紀錄：王昱夫
頁岩氣是什麼？有人說頁岩氣開發會造成環境污染？有人說台灣沒有頁岩氣？頁岩氣革命席捲北美，進一步影響世界，今天讓我們一起，學習關於頁岩氣的科學，並對於種種頁岩氣的迷思，做出深入的探討與評估。
頁岩氣怎麼來？
一般我們依照天然氣形成的地質資源條件，分成「傳統天然氣」與「非傳統天然氣資源」。傳統天然氣多半是由在地層中，經歷百萬年移棲並且富集在「疏鬆」儲存地層中的天然氣所組成，其中又可依據是否與石油一起存在，分為「伴生（石油）移棲氣（Associated gas）」與「非伴生（石油）移棲氣（Nonassociated gas）」。而其他非傳統天然氣資源，則是存在於產生天然氣的有機泥質地層中或附近，因為孔隙率及滲透綠小，來不及移棲的天然氣，依照存在的位置及有機泥層的組成，又可分為煤層氣（Coal-bed gas）、緊滯沙層氣（Tight sand gas）以及頁岩氣（Shale gas）（注意：頁岩中若沒有泥岩層也不會有油氣，所以講者認為頁岩氣其實更適合被稱為「泥岩氣」）。
頁岩氣革命的意義
所謂的頁岩氣革命，與其說是水力壓裂法等技術上的革新，其實更接近一種觀念上的革命，因為相關開發技術在上世紀80年代就已存在。過去開採油氣，探勘與開採的重點是要有良好封閉的儲存層，通常是組成較為疏鬆的砂岩或是石灰岩層。油氣從含有油母質（有機泥質）的地層中生成，然後慢慢移棲至儲存層中，這個過程可能要花上數萬甚至數百萬年，也因此過去存有大量油氣的儲存層是較為稀少而珍貴的；
而頁岩氣的觀念革命，就是利用水力壓裂技術，直接開採含有有機泥質地層中的油氣（地質較堅硬，過去不易開採），由於有機泥質地層的滲透性差，往往保有大量尚未移棲的天然氣，運用水力壓裂法開採，灌注高壓液體使原本密實的岩層產生裂隙，內含的大量天然氣便會經由裂隙流入收集管線中，得到以往不易取得的天然氣資源。
頁岩氣探勘與開發技術的最新進展
現代頁岩氣開採過程，首先會垂直鑽井至固定深度，接著以水平鑽井的方式抵達頁岩氣藏區，透過水力壓裂法，施加高壓水泵將堅硬岩層壓裂（水壓可串連高壓水車達到調整、增壓）。通常在一個礦區，會沿著一個垂直鑽井的四周環繞式地做水平探勘，形成一個圓盤型的頁岩氣礦區。
一個頁岩氣會成功的原因，也在於其基礎設施幾乎是直接利用舊有的天然氣開採基地與管線（將舊礦區進行水力壓裂再開發），開採出來的頁岩氣可以直接經由既有管線運送，節省了不少成本。
頁岩氣的幾個迷思
頁岩油or頁岩氣？
「氣是氣，油是油！兩者是完全不一樣的」講者如此說道。在地質中儲藏的資源，通常石油比較少，而天然氣較多，這是因為石油要形成，所需要的油母質（能夠形成石油的有機泥質物質）的成熟度與種類，要比形成天然氣的條件嚴苛的多。而在岩層中來不及移棲的不只是天然氣，也可能包含石油，因此也有所謂的「緊滯砂層油（Tight oil）」以及「頁岩油（Shale oil）」。少數的頁岩氣蘊藏帶，會同時有頁岩油和頁岩氣，但多數都只有天然氣，沒有石油。
水力壓裂法是種不確定且風險極高的新技術？
很多人會誤以為，水力壓裂法是種近幾年才剛發展的新技術，然而事實並非如此！水力壓裂技術，最早可以追溯到美國南北戰爭左右的時間點。在上世紀1940年代末便已經被運用於油氣井大規模的商業生產。也就是說，它其實是一個老技術，而且在油氣商業生產上已經被使用至少60年以上，至目前為止，施用或曾經運用水力壓裂法開鑿的油氣井已超過百口。
所以，如果要說水力壓力技術的應用是「貿然投入沒有驗證過的新技術」，其實不正確。它最早起源於西元1866年，美國內戰的退役上將愛德華・羅伯茨，申請了美國專利第59936號發明專利。其發明被簡單稱為「爆炸魚雷（Exploding Torpedo）」或是「羅伯茨魚雷」。發明設計包括一個鐵盒，中間填入15至20磅不等的黑火藥，從注滿水的油井置入到需要爆破的深度，然後透過導線引爆，可以有效地集中爆破產生的震波於附近含油氣的地層，使地層裂隙增大。該技術在當時幾乎立刻受到業界的採用。
頁岩氣開採是使用水力壓裂法，因為注入超過一百種以上的化學液體，所以有很大的污染問題？
有些頁岩氣開採井存在嚴重的環境污染問題，但也並不是所有頁岩氣開採井都有環境污染（受地質組成和開採深度不同而有不同）。關於壓裂液，其實90％是水、9.5％是沙，小於0.5％的化學藥劑如酸、樹脂、KCl（抗膨劑）、殺菌劑以及有機脫附劑⋯⋯等等，很多是我們日常生活就會接觸到的東西，也都需要美國相關單位嚴格的驗證和准許才可以注入地下。但是真正有毒的是來自於壓裂過程中，不慎因壓裂裂隙連通至上層含水層，而從泥頁岩中流入含水層的甲烷、有機植與腐植質。所以我們看國外影片，水龍頭打開可以點燃，是因為地下水層混入了頁岩氣才造成的「水火同源」現象。
美國的頁岩層厚度都較薄，平均厚度在150～200公尺之間，岩層埋藏深度則不一，有的只有ㄧ、二百公尺，有的深達4000公尺。所以需要先垂直鑽到泥岩地層的深度，在水平沿著泥質地層鑽鑿水平孔做水力壓裂。深度淺的，只要一施工不慎，往往會造成上述環境問題。但這並非技術本身有問題，主要還是施工的人的安全管理出了問題。
中國擁有全世界最大的頁岩氣蘊藏，但仍缺少水力壓裂這種成熟技術，所以現在無法開採？
中國並非沒有壓裂技術，必須再次強調，這種技術在1940年代就出現了，但是要能控制定向水平鑽的方向需要經驗與微震監測技術，這才是大陸方面最缺乏的！在經驗上，大陸目前比較傾向於先開採煤層氣（Coal-bed gas），利用開採煤層氣的過程當作練兵學習經驗，未來要克服技術和經驗上的不足，對中國來說並不是件難事。
臺灣沒有具經濟價值的頁岩氣蘊藏？
臺灣有頁岩氣，這是各界都沒有質疑的事（像有名的景點：泥火山，其實從泥岩層中冒出甲烷，就是頁岩氣），但是有沒有足夠的蘊藏量和開採價值呢？其實過去不管是中油或是工研院對頁岩氣的探勘，都做得並不完整，有些其實是到砂岩地區去找頁岩氣，忽略了頁岩氣真正可能存在的地點。
台灣在西南部、恆春以及東部個區域，都有泥岩分佈，其中分布最廣的是西南部泥岩地區，分佈範圍北自新營附近的龜重溪，南到高雄壽山與旗津公路附近的丘陵，涵蓋面積超過一千平方公里，厚度在數千公尺以上。現在積極探勘的甲烷化合物分布的地質，正是這些泥岩在數百萬年前的沈積環境。雖然在過去資料中，發現臺灣西南部泥岩的天然氣來源有機物成熟度較低（約在0.5～1.2Ro之間），但最近美國在東北部泥盆紀頁岩盆地的研究，發現在過去認為的低成熟地層其實也有大量頁岩氣蘊藏。
會出現這種差異的原因，可能是因為過去單位採用穿井（Performated method）的傳統開採石油天然氣評估方法，僅根據幾口開鑿在台南地區的鑽井來評估古亭坑泥岩區域，由於試鑽是乾井（沒有冒出有價值的油氣），便直接認定該地區沒有蘊藏。但是要知道，頁岩氣屬於非傳統能源，開採要用水力壓裂法將岩層壓裂增加表面積，使原本不連通的岩層產生相連的空隙，天然氣才能逸散出來，若只是單純用前者的方法（穿孔法），就像是用細吸管喝冰沙，一吸吸不到什麼，後者的方法（水力壓裂）則像是用粗吸管先攪一攪再吸，才有可能吸到杯子裡的東西啊！過去評估的方法與觀念與今日不同，才會導致過去一直認為台灣沒有蘊藏，其實是有機會有蘊藏的。
水力壓裂法會引發地震！？
延續上段的比喻，水力壓裂技術就像是喝冰砂一樣，凍硬了總要用吸管戳一戳，騰出一些空間來融化才能再喝，這個戳的動作會產生震動，也就是「微地震」。但一般我們再用力戳，每次戳鬆的範圍還是有限，力道也有限，引此產生的震動也還是有限。所以目前一般水力壓裂所直接造成的地震規模多在3以下，通常是屬於震度較小甚至無感的地震。因此是不會直接引起大地震的。
那有沒有可能引發許多小地震的能量，間接引發大地震呢？就臺灣來說，這也是不容易發生的！因為台灣的泥岩層很厚，就像一塊大海綿，即使因為開採頁岩氣產生微震，也一下就被周圍的泥岩吸收掉了，能量不容易累積，要誘發大地震的機會也相對小。
該如何看待頁岩氣
東野圭吾的「真夏方程式」裡面的湯川教授對著環保人士說：「你或許是環保的專家，但對科學是門外漢吧？⋯⋯如果你想雙贏，就必須雙方都有相當的知識和經驗，認為只重視一方就夠的想法，是一種傲慢的態度。要尊重對方的工作和想法，才是擴展雙方之道」。人類的文明與進步，同時也不可避免的需要資源的開發，也造成一定程度上的環境污染，除非我們回到原始時代，否則我們就不可避免地必須在環境和資源開發上尋求平衡點！所以如果抱著先入為主的誤解，去討論頁岩氣或其他能源的開發問題，以環境安全的疑慮，拒絕一切能源開發。是無法得到任何妥協與雙贏的機會的。
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