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蘭博電子報

047期-地質篇 (九) 蘭陽平原地底下的天然氣資源

文/圖:江協堂(國立宜蘭大學講師)

近兩年來國際油氣價格屢創歷史新高,原油期貨曾高達每桶150美元,儘管一些經濟學家認為其中有很大部分是人為炒作的結果,然而不可否認的,油氣這種化石燃料是一種短期內無法再生的能源。

 

某地區油氣藏的發現、開發、使用,其油氣的產量隨時間一般呈鐘型分佈,也就是說,若某一地區發現油氣藏,油公司從油品的銷售獲利後,會將資金投入再探勘工作,以期發現更多的油氣、獲得更大的利益,因此附近的油氣藏短時間內會一直被發現、開發,產量迅速升高,但是油氣藏是有限的,當大部分的油氣藏都被發現了,油氣產量在不久之後也會達到高峰,隨後就開始逐漸下降,而且永遠不會再回升了,從各國歷年的產油曲線可發現,世界上主要產油國的原油高峰產量已過,未來的產量只會越來越少,油價的高攀如果是人為的炒作,則人們對石油枯竭的恐懼就是炒作的主要憑藉。

天然氣資源

天然氣比原油不易運送、儲存,除非油氣藏離消費市場較近,早期的油氣田開發大都捨天然氣,而以原油為主,因此全世界天然氣的產量曲線似乎會比原油落後幾年,天然氣主要成分是甲烷,燃燒後大都變成水和二氧化碳,比燃燒石油所排放出的污染物低,在環保日漸被重視之際,天然氣有擴大開發的趨勢,天然氣使用的增加率漸漸比石油還高。

 

以地質條件來看,台灣及周圍海域可能沒有石油的蘊藏,但是卻有許多的天然氣藏,從陸上苗栗的出磺坑、鐵砧山到台灣海峽的長康天然氣田,已經生產不少的天然氣,油氣田通常位在一個廣大的盆地裡或是一個地質條件適合的構造區。

 

宜蘭平原面積約330平方公里,沖積層厚度最厚約1400公尺,從日據時代開始就有發現並使用來自地下水中的水溶氣(天然氣),後來中油公司在平原上做過許多探測,以期了解天然氣蘊藏潛能,探測結果雖然獲得少許天然氣,但並無大規模開發的商業價值,然而天然氣的使用並不像石油需要昂貴的提煉設備,離消費市場近的天然氣田大都可在生產地點做簡單的處理後,拉管線至住家或工廠直接使用,因此儘管宜蘭平原上少許的天然氣不值得油公司開採,對民間而言這些地下水中的天然氣已足夠讓許多家庭使用,如同老天爺額外的賞賜。

圖1 2004年全球油氣產量走勢預估(改繪自《沒有石油的明天》),圖中可發現美國的產油量在1970年代已到達高峰,俄羅斯和歐洲也都在2000年之前到達高峰,其他國家和地區的產油高峰預計也在近幾年到達。
圖1 2004年全球油氣產量走勢預估(改繪自《沒有石油的明天》),圖中可發現美國的產油量在1970年代已到達高峰,俄羅斯和歐洲也都在2000年之前到達高峰,其他國家和地區的產油高峰預計也在近幾年到達。

宜蘭平原水溶氣的發現和使用概況

水溶氣是指溶解在地下水的氣體,當地下水由深處流至淺處時,壓力減低,溶解度下降,以致從水裡逸散出來,這道理就像打開汽水瓶蓋後,可見氣泡從水中冒出來,若水溶氣主要的成分是天然氣(主要成分是甲烷),則收集這些氣體,用管線導引至家中的瓦斯爐直接使用,十分方便。

 

宜蘭平原南側冬山鄉一帶,早在日據時代就有使用水井逸出的天然氣紀錄,民國11年,位於羅東市區東南方約3公里的武淵國小,於鑽鑿水井時,在深度160公尺處遇可燃氣(天然氣)和泥水噴發,起初學校只為取水,可燃氣則任其散逸,民國20年,校方以當時日幣360圓購置一具儲氣槽、鉛管、瓦斯爐等設備,井口處設置一封閉水槽做為簡單的水氣分離器,將井水引入槽內,逸出的水溶氣充填在水槽內,再從槽頂鑿一開口接管線到使用端(圖2),所得的天然氣可供24具瓦斯燈、2個瓦斯爐和2個熱水器,燃燒時火焰高度約兩呎,使用情形良好,一直到民國六十幾年都還有供氣量,並轉為學校宿舍用。

 

當初日方為進一步了解水溶氣的潛能,於民國21年11月由日方中央研究所進行測試,得到單口井每日產量約172立方公尺的天然氣,甲烷含量約93.4%。

 

民國15年,在羅東鎮東北方3.5公里的五結鄉公所、派出所、五結國小在開鑿水井時,亦有發現可燃氣記錄,並曾利用該可燃氣約二十餘年,但可燃氣中的天然氣含量跟武淵國小稍有差異,水溶氣產量也較低(表1)。

圖2 水溶氣井口水氣分離器示意圖
圖2 水溶氣井口水氣分離器示意圖

另外,五結與武淵國小間的橄欖社和蘭陽溪北岸居民,也都有鑿水井時遇可燃氣噴出的紀錄,但利用情形記載不詳,筆者近日訪談地方耆老(宜蘭縣冬山鄉茄苳路75巷36號)表示,武淵一帶早期使用水溶氣的居民較多,現在只剩七、八戶,該耆老家中取用水溶氣之水井鑽於民國63年(圖3),花費約3萬元,井深約160公尺,濾水管約10公尺,至今已使用24年,但水溶氣量一直未減少(夏日枯水期,會減少一點)(圖4),水溶氣用於瓦斯爐、熱水器以及烘衣服等(圖5),節省很多瓦斯費用,還划算。

圖3 武淵國小附近居民使用之水溶氣設施
圖3 武淵國小附近居民使用之水溶氣設施

從民國十幾年至現今,宜蘭平原的水溶氣從發現到小規模的開發利用,大約歷經半個世紀,比一般油氣田壽命三、四十年還長一些,只可惜在這段期間並未做產量的統計,因此實際上水溶氣產量並不得知。

 

近二、三十年來,台灣沿海地區由於地下水的不當使用,造成地層下陷或海水入侵,政府趕緊全面管制地下水的抽取,以防災情不斷擴大,在地下水管制辦法的法令限制下,宜蘭平原上的居民已不能任意打水井並取用水溶氣,目前仍在使用水溶氣的居民將是宜蘭地區水溶氣使用歷史的最後見證。

圖5 水溶氣用於烘衣服
圖5 水溶氣用於烘衣服
圖4 水溶氣自水中冒出的情形
圖4 水溶氣自水中冒出的情形

宜蘭平原水溶氣的分佈

從日據時代居民使用的水溶氣情形,宜蘭平原水溶氣主要分佈在宜蘭市、羅東鎮以東,蘭陽溪南北兩側均有發現,面積超過20平方公里,其中以武淵附近的產量最大,天然氣的含量最高。

 

民國60-70年中油公司為了解宜蘭平原地區水溶氣潛能,於宜蘭平原鑽數口井,鑽井結果以武淵一號井為例,井深300公尺,地表0-15公尺為表土,岩性為淡黃色軟質頁岩,15-267公尺為第四紀沖積層,岩性主要為細粒泥質岩、深灰色頁岩等,267-300公尺為中新世基盤,岩性為黑色頁岩夾板岩(圖6),以30/64吋口徑節流嘴做地層測試,依穩定氣量計,每日水溶氣約400立方公尺。其他探勘水井尚包括宜蘭一至四號井(4口,蘭陽溪以北)、羅東一至三號井(3口,蘭陽溪以南),總計8口井,鑽井規模與武淵井類似,水溶氣測試結果,除宜蘭二號井無發現外,其餘各井水溶氣的產量約每日8-55立方公尺。

圖6 武淵一號井井下地質柱狀圖(中油公司,1974)
圖6 武淵一號井井下地質柱狀圖(中油公司,1974)

 

由於中油探勘水井各井之地層測試參數不同,水溶氣產量大小各井間不適合互相比對,若僅從水溶氣的發現有無,初步可將宜蘭平原水溶氣的範圍標示如圖7,水溶氣的分佈大致以現今鐵路為界,鐵路以西,地層岩性粗砂粒沈積物較多,有效孔隙率和滲透係數較大,因此天水容易滲入,水溶氣易被沖洗,導致水中含氣飽和度降低,從各井含氣飽和度來看,整體含氣飽和度約略由東往西逐漸降低;鐵路以東,細顆粒泥質、頁岩含量較高,地層傾角較低(約1-2度),天水不易入侵,有利於地下水維持其水溶氣的飽和度,初估地下水含水溶氣的區域約50平方公里,比過去估計的還大,至於儲量方面,因缺乏較準確的水溶氣層厚度、飽和度、氣體組成、出水量等參數,目前尚無法估計。

圖7 宜蘭平原水溶氣分佈圖(紅色區域)。大約在鐵路以東,北至壯圍,南至冬山,面積約30平方公里(宜蘭縣政府,1994)
圖7 宜蘭平原水溶氣分佈圖(紅色區域)。大約在鐵路以東,北至壯圍,南至冬山,面積約30平方公里(宜蘭縣政府,1994)

天然氣如何形成

天然氣是一種無色、無味的氣體,成分以甲烷為主,其來源主要是被埋藏在地底下的有機質被轉化而來,有機質轉化成天然氣的機制主要有兩種:生物作用(bio-genic)和地熱作用(thermal-genic)。

 

在低溫下,有機質較輕部分靠細菌作用即可轉化成甲烷氣體,此種氣體稱為生物氣或沼氣,一般地下水道、水溝、湖泊等呈現較還原環境的地區,有機質不易被氧化,就很容易產生甲烷氣,生物氣因在低溫下形成,僅部分會轉化成甲烷,因此通常產量較低,不容易形成天然氣田;若有機質被深埋,因地底下溫度、壓力較高,有機質容易轉化成甲烷、乙烷等氣體,這種氣體稱為地熱氣,地熱氣之轉化率較高,因此潛能也較大,是一般石油公司探勘的目標之一。

 

有機質是經生物作用或是地熱作用產生甲烷,可以從有機質受熱的程度來判斷,宜蘭平原的水溶氣經中油公司分析有機質受熱情形,證實水溶氣係以生物氣為主,由於含水溶氣地層含一些海相化石,推測在宜蘭平原形成時,武淵附近和以北一帶可能是一個半封閉性的潟湖環境,有機質在安靜的環境中得以保存下來,並經細菌作用產生甲烷氣,甲烷氣在高壓下溶解在地下水中,宜蘭平原東側岩層中細顆粒的泥質沈積物滲透率低,地下水不易流動,含甲烷氣的地下水被抽取至地表後,壓力降低,遂從水中逸出,變成居民利用多年的天然氣。

參考文獻

  • 中油公司,1964,宜蘭縣冬山鄉武淵國校水溶氣苗調查報告。
  • 中油公司,1974,宜蘭平原武淵一號探井地下地質報告。
  • 中油公司,1974,宜蘭平原宜蘭一號探井地下地質報告。
  • 中油公司,1975,宜蘭平原宜蘭二號探井地下地質報告。
  • 中油公司,1981,宜蘭平原羅東(溶)一號探井地下地質報告。
  • 中油公司,1982,宜蘭平原宜蘭(溶)三號探井地下地質報告。
  • 中油公司,1982,宜蘭平原宜蘭(溶)四號探井地下地質報告。
  • 宜蘭縣政府,1994,宜蘭縣地理圖集。

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