2013年3月29日 星期五

台灣地質聊齋:被忽略了的本土頁岩氣?!!!!!

最近日本成功成為開採深海的天然氣水合物(可燃冰)的第一個國家,使得新能源的開發又成為目前的一個熱門議題。但事實上,最近最為成功的新能源開發,並不是可燃冰,而是頁岩氣(Shale Gas)。其中尤其以美國、澳洲等國家,已經成功用水力壓裂法(Hydro-fracturing,或又被稱為Fracking技術),商業生產頁岩氣,每百萬BTU的頁岩氣價格因此降至約3美元。根據美國能源資訊協會的估計,美國在2011年的頁岩氣生產,已經占全國天然氣生產量約23%,預估在2020年之前,美國由於頁岩氣的生產,將從能源進口國變為能源出口國,因此這波頁岩氣的開採發展,又被稱之為頁岩氣革命。
圖一、頁岩氣的生產,抵銷了傳統天然氣生產下降的趨勢

既然頁岩氣的經濟效益看來並不低,那台灣有沒有頁岩氣的蘊藏可能呢?這個答案是肯定的,也就是說台灣有頁岩氣的蘊藏潛能,只可惜過去被忽略了。在中油的估計裏,台灣的頁岩氣儲量一直被認為並不多,因此官方對於頁岩氣的討論多半集中於後續的進口與國外頁岩氣田的掌握。但是,所謂的頁岩氣革命,與其說是水力壓裂等技術上的革新,毋寧說是觀念上的革新,因為相關開發技術在上世紀80年代後就已存在。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,然後慢慢的移棲到儲存層中,這個過程可能要花上數萬甚至數百萬年,也因此存有大量油氣的儲存層是較為稀少珍貴的。



圖二、傳統石油及天然氣的開採觀念-找儲存層以及封閉構造


頁岩氣的觀念革命,就是利用水力壓裂技術,直接開採含有機泥質地層中的油氣,由於含有機泥質地層中,因為滲透性差,往往存在有大量尚未移棲的天然氣,所以可以利用水力壓裂法開採,提供更多的天然氣來源。但是頁岩氣這個名詞,很容易讓人直覺的以為指的是存在頁岩中的天然氣體。但是其實並不然,可以產頁岩氣的岩層,可以包括含有機泥質成分的頁岩、泥岩、甚至泥質的粉砂岩等岩層。岩層中的有機泥質成分與分解/成熟程度,才是產生頁岩氣的關鍵。不含大量泥質成分的頁岩,也很難有價值開採的頁岩氣蘊藏。




圖三、頁岩氣開採的觀念以及技術示意圖
過去中油對於頁岩氣的探勘,多半還是依循傳統的探勘觀念,尋找台灣疏鬆的岩層中可能的封閉構造與儲存層。也因此在99年度中油研發計畫台灣竹苗地區頁岩氣潛能評估-資料整合及頁岩氣評估技術建立中,對於頁岩氣的潛能結論是:臺灣地區最具油氣探勘潛能的西北地區之木山層(疏鬆砂岩為主地層)與五指山層(石英砂岩為主地層)產氣潛能佳。但卻忽略了台灣分佈範圍很廣的泥質地層之頁岩氣可能性。






圖四、美國地質調查所所繪製地區煤(或天然氣)的可能蘊藏沉積盆地
 
台灣在西南部、恆春以及東部各個區域,都有泥岩分佈,其中分佈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,南到高雄壽山與旗楠公路附近的丘陵,涵蓋面積超過一千平方公里,厚度在數千公尺以上。其中有多處地區,有噴發大量氣體的泥火山的分佈,過去的研究顯示這些氣體主要為甲烷(80%以上)、空氣(氮、氧等氣體,約1~10%)與二氧化碳(約1~5%),估計臺灣地區陸上泥火山噴口每年排放可達約2000公噸甲烷氣體。另外,過去中油曾在南部泥岩地區鑽鑿5000公尺深井,取出的樣本發現粘土礦物多數為伊利石,總有機碳含量在0.5%~1%。均大致與國外產頁岩氣之泥質地層相當。雖然在過去資料中,發現台灣西南部泥岩的天然氣來源有機物成熟度較低(約在0.5~1.2%Ro),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度地層(約在0.6%Ro以上)也有大量頁岩氣的蘊藏。由於近年來地球科學界對於資源評估的觀念與認知的革命,也讓我們重新檢視台灣的泥岩,應該有極佳潛力作為頁岩氣的開發目標層。
圖五、台灣南部泥火山以及經由地球物理探測的泥火山底下連通的淺層裂隙
 
其實台灣現在也已經有小規模的開發頁岩氣作為家庭使用的實際例子,利如在上述的泥岩區域,有部分人家也會開鑿淺井,然後收集井中自然溢出的天然氣,作為泡茶煮水,或是燒熱水洗浴之用。因此在台灣西南部泥岩區域,適當的選擇場址,用水力壓裂法開發頁岩氣應該是極有潛力的。雖然我們可以拼湊過去零星學者的研究,大致顯示泥岩區域是有頁岩氣的蘊藏,可惜官方並未有系統的針對以頁岩氣開發為目的,進行相關探勘與試產技術研究。雖然國外的案例,對於頁岩氣直接、間接造成的環保問題也有很多討論。不過在台灣泥岩層的很多地方,泥火山的頻繁氣體噴發甚至自燃,已經造成地區居民的很多不便以及危險。與其讓這些地區的天然氣白白溢散到大氣中,造成空氣汙染以及加劇溫室效應,那為何不將泥岩的頁岩氣視為大自然的恩賜,作適當的利用並回饋居民呢?



圖六、泥火山突然噴發造成災害