在美国西弗吉尼亚大学念博士的时候，中国科学院大学地球科学学院在站博士后王国昌时常会去当地的页岩气开采现场参观学习。
给他留下深刻印象的是，页岩气公司的介绍中总是会强调环境问题，并举当地居民因环境问题而抗议页岩气开采的例子。
为了与当地居民搞好关系，减少环境问题带来的压力，页岩气开采公司在这方面下了很大的功夫。
“这些公司会做许多的地面和地下监测工作（空气质量测量、地表水监测等）以确保对环境造成影响降到最低，他们还专门设有社交部，用于和当地的居民进行交流沟通。虽然目前尚未出现有关页岩气开发引发环境问题的公开报道，但是环保问题依然是大家重视的。”王国昌这样告诉《科学新闻》。
作为清洁能源，页岩气近年来越来越受到重视。“与常规油气储层相比，页岩层具有相对低的渗透性。在此之前我们仅仅是将其作为其他油气资源的盖层，并非作为储集层。”中国科学院大学地球科学学院博士生导师琚宜文教授介绍说。
而在页岩气渐渐为世界所重视的同时，一些无法忽视的问题也让人们不能安心，这些问题便是页岩气开发中造成的环境影响。据了解，即使在页岩气开发最为成熟的美国，从宾夕法尼亚州到纽约州，不仅仅是页岩气开发公司受到各方的质疑，甚至是环保部门也承受着压力。
“页岩气开发涉及很多环境问题，如压裂液对地层的污染、压裂液用水来源问题，在美国影响很大。也正是因为这些问题，欧洲一些国家放缓了页岩气的开发。比如法国，严格禁止水力压裂开发页岩气，实际上就是禁止了页岩气的开发。”中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心的唐颖说。
双刃剑
2012年10月，台风“桑迪”的出现不但给所经国家带来了损失，并致使正处于白热化期间的美国总统竞选不得不调整日程。
“桑迪”让气候变化这一问题再次凸显在各国应对气候变化的政策中，清洁能源成为一项重要的策略。天然气由于其低碳排放量而成为替代煤炭、石油，降低碳排的选择之一。
据统计，天然气在英国能源总量比重中从1990年的24%上升到2010年的43%。而英国的碳排放量也随之从1990年的5.93亿吨，下降至2008年的5.33亿吨。剑桥大学工程学院的侯德义指出，这一变化归因于天然气对于煤炭、石油的替代。
“在同等条件下，天然气排放的二氧化碳为石油的67%，为煤的44%；与煤排放的污染物相比，二氧化硫为1:2700，氮氧化物为1:29。”中国石油勘探与生产分公司副总经理赵文智日前发表在《中国工程科学》上的文章如是描述。
页岩气以甲烷为主要成分，不含硫化氢，相比其他天然气气质更好，在科学家们眼中，页岩气的发展将为应对气候变化带来福音。全球变暖政策基金会（GWPF）曾发布报告称，页岩气是一种“储量丰富、廉价且对环境友善的能源”。
“页岩气的开采可以为环境带来益处。”侯德义这样评价。而与此同时，侯德义也指出页岩气存在着环境问题，他在日前发表的文章《自然-气候变化》中称：“对于气候变化而言，页岩气是一把双刃剑。”
甲烷泄露
侯德义告诉《科学新闻》，页岩气对于环境的影响主要有多种，其中一项是有可能造成甲烷泄露。
甲烷既是页岩气的主要成分，同时也是主要的温室气体之一。据了解，依每100年为单位计算，每吨甲烷所带来的温室效应较二氧化碳高出20倍以上。
“它不仅是一种强烈的温室气体，而且会增加地面上的臭氧污染，危害人体健康。大气中若含有高浓度的甲烷，而使氧气浓度降至19.5%以下时，就会使人体产生窒息的危险。甲烷的浓度增高，也会与空气混合，形成高度易燃并具有爆炸性的气体。”美国加州大学伯克利分校“全球环境健康”教授Kirk Smith认为甲烷是一种不容小觑的温室气体。
目前，世界上主要的甲烷排放主要来源于畜牧业。页岩气开采过程中出现的甲烷泄露主要来自页岩气开发过程中的故意排气、设备泄露、水力压裂过程等。
泄露在外的甲烷，除了进入大气之外，还有一些进入了水系。因为页岩气的采气管道经过采水层才能最终达到页岩层，有时因为管道老化或是其他问题将会导致甲烷进入含水层。此外，溶入含水层。甲烷进入水系之中，就造成了地下水物理化学性质的变化。
美国杜克大学环境科学教授Robert Jackson曾经对来自宾夕法尼亚州和纽约州北部地区60多口私人水井的地下水样本进行了分析，研究发现页岩气钻井附近的甲烷污染程度为其他区域水井水样的17倍。
“页岩气本身便是甲烷，在开采过程中，气体泄漏属于正常。”中国石油勘探开发研究院董大忠教授解释道。
地震恐慌
2011年的春天，兰开夏郡有些不太平。位于英格兰东北部的兰开夏郡海岸以及附近的黑谭市，在4月和5月分别发生了2.3级和1.4级的地震；此外，还有多达40多次更小等级的地震发生。虽然这些地震规模很小，但是仍然引起了当地人的警觉，他们将这些现象与当地正在进行的页岩气水力压裂项目联系了起来。项目负责公司英国Cuadrilla 资源公司不得不停止了当地的项目，该项目当时是英国唯一的页岩气项目。
事情发生后，Cuadrilla 资源公司委托独立的专家就这一问题进行调查研究并撰写了报告。在题为《Bowland页岩地震活动地质力学研究》的报告中，研究人员推断地震由Cuadrilla资源公司的水力压裂法引发的“可能性非常大”。
水力压裂法，是页岩气开采的核心技术之一，该技术向页岩层中注入高压液体，为的就是使前者发生裂隙，进而产出页岩气体。
“在这一过程中，压裂作用改变了页岩层中原有应力状态。因为引起受到压裂的岩层应力的快速释放，从而产生了等级不同的微型地震。煤炭开采过程中也会产生矿震。”中国科学院大学地球科学学院教授琚宜文这样解释道。
2012年7月发表在《科学》杂志上的一项研究结果表明，“高压液体运动——无论是自然的过程还是来自向地下注入液体的工业活动——都有可能通过打开地下深部的腔隙和裂缝而引发大地震”。在该研究中，研究人员在对一些地震案例进行研究后，认为“地震与天然水力压裂或用高压液体碎裂岩石有关。”
事实上，因页岩气开发引起地震并非仅发生在英国。2012年美国地质学年会上，美国地质调查局公布的一份报告称，近年来美国中西部地区地震频发“几乎可以肯定是人为的”。调查局发言人表示，虽然“该研究并没有表明页岩气的水力压裂法本身是地震的元凶，但是废水处理井应该负主要责任”。
虽然页岩气开采的水力压裂技术将会引发地震已被证实，而Cuadrilla资源公司的报告同时指出，基于上述地质学因素结合所导致的任何地震都不可能过大，而这种规模的地震因为太小并不足以造成灾难。
但是英国地质调查局的地震学家Brian Baptie则认为地震虽小，但是并不意味着可以忽视。他曾对此表示：“由于断裂发生在相对较浅的地层，因此这种震级的地震可能会导致货物在货架上滑动，并造成恐慌。”
水之困局
王国昌对于美国页岩气的开采现场并不陌生。基于多次的参观经验，他发现页岩气开采与其他常规天然气开采最大的不同在于钻井过程和后期的水力压裂。
由于水力压裂过程需要大量的水，井场管道错综复杂，高压泵林立，各种大型卡车及其储罐成排排列。这些卡车都是用来运输水、化学制剂、砂子、泵以及管道。此外，开采现场现场最大的一块区域则是用于处理钻井液及压裂返排液。
“页岩气最费水。”董大忠介绍说，相比其他气体开采，页岩气在施工过程中往往要耗费更多的水，在他看来这也将是中国页岩气发展面临的一大难题，因为中国水资源匮乏，且页岩气区域多位于丘陵山区。
琚宜文解释说，之所以页岩气开采用水量大，是因为页岩层较厚。“最具经济价值的页岩层厚度一般也在于20米以上，多在70~150米之间，尤其海相页岩单层厚度大，陆相、海陆交互相单层厚度要薄一些。故需要大量的用水用于压裂过程。”
在页岩气大量耗水的同时，水污染的问题也随之出现。
“我个人而言，最担心的是地下水污染问题。因为地下水很大程度上是一种不可再生的资源，页岩气开发如果造成地下水的污染，可能在几十年，甚至几百年之内都无法完全自然降解。”侯德义告诉《科学新闻》。
据了解，页岩气开采带来的水污染主要是由于水力压裂技术及在压裂技术中所使用的压裂液造成的污染。
在地层结构中分布着不同的含水层，每一层含水层所含的物质并不相同。在页岩气开采过程中，由于使用了水力压裂技术将会导致不同的含水层沟通，甚至混合，进而导致地下水污染。
“地下水循环系统是相对稳定和平衡的。每一层水所含有的化学成分也有差异性。由于页岩气开采的压裂作用，将会破坏地下水的稳定和平衡，加大了不同含水层的水力联系，改变了地下水的性质，使之用途发生了改变。”琚宜文说。
此外，开采过程中所使用的增压水中含有0.5%左右的化学制剂成分。这些成分在开采过程完成后，多数被抽出钻井得到处理，还有一部分会渗入地下引起地下水污染，一部分将会随着蒸腾作用上升到地表引起地表水污染。
琚宜文补充说，“由于地层含水层结构受到影响，故还会引起地面地下水位的变化。”
“可以预见，未来用水的压力会越来越大，所以在开采页岩气的过程中对地下水的保护很重要。”侯德义强调。
应对环保
当诸多环保问题被提出，页岩气的发展在世界范围内引起了质疑，争论声此起彼伏。“页岩气的环境问题除了对地表环境的改变，主要是可能引起甲烷气泄漏、地下水污染，以及诱发地震等。但是这些问题目前都存在比较大的争议，没有形成定论。”侯德义这样告诉《科学新闻》。
面对当前对于环境问题的众多质疑，中国石化股份公司石油勘探开发研究院的张抗表示，对于环境问题不应该过分恐慌。“因为在施工过程中出现的许多问题与常规油气开发十分相似，中国在常规油气开发中积累了丰富的经验，完全可以应付得来。”
“目前我们在开发中也注重环保问题，在施工中我们将压裂液进行回收和利用。未来在大规模的工业化开采中，环保问题是一个重要问题，但也是一个可控的问题。”中国石油勘探开发研究院副院长兼总地质师邹才能表示。
侯德义认为未来页岩气的环保问题与技术的发展分不开，他指出仍有很多方面的工作可以做，比如开发无毒或者易于自然降解的添加剂，加强防泄漏的措施，循环使用注水等。
据介绍，有关环保的研究工作在美国也仍处于起步阶段。“由于页岩气的开采是在地下，所以这个研究工作有难度。很多目前的监测工作是检测空气中的甲烷成分，以及浅层地下水的污染物浓度。但是由于污染物的迁移比较缓慢，即使发生泄漏事件也不一定能够很快发现。我想比较可行的是建立一套预防机制，尽量避免泄漏事件的发生，而不是‘补漏’。”侯德义说。
而对于环境问题，董大忠觉得未来的忧虑可能并不仅仅源于技术问题，在他看来，如果未来中国页岩气开发无序进行，进入页岩气开发领域的企业程度参差不齐，将会带来巨大的环境隐患。■
《科学新闻》 (科学新闻2012年第11期 封面)