構建油氣資源開發的多源多時相多尺度遙感監測體系的思考

熊麗媛，周學鋮，呂 品，楊 玲

( 四川省核工業地質調查院，四川 成都 610052 )

0 引言

近年來，隨著遙感技術的不斷發展，涌現了一批優質遙感傳感器[1]，同時，也積攢了大量珍貴歷史遙感數據，在自然資源領域取得了一系列重要成果[2]。本文基于遙感技術，以青海油田為例開展了油氣資源開發環境遙感監測與分析，旨在探索一套適用于油氣資源開發遙感監測的技術方法，進一步支持油氣資源開發狀況動態監測以及油氣礦山地質環境問題早期識別，為油氣資源開發宏觀調控和后期礦山恢復治理提供依據。

2019年，首批“油氣礦山地物信息提取與外業查證”項目的正式發包表明油氣資源開發遙感監測工作正式拉開帷幕。截至目前，油氣資源開發遙感監測工作正在有序前進。

自全國礦山遙感監測工作開展以來，遙感技術在固體礦產資源開發與環境的監測方面已成為常規化手段，并且擁有了規范化的監測體系。長久以來的持續動態監測，不僅為相關部門的管理與決策提供了優質技術支持，同時也大大拓寬了遙感技術業務范圍，有力推動了行業發展[3-5]。有鑒于此，開展油氣資源開發遙感監測意義重大。

1 技術流程與工作方法

油氣礦山遙感監測主要有以下步驟：資料收集、數據處理、建立遙感解譯標志、初步解譯、野外查證、詳細解譯、綜合研究與成果匯編(圖1)。

1.1 準備工作

1)資料收集。開展油氣資源開發遙感監測所需的必要資料相對較少，主要有基礎地理與地形地貌資料、滿足任務要求的高分辨率光學遙感影像、礦業權等資料；此外，為進一步擴大監測范圍和監測目標，可對應收集地質環境資料、InSAR數據資料。

圖1 技術流程圖Fig.1 Technical flow chart

2)數據處理。主要為可見光遙感數據處理和InSAR數據處理。可見光遙感影像主要用于監測底圖制作；InSAR主要用于礦山地質環境監測，包括地質災害監測、地面流體監測等。

1.2 遙感解譯標志建立與初步解譯

1)解譯標志建立。根據衛星影像的可解譯性，油氣礦山遙感監測主要針對探油、采油和運油三個階段開展監測，因此，遙感解譯標志亦針對性地進行建立。由于前人已對光學影像中油氣礦山遙感解譯標志的建立進行了詳細研究，本文不再贅述。

InSAR以開展時序監測為基礎進行監測區的地表形變評估，其解譯標志根據實際監測情況確定。

2)初步解譯。根據已建立的解譯標志開展初步解譯工作，解譯工作依照從整體到局部、從易而難的思路開展，首先確定井場(包括井)、站場等點、面要素，再根據井場與站場的連接關系相互印證確定輸油/氣管道等要素，之后開展道路以及其他要素的解譯，具體流程見圖2。

1.3 野外查證與詳細解譯

野外查證工作是對初步解譯成果的驗證與補充。油氣資源開發遙感解譯尚處于起步階段，在初步解譯過程中難免存在錯解、漏解等問題。本文認為，對初步解譯過程中存有爭議的問題應逐一實地核查，對無爭議的內容可選取不低于10%的解譯圖斑開展實地查證。詳細解譯工作在實地核查后開展，以確保解譯內容的準確性。

3種包裝材質分別為：透明袋七層共擠(EVOH)，鍍鋁袋(PET/VM-PET/LLDPE)和鋁箔袋(PET/Al/LLDPE)，由食品包裝袋生產廠家提供。

圖2 初步解譯流程圖Fig.2 Flow chart of preliminary interpretation

2 關鍵問題解決方案

目前，油氣資源開發遙感監測數據源主要為近一年的國產衛星合成數據，包括GF系列衛星、ZY系列衛星等，空間分辨率優于1 m的數據相對較少，數據質量亦層次不齊，對解譯工作造成了一定困擾。加之油氣礦山場地分布較為零散，配套設備如井、管線等均不易在常規高分辨率遙感影像中識別；另外，由于油氣資源開發場地往往人煙稀少，致使潛在的地質災害隱患無法在早期察覺。本文基于上述問題，提出以下解決方案。

2.1 多尺度多時相遙感數據源協同解譯

1)基于開源遙感數據資源輔助解譯。前文已述，遙感技術多年的快速發展積攢了大量歷史影像數據，空間分辨率優于1 m的商業衛星數據甚至可追朔到1999年(IKONOS衛星)。在采用下發的遙感數據難以開展解譯工作的區域，本文認為可靈活使用共享遙感數據輔助解譯，一是可增加解譯工作的準確性，二是對歷史遙感數據的再利用起到了很好的推動作用。

2)重點區域開展低空無人機攝影測量。目前已商用的衛星遙感影像空間分辨率可達0.31 m(WorldView-3)，但在部分油氣礦山地物解譯中仍有不足，遑論其高昂的價格。相比而言，低空無人機攝影測量具有空間分辨率高、測量成本低廉以及高時效等一系列優勢[6]，能很好地滿足一些重點區域的解譯需求，如對注水井、注汽井、輸油管道、輸氣管道等油氣設施的測量與監測等。

2.2 多源遙感數據協同解譯

近年來，星載InSAR技術發展迅猛，從早期在地質調查、土地利用調查等領域的應用逐漸演變到地表形變監測領域[7-8]。隨著Sentinel-1數據共享[7]，利用InSAR技術進行自然資源調查與監測逐漸成為了遙感工作的另一個有力手段。在當前的油氣資源開發遙感監測中，InSAR技術亦可發揮重要的作用，具體如下：

1)開采區地質環境監測，尤其是地面沉降監測。與其他地下開采礦山類似，石油、天然氣等開采過程中亦存在地表形變，其影響也是長久和深遠的[10]，加之油田范圍分布較廣，常規沉降測量設備難以實現。近年來，InSAR技術在地表形變監測領域已有長足進展，其中陳志謀等[11]利用InSAR技術開展了石油開采區的地表形變，取得了較好的成果。筆者認為，在油氣開發遙感監測內容中增設InSAR地表形變監測工作更有助于油氣礦山開采中的地質環境監測與治理。

2)油氣運輸管線區地質災害早期識別。地質災害是影響油氣管道安全的一個重要因素[12]，盡管因地質災害導致油氣管道失效的事件并不多，但其造成的損失卻相當巨大[13]。國內外利用InSAR技術進行油氣管道地質災害早期識別已取得了較多成果。在油氣開發遙感監測內容中增設InSAR工作有兩個優勢：一是輔助管道鋪設路線的選取；二是對已鋪設管道區進行地質災害的早期識別，以期及早進行預防與治理。

2.3 “天空地”一體化監測預警系統的構建與實施

油氣資源開發遙感監測的最終目的是更好服務于油氣礦山的穩定與健康發展，而構建“天空地”一體化監測預警系統則是這個目的的具體實施。系統的構建主要涉及兩個模塊，即數據庫和交互式平臺，如下分述：

1)數據庫建設。數據庫以海量數據為基礎，包括衛星、無人機、地面調查等多種大數據，通過解譯與分析，轉化為指示礦山開發狀況、礦山地質環境現狀信息的要素。數據庫的建設主要考慮數據時空邏輯關系，用數據展示通過長時序的監測所反映的空間地物的變化形態。

2)平臺建設。平臺建設以便于使用為宗旨，充分吸收數據解譯與分析的成果，通過模塊化以及可視化展示監測成果。針對地面沉降、崩滑流等地質災害體，通過歷史活動跡象分類反演其變化規律，并建立預警閾值，實現地質災害的實時預報和預警；針對礦業開發活動，通過油氣井的現狀解譯情況與采礦權的空間關系開展識別，進而實現有序監管。

3 結論

本文通過對青海油田油氣資源開發的遙感監測，總結了一套油氣礦山遙感監測的工作方法與技術流程，并針對一些解譯中存在的關鍵問題提出了解決思路，取得了如下認識：

1)油氣資源開發遙感監測應充分利用多尺度、多時相遙感數據開展解譯工作，個別區域僅利用衛星影像無法滿足解譯需求時，可酌情開展大比例尺無人機攝影測量。

2)油氣資源開發遙感監測中可充分利用InSAR技術開展開采區地面沉降、運輸區地質災害早期識別等工作，做到早發現、早治理，為油氣資源的安全開發保駕護航。

3)基于調查大數據構建“天空地”一體化監測預警系統，可更好為油氣礦山的穩定與健康發展和礦山監管做服務。