煤层气勘探中的生态环境影响及保护对策

2005/12/5 10:58:24

摘要　煤层气勘探开发不仅可以消除煤层气对矿井和矿工带来的危害，还可以为社会提供一种洁净、使用方便的新能源和作为化工工业的优质原料。本文通过对山西晋西北煤田煤层气勘探过程进行分析，针对煤层气勘探活动的特点和可能造成对生态环境的影响和破坏，提出了减缓这些影响和破坏的综合防治对策。
关键词　煤层气勘探　生态环境影响　保护对策

ECOLOGICAL ENVIRONMENTAL IMPACTS AND COMPREHENSIVE PREVENTION
COUNTERMEASURES IN EXPLORING COAL BED METHANE(CBM)
Yang Guodong Shi Xiaofeng
(Department of Environmental Science,Shanxi University,Taiyuan 030006)

Abstract Exploiting the coal bed gas(CBG) or the coal bed methane (CBM) can eliminate CBM threat and harm to the safety of coal mine and coal miners but also supply a new energy resource of clean,convenient and high quality for our society and chemical raw materials for chemistry industry.This paper analyzed and discussed ecological environmental impacts in CBM exploration in the Northwest of Shanxi province and put forward comprehensive prevention countermeasures to lighten these impacts and destruction in accordance with its special characteristics.
Key words CBM exploration,ecological environmental impacts,prevention countermeasures.

1　前言
　　煤层气即煤层瓦斯气，是在煤化作用过程中产生并蕴藏在煤层和相邻地层中的天然气，其主要成份为甲烷(CH₄)，含量一般占95％以上。在煤炭开采中，煤层气常常被视为威胁煤矿安全和矿工生命安全及其有害的气体，如在一定的浓度比条件下，遇火花即发生爆炸，造成井毁人亡的伤亡事故。为此，煤矿在生产过程中要花费大量的人力、物力和财力将瓦斯排除，以保证矿井和矿工生命的安全，与此同时，排出的甲烷气体又会对大气环境造成污染。
　　山西省有着丰富的煤炭资源和煤层气资源，但由于以往缺乏科学规划，粗挖乱采和不合理的煤炭开发，造成了煤层气资源的严重浪费，这不能不引起全社会的广泛关注。合理开发煤层气资源不仅可以消除煤层气在煤炭开采中对矿井和矿工带来的威胁，还可以为社会提供一种高效、洁净、使用方便的新能源和作为优质化工原料，使煤层气化害为利，变废为宝，同时煤层气的勘探开发还会产生巨大的社会、经济和环境效益。对此，国家和山西省将在今后几年对山西省的煤层气资源进行试验性开发利用，目前，初期勘探工作已经开始。可以预料，作为二十一世纪替代能源的煤层气勘探、开发和利用，必将有着广泛的前景。
　　煤层气资源在勘探期的作业活动具有时间短、线路长、涉及范围广的特点，因此，勘探期不适当的作业活动可能对勘探区的生态环境产生不利影响。作为一项新的资源开发活动，对其活动的内容和特点进行分析，并对勘探活动可能造成的环境影响和破坏进行讨论，提出对产生不利环境影响活动的防治措施和对策，有助于建设单位和环保部门对勘探作业区的环境实施有效的监督和管理，避免由于不适当的勘探活动造成潜在的和不可逆的环境影响。本文以山西晋西北河东煤田煤层气前期勘探为例进行初步分析。

2　勘探区的环境特征
2.1　自然环境特征
　　勘探区位于山西省西北部的河东煤田，北起保德县和兴县，南至临县东南部，初期勘探区面积3000km²。本区地处吕梁山与黄河之间的黄土高原上，地貌类型为典型的峁状黄土丘陵地貌，其特点是梁峁连绵起伏，沟壑纵横，地面切割严重，切割深度一般小于200m。地形支离破碎，除少数沟谷中的基岩裸露外，大部分地区黄土覆盖深厚，但植被稀少，地面坡度大于10°，水土流失严重，土壤侵蚀模数在8000～12000t/(km2^.a)，严重的水土流失造成了主河流与小河沟的树枝状冲沟网。根据气候区划，该区属暖温带大陆性季风气候及干旱和半干旱区，年降水量460～560mm，主要集中在7～9月，但降水强度较大，这是造成区域性水土流失严重的主要原因之一。
　　勘探区土壤主要是耕种土壤，土壤类型主要为灰褐土，地震作业范围有少部分草甸土，成土母质为第四纪黄土沉积物。
2.2　社会环境特征
　　勘探区煤炭资源十分丰富，是国家优质焦煤基地，但由于特殊的地理位置和自然条件，使得地区经济和社会发展远远落后于全国和山西省平均水平，为国家级贫困地区。该地区以农业生产为主，乡镇企业欠发达，农村人均纯收入750元左右，城镇居民人均生活费收入也仅有2000多元。表1是勘探区所经地区国民经济发展的基本状况。

表1　勘探区所经地区国民经济发展基本状况

指标	兴县	临县
国民生产总值(亿元)	3.5	4.5
财政总收入(万元)	1958.6	2742
地方财政收入(万元)	1049.4	2087
国税收入(万元)	1009.8	859
地税收入(万无)	637.5	1226
耕地面积(m²)	53599	93911
粮食产量(t)	108152	115900
油料产量(t)	17122	17000
红枣产量(t)	2024	50179
人口数(人)	258942	541063
农民人均纯收入(元)	792	750
城镇居民人均纯收入(元)	2009	2089

3　煤层气勘探过程的生态环境影响分析
3.1　煤层气地质环境和贮气条件分析
　　(1)本地区特有的地质环境为贮气创造了良
好的条件。本区地层分布较全，沉积深厚，均以砂岩、矿质泥岩、泥岩互层为特征。煤系地层埋藏深，最深达1000m以上，岩性为砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层。太原组夹有3、4层薄层石灰岩，在垂向上形成了良好的贮气和成气条件。
　　(2)有比较稳定的地质结构。本区地质构造简单，断层较少，主要以褶皱构造为主，且波幅不大，分布面积广大，两翼产状平缓，倾角为4～6°。据统计大小褶皱在46条以上，最大长度达40km，宽约30km，封闭性好，是良好的煤层气富集地区。
　　(3)含有丰富的成气物质条件。本区煤系地层厚度达270～300m，其中煤层总厚为20～30m，煤质从气煤、肥煤到焦煤，深部为贫煤，处于煤化作用的低－中变质阶段，煤质优良，煤的有机含量为65.5％～69.4％，R_mx^o为0.7％～1.3％，炭质岩中的分散有机含量为7.5％～10.5％。
3.2　煤层气初期勘探的方法与特点
　　目前对煤层气初期勘探主要采用人工地震和钻探相结合的方法进行，即根据山区特点在勘探区沿主要河谷及地形地质条件较好、交通方便的地段布置地震勘探剖面，每个地震剖面采用钻机打孔，一般打到地下水以下数米，孔内放炸药引爆，用地震仪测量地震波反射数据，最后绘制地震剖面图，据此查明煤层气层位及其特征。根据地震成果，选择煤层气成气条件有利地段，布设勘探工程钻孔，进行物探测井和对煤层气采样分析鉴定，最终提出勘探区煤层气资源评价报告。
　　作为试验性的勘探开发，煤层气前期勘探具有条带状工程的特点，即剖面长、作业范围窄，但涉及面广的特点。
3.3　勘探区作业活动产生的环境问题
　　作为煤层气开发的前期工作，勘探期的主要作业活动包括人员进驻、土地占用、施工准备、设备运输和勘探等方面。整个过程对生态环境的影响具有明显的时间性、局地性和可逆性，而且大多为短期影响，随着勘探工程的结束，其对生态环境的影响也随之减小或消失，但如不对其进行有效的防治，有些影响则可能是有害的。根据对煤层气勘探活动的特点进行分析，有助于预防不利的环境影响和最大限度地减小这些影响。表2给出了煤层气勘探工程的活动内容和可能对生态环境产生的影响。

表2　勘探活动对生态环境的影响和破坏

途径	对生态环境的影响和破坏内容
1、人员进驻	对生态环境的影响，如土地破坏、作物受损等。对交通、大气环境和居民生活的影响。对局部大气、地面水环境的影响，如烟尘、固废和生活污水排放等。对地下水环境、水文地质环境、声学环境、动物栖息环境的影响等。对地下水环境、水文地质环境、生态环境、动物栖息和繁衍环境的影响等。
2、材料和设备运输
3、施工人员生活
4、人工地震
5、钻探

3.3.1　对地下水的环境影响
　　结合区域水文地质条件、含水层特征、各含水层相互关系，分析勘探工程可能对地下水产生的影响有：
　　(1)地震钻探可能穿过浅部含水层，炸药引发爆炸会造成局地含水层水位、水量暂时发生变化。
　　(2)震源炸药爆炸会使钻孔周围岩层局部发
生震动，导致岩层裂隙增多，造成局地地质环境的破坏和引起水位变化。
　　(3)钻孔勘探深度在700～1000m，孔径350mm左右，钻孔穿过的地层可能引起各含水层越流补给，使地下水赋存条件发生变化。
　　(4)有些时候钻孔需加入化学冲洗液，这些化学物质可能会影响地下水水质，特别是通过径流使具有水力联系的含水层水质受到污染。
3.3.2　对农业生态环境影响
　　地震勘探作业一般在河岸边和临近农田进行，主要影响对象为农业生态环境，如毁坏作物、造成水土流失等。初期勘探计划剖面长度约100km，地震物理点1000多个，每个地震点活动范围约为1000m²。地震勘探对生态环境的影响可以是直接的影响和间接的影响。如果施工区是在农田，又恰逢作物处于生长期，则对当季作物生长不利或造成当年绝收。另外钻井时排出的泥浆对土壤环境也有一定的影响。
3.3.3　对野生动物栖息环境的影响
　　勘探区属于黄土丘陵地带，植被覆盖率较低，动物生存环境恶劣。由于动物生存对环境的植被条件等依赖性较大，因此，施工场所植被的破坏会对动物的栖息环境产生影响。同时，实施人工地震产生的地震声波、钻机产生的机械噪声也都会直接和间接影响野生动物的正常生活。据估算，每千克炸药当其密度在1.5时，爆破时产生的能量约为4.2×10¹³erg，采用震级和震源发出的总能量的关系换算，震级相当于小于里氏2.5级的地震。另外，作业工人可能的非法狩猎活动对动物的生存也会产生严重的影响。
3.3.4　对土地利用类型的影响
　　初期勘探的一个特点是施工场点不停的变动，对土地利用类型的影响主要表现在对土地利用方式的影响和破坏，如作业场地的平整、修建临时道路、垃圾堆放等都将会使一部分土地利用类型发生变化。在地形坡度较大的地点施工可能由于作业活动还会造成严重的水土流失，这在晋西北黄土高原水土流失区表现尤为明显。

4　勘探期生态环境保护措施和对策
　　根据《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水土保持法》、《中华人民共和国刑法》“破坏环境资源保护罪”等有关法律条款，加强对勘探区的生态环境实施有效的保护。并根据“谁开发谁保护”、“谁污染谁治理”的原则提出以下措施和对策，以使煤层气在勘探期对环境的影响减小到最低程度。
4.1　加强对勘探过程的环境监理
　　在勘探区，建立和健全环境监理制度，特别要加强对作业场所周围的环境进行监督和检查，及时处理勘探过程中出现的环境问题，避免处理不及时对环境造成更大的危害。同时管理部门应明令业主负责向公司雇员、作业人员和附近村民宣传国家有关环境保护的法规和制度，提高作业人员和群众的环境意识，避免作业活动对环境产生的不利影响。
4.2　保护勘探区周围的植被，避免造成水土流失
　　对作业区的植被或农作物要尽可能加以保护，最大限度减小工作人员的活动场所，对修建的临时道路和勘探点废弃的土石、排出的泥浆要妥善处置，不得随意向河道倾倒。对临时占用地，待勘探作业完成后，尽快复垦，如为林地要恢复植被，以免造成新的水土流失。对施工的临时住地和临时道路要在施工完成后及时恢复。
4.3　严禁非法狩猎，保护野生动物的生存环境
　　勘探作业人员严禁在作业区及其周围地区进行各种非法狩猎活动，业主应对职员进行《野生动物保护法》的宣传教育。对钻机等设备要进行防噪、减震处理，尽可能减小施工噪声，保护野生动物及其栖息环境。
4.4　地下水环境保护措施
　　钻孔点要远离农村水源井，对勘探井、地震井要及时封井，以免地面水渗漏污染地下水，同时封隔浅部孔隙水与裂隙水的联系，防止各含水层的相互径流影响。对钻孔冲洗液和污染物要排放到固定地点，防止随意倾倒污染地下水和土壤环境。

5　结语
　　煤层气勘探是一项利国利民的事业，作为一种新的清洁能源，煤层气的开发利用有着广泛的应用前景。煤层气初期勘探活动具有线路长、作业时间短、涉及面广而影响范围小等特点，但作业活动对生态环境仍然会产生一些不良的影响，探讨煤层气勘探活动的特点和施工活动产生的生态环境影响，有助于建设单位和主管部门对勘探区的环境实施有效的监理和对污染、破坏的预防，以及加强对勘探区的生态环境保护，以使各种影响和破坏减少到最小程度。

作者单位：山西大学环境科学系，太原030006

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