放物的特征，从而对排放物来源进行追踪；收集大量地表大气中甲烷含量的数据，尤其是城市地区；确定二氧化硅排放物的特征。

五、页岩气开发引起的公共健康风险

公共健康风险的诱发因素很多，通过环境和社会过程产生，直接或间接地影响人们的健康。页岩气开发的不同阶段会产生不同的诱发因素，从而引起公共健康风险。

一是空气污染带来的健康风险。McKenzie等2012年开展的健康风险评估研究，认为水力压裂法回流水可能是最主要的空气污染物排放来源。EPA 2011年的一项研究发现，水力压裂法开采的页岩气井所排放的甲烷、有害污染物及挥发性有机物是非水力压裂井的20倍左右。

这些污染物严重危害人体健康，增加癌症的患病几率。

二是水污染造成的健康风险。压裂液中含有大量的化学成分，经过地下高温高压环境形成的水力压裂法回流水成分复杂，目前我们对其研究还很少，水力压裂法回流水的复杂成分很有可能导致污水处理成为最重要的风险来源。

三是工业活动带来的健康风险。工业活动和采砂给工人带来硅肺病的风险；货车运输也是重要的污染源，纽约平均一口井至少需要运1000车次，同时每个页岩气田又有大量的采井，居住在交通线附近的居民，暴露在柴油机烟气和灰尘的危害会增大，学校儿童也面临着安全风险；工业的安全文化也是一个问题，Wyoming的一份报告发现页岩气开发行业的工人死亡率是全国的2至3倍，且多数发生在钻机和交通上。

四是其他因素造成的健康风险，页岩气开发所形成的噪音污染已经成为影响采井附近居民生活的主要因素，其与心血管疾病的关系也受到关注。调查显示科罗拉多州从2005年页岩气开始开发到2009年，犯罪和性疾病传播明显增长，当地居民出现紧张、失眠等其他反应。Kyle Ferrar的一项报告指出，在33个认为个人健康受到马塞卢斯盆地页岩气开发影响的一组调查者中，提到的最主要的影响因素都是社会性问题，包括信息不透明，甚至是误导性的，贪污腐败，以及投诉遭忽视等问题。

六、页岩气开发的生态风险

页岩气开发对生态系统的影响表现在以下两个方面：

一是页岩气开发对陆地生态系统的影响，直接影响包括：栖息地破坏、与设备碰撞造成的动物死亡、外来物种入侵（尤其是通过土壤干扰以及人类活动带进种子而造成的植被入侵）；间接影响主要来自于卡车和建筑产生的粉尘、噪音、光污染，以及野生动物逃离页岩气开发的地区和大范围的栖息地破碎化。同时，页岩气开发可能引发动物一些生理上变化，从而影响其生存或繁殖率。Sawyer等2006年研究Wyoming页岩气开发对北美黑尾鹿栖息地的影响，鹿会避开采井及运输路线，并迁入之前它们不曾使用的地区。

二是页岩气开发对水生生态系统的影响，其产生的采出水中的盐分和有机化合物会直接影响水量、水质及渗透率。间接影响包括：采出水对溶解吸收率、下流水域吸收水的能力的影响，对溶解固体和微量金属的影响，对流量和季节周期的改变，造成栖息地多样性减少，增加外来物种入侵等。Papoulias等（2013）对肯塔基州的鱼类死亡进行研究，结果表明页岩气开发造成的水污染会影响鱼类组织及生理情况。

七、页岩气开发对气候变化的影响

一是页岩气开发产生大量的温室气体对气候变化的影响。目前，美国天然气主要用于三大领域：电力、工业和商业（家庭）。每一类用途都有天然气替代物，且不仅局限在电力领域。据统计，2011年美国因天然气使用产生的二氧化碳和甲烷占总排放量的26%。从全球范围来看，页岩气储量在技术上将使天然气储量增加40%，但结合当前的天然气成本和价格，实际经济可采储量会小一些。目前几乎所有的页岩气开发都在北美地区，尽管别的国家对页岩气开发有兴趣，也有勘查和开发活动，但它们目前的产量都还很少。2005年美国还没有页岩气生产，而目前页岩气在整个天然气产量中的比例已高达35%，预测在2040年这一比例将达到50%。页岩气的持续开发将导致天然气价格大幅降低，这一趋势至少会持续到2040年。

页岩气的大规模开发对气候有直接的和间接的影响，一方面天然气价格降低将导致天然气被大量开发，以替代煤、石油、可再生能源以及核能，并不是所有被替代的能源所排放的温室气体都高于页岩气，也有排放量较之低的。另一方面天然气价格降低使得整个能源价格走低，能源消费量增加，温室气体排放增加。

根据2013年美国EPA的温室气体调查，使用天然气所产生的温室气体87%来自于燃烧过程。由于非燃烧原因形成的温室气体排放量变化较大，且过去几年一直在减少。

从不同行业部门来看，天然气燃烧排放的温室气体比煤炭燃烧低40-50%。Newell指出，美国2005年开始生产页岩气，而2012年煤电产量相比2005年就减少了496 GWh，同时燃气电力增加了470 GWh，可再生能源发电增加138 GWh，石油发电减少87 GWh。目前美国温室气体排放量是1992年以来最低的，这得益于多种因素，包括经济衰退、天然气价格降低、煤电管理加强等。

EIA分析认为，到2040年，电力行业这种高油气使用比例将累计减少5%的温室气体排放量。大量天然气替代煤炭使用，这对气候变化会产生有益的影响。在天然气的住宅及商业利用方面，以天然气为燃料进行取暖和加热所排放的温室气体相比电力取暖要低一些，但要考虑到天然气使用地的问题。与电力行业相似，油气利用比例高能减少3%的温室气体排放。在交通行业，通过对比天然气动力和汽油动力的轻型汽车的温室气体排放情况，结果表明天然气动力的汽车排放量比汽油动力汽车少10%。

二是国际影响。这些针对页岩气使用对气候变化的影响模型有很重要的国际影响，国际能源署的“天然气黄金时代”计划就指出，到2035年底，温室气体排放量比参考值减少3%。

三是对美国政策影响。天然气价格降低使得气候相关的政策容易实施，而其他政策实施的代价相对会增加。比如，天然气价格降低使得一些气候政策目标容易得到实现，因为可以用天然气代替煤的使用。相对而言，天然气价格降低提高了可再生能源的使用成本。要在一个较长时期内降低温室气体的排放，天然气使用比例的增加要与二氧化碳捕获和存储相结合，这样才能使得大量开发使用页岩气成为有竞争力的选择。

八、页岩气开发带来的社区风险

页岩气开发带来的社区风险主要包括以下四个方面：

一是页岩气开发带来的好处和代价。首先，页岩气开发能增加当地的就业和税收，尤其是在偏远地区，但这种促进作用通常是短期的，往往是经济在一阵繁荣过后出现长时间的萧条。其次，页岩气开发的代价却是长期的，和那些没有页岩气开发的地区相比，页岩气开发地区经济的波动性、不稳定性和变化性都较强，通常会出现长期失业、贫困、分配不公平和教育水平低等问题。世界银行的数据显示，一个国家的燃料、矿石和金属的出口比例通常与经济增长率成反比。美国的统计数据也显示，以能源为基础的国家的国民收入处于一个繁荣—萧条的循环中，而其他国家的收入则呈现出稳定的增长。

二是页岩气开发对新兴城市的影响。过去几十年里，快速工业化为社区带来的风险包括：市政服务变得越来越紧张、居民生活质量降低、大量居民迁出、过度开发但缺乏规划的建设遗留大量的废弃建筑。资源型新兴城市短期内出现人口的快速增加，由此带来的影响主要取决于该城市对人口的承载能力、快速发展的速度和缓解影响的资金供应情况。

三是页岩气开发带来的利益分配不公平化。随着时间增加，对成本和利益的分配不公平会越来越严重，这通常会产生“腐败的社区”。土地所有者通常都会得到利益，而社区的其他居民则不能。在一些页岩气开发地区，土地所有者和地下页岩气所有者会产生矛盾，这就进一步加重了分配不公平的影响，尤其是在页岩气所有者并不住在该社区的情况下。分配不公平会带来许多严重的后果，包括激烈的社区冲突、彼此间的不信任、诉讼活动、事实被混淆、开发者逃避责任、居民对受益者存在厌恶情绪等社会问题。社区冲突通常比环境影响还严重：社区有关决策很难达成一致，不同的利益相关者不再相互交流，大量的诉讼活动导致无法认清事实，这些情况长期发展下去，最终会导致居民迁出和投资萎缩。南达科他州州立大学社会和农村研究系Jeffrey Jacquet助理教授2012年对宾夕法尼亚州的土地所有者进行调查，在那些未进行页岩气开发地区，60%的土地所有者都认为页岩气开发会恶化社区环境。

四是页岩气开发会影响社区的名声。一旦一个社区有页岩气开发活动，就会被认为是“受污染的社区”（不管实际的污染程度如何），比如纽约的拉夫运河社区和宾夕法尼亚州三里岛周边地区。对这些社区的居民进行调查，结果显示这些地区居民的自我形象和自我认知幸福感受到了强烈的影响。

五是页岩气开发给居民带来的身心压力。研究表明有“生活压力”的人一半以上都会出现身体疾病，而在无生活压力的人中，这一比例仅仅是9%。Jacquet指出科罗拉多州加菲尔德县的页岩气开采造成的最大影响之一，就是给当地居民带来的生活压力，在瓦尔迪兹石油泄露地周围，当地许多人都出现创伤后应激障碍的症状。

九、不同风险之间的相互作用

未来能源组织（RFF）能源经济和政策中心主任Alan Krupnick开展了一系列针对页岩气的可持续发展研究，建立了一个风险矩阵，矩阵节点包括页岩气开发活动（水平钻孔、水力压裂法回流水和采出水处理等）、开发引起的问题（空气污染物、压裂液等）、中间影响（地表水、空气质量、栖息地等）以及最终影响（人类健康、生态系统、气候、生活质量等）。通过连接矩阵中从开采活动到中间影响不同的节点，可以列出264个“风险途径”。

研究将调查专家分为4组：环境方面的非政府组织、研究型大学、联邦和州政府机构和行业内的公司。各个专家提出他们各自认为最重要的风险途径，然后分组整理专家提出的前20个风险途径，结果发现有12个风险途径同时出现在4组中，这些共同关注的风险途径中，有7个是关于地表水，2个涉及地下水，2个为空气质量影响（都与甲烷排放相关），1个是栖息地破碎化问题。通过对比4组专家对于风险途径的前三大关注点，其中都包含这一风险途径：页岩气开发过程中套管和胶结不当造成的泄露事故，进而导致地下水污染。4组专家对风险的可能性和后果判断是不同的，最大的不同表现是对风险发生的可能性判断上，比如套管和胶结事故、蓄水故障和卡车事故等。

风险之间的相互作用可以表现为累积风险（多种风险途径具有相同的影响）和协同风险（多种风险相互作用加剧影响结果），其影响形式可以是规模化影响和相互影响。铺设管道造成的栖息地破碎化就是一个累积风险，随着管道数量的增加，破碎化会随之严重。这种关系并不一定是线性发展的，在这种情况下，只有当管道数量增加冲破某一阀值，才会发生栖息地破碎化的问题。页岩气生产开发过程中甲烷的排放也是一个累积风险，其爆发的潜力可能也是一个阀值现象。

风险之间的其他相互作用还包括：排放物之间发生化学反应形成有害物质（比如挥发性有机化合物与氮氧化学物反应形成臭氧）、生理影响（新爆发的疾病与先前的疾病相互作用）、不同风险途径形成的危害相互叠加（地表水减少与河流污染相互作用导致更加严重的危害）以及页岩气危害物与环境中的其他因素的相互作用。因此减少累积风险至关重要，一些好的工业做法能同时运用多种方式减少风险，比如页岩气开发形成的废水回收再利用。非工业活动也能通过多种方式降低风险，比如受影响的居民搬离页岩气开发地。

郑人瑞编译自http://www.nap.edu/