构建油气资源开发的多源多时相多尺度遥感监测体系的思考

熊丽媛，周学铖，吕 品，杨 玲

( 四川省核工业地质调查院，四川 成都 610052 )

0 引言

近年来，随着遥感技术的不断发展，涌现了一批优质遥感传感器[1]，同时，也积攒了大量珍贵历史遥感数据，在自然资源领域取得了一系列重要成果[2]。本文基于遥感技术，以青海油田为例开展了油气资源开发环境遥感监测与分析，旨在探索一套适用于油气资源开发遥感监测的技术方法，进一步支持油气资源开发状况动态监测以及油气矿山地质环境问题早期识别，为油气资源开发宏观调控和后期矿山恢复治理提供依据。

2019年，首批“油气矿山地物信息提取与外业查证”项目的正式发包表明油气资源开发遥感监测工作正式拉开帷幕。截至目前，油气资源开发遥感监测工作正在有序前进。

自全国矿山遥感监测工作开展以来，遥感技术在固体矿产资源开发与环境的监测方面已成为常规化手段，并且拥有了规范化的监测体系。长久以来的持续动态监测，不仅为相关部门的管理与决策提供了优质技术支持，同时也大大拓宽了遥感技术业务范围，有力推动了行业发展[3-5]。有鉴于此，开展油气资源开发遥感监测意义重大。

1 技术流程与工作方法

油气矿山遥感监测主要有以下步骤：资料收集、数据处理、建立遥感解译标志、初步解译、野外查证、详细解译、综合研究与成果汇编(图1)。

1.1 准备工作

1)资料收集。开展油气资源开发遥感监测所需的必要资料相对较少，主要有基础地理与地形地貌资料、满足任务要求的高分辨率光学遥感影像、矿业权等资料；此外，为进一步扩大监测范围和监测目标，可对应收集地质环境资料、InSAR数据资料。

图1 技术流程图Fig.1 Technical flow chart

2)数据处理。主要为可见光遥感数据处理和InSAR数据处理。可见光遥感影像主要用于监测底图制作；InSAR主要用于矿山地质环境监测，包括地质灾害监测、地面流体监测等。

1.2 遥感解译标志建立与初步解译

1)解译标志建立。根据卫星影像的可解译性，油气矿山遥感监测主要针对探油、采油和运油三个阶段开展监测，因此，遥感解译标志亦针对性地进行建立。由于前人已对光学影像中油气矿山遥感解译标志的建立进行了详细研究，本文不再赘述。

InSAR以开展时序监测为基础进行监测区的地表形变评估，其解译标志根据实际监测情况确定。

2)初步解译。根据已建立的解译标志开展初步解译工作，解译工作依照从整体到局部、从易而难的思路开展，首先确定井场(包括井)、站场等点、面要素，再根据井场与站场的连接关系相互印证确定输油/气管道等要素，之后开展道路以及其他要素的解译，具体流程见图2。

1.3 野外查证与详细解译

野外查证工作是对初步解译成果的验证与补充。油气资源开发遥感解译尚处于起步阶段，在初步解译过程中难免存在错解、漏解等问题。本文认为，对初步解译过程中存有争议的问题应逐一实地核查，对无争议的内容可选取不低于10%的解译图斑开展实地查证。详细解译工作在实地核查后开展，以确保解译内容的准确性。

3种包装材质分别为：透明袋七层共挤(EVOH)，镀铝袋(PET/VM-PET/LLDPE)和铝箔袋(PET/Al/LLDPE)，由食品包装袋生产厂家提供。

图2 初步解译流程图Fig.2 Flow chart of preliminary interpretation

2 关键问题解决方案

目前，油气资源开发遥感监测数据源主要为近一年的国产卫星合成数据，包括GF系列卫星、ZY系列卫星等，空间分辨率优于1 m的数据相对较少，数据质量亦层次不齐，对解译工作造成了一定困扰。加之油气矿山场地分布较为零散，配套设备如井、管线等均不易在常规高分辨率遥感影像中识别；另外，由于油气资源开发场地往往人烟稀少，致使潜在的地质灾害隐患无法在早期察觉。本文基于上述问题，提出以下解决方案。

2.1 多尺度多时相遥感数据源协同解译

1)基于开源遥感数据资源辅助解译。前文已述，遥感技术多年的快速发展积攒了大量历史影像数据，空间分辨率优于1 m的商业卫星数据甚至可追朔到1999年(IKONOS卫星)。在采用下发的遥感数据难以开展解译工作的区域，本文认为可灵活使用共享遥感数据辅助解译，一是可增加解译工作的准确性，二是对历史遥感数据的再利用起到了很好的推动作用。

2)重点区域开展低空无人机摄影测量。目前已商用的卫星遥感影像空间分辨率可达0.31 m(WorldView-3)，但在部分油气矿山地物解译中仍有不足，遑论其高昂的价格。相比而言，低空无人机摄影测量具有空间分辨率高、测量成本低廉以及高时效等一系列优势[6]，能很好地满足一些重点区域的解译需求，如对注水井、注汽井、输油管道、输气管道等油气设施的测量与监测等。

2.2 多源遥感数据协同解译

近年来，星载InSAR技术发展迅猛，从早期在地质调查、土地利用调查等领域的应用逐渐演变到地表形变监测领域[7-8]。随着Sentinel-1数据共享[7]，利用InSAR技术进行自然资源调查与监测逐渐成为了遥感工作的另一个有力手段。在当前的油气资源开发遥感监测中，InSAR技术亦可发挥重要的作用，具体如下：

1)开采区地质环境监测，尤其是地面沉降监测。与其他地下开采矿山类似，石油、天然气等开采过程中亦存在地表形变，其影响也是长久和深远的[10]，加之油田范围分布较广，常规沉降测量设备难以实现。近年来，InSAR技术在地表形变监测领域已有长足进展，其中陈志谋等[11]利用InSAR技术开展了石油开采区的地表形变，取得了较好的成果。笔者认为，在油气开发遥感监测内容中增设InSAR地表形变监测工作更有助于油气矿山开采中的地质环境监测与治理。

2)油气运输管线区地质灾害早期识别。地质灾害是影响油气管道安全的一个重要因素[12]，尽管因地质灾害导致油气管道失效的事件并不多，但其造成的损失却相当巨大[13]。国内外利用InSAR技术进行油气管道地质灾害早期识别已取得了较多成果。在油气开发遥感监测内容中增设InSAR工作有两个优势：一是辅助管道铺设路线的选取；二是对已铺设管道区进行地质灾害的早期识别，以期及早进行预防与治理。

2.3 “天空地”一体化监测预警系统的构建与实施

油气资源开发遥感监测的最终目的是更好服务于油气矿山的稳定与健康发展，而构建“天空地”一体化监测预警系统则是这个目的的具体实施。系统的构建主要涉及两个模块，即数据库和交互式平台，如下分述：

1)数据库建设。数据库以海量数据为基础，包括卫星、无人机、地面调查等多种大数据，通过解译与分析，转化为指示矿山开发状况、矿山地质环境现状信息的要素。数据库的建设主要考虑数据时空逻辑关系，用数据展示通过长时序的监测所反映的空间地物的变化形态。

2)平台建设。平台建设以便于使用为宗旨，充分吸收数据解译与分析的成果，通过模块化以及可视化展示监测成果。针对地面沉降、崩滑流等地质灾害体，通过历史活动迹象分类反演其变化规律，并建立预警阈值，实现地质灾害的实时预报和预警；针对矿业开发活动，通过油气井的现状解译情况与采矿权的空间关系开展识别，进而实现有序监管。

3 结论

本文通过对青海油田油气资源开发的遥感监测，总结了一套油气矿山遥感监测的工作方法与技术流程，并针对一些解译中存在的关键问题提出了解决思路，取得了如下认识：

1)油气资源开发遥感监测应充分利用多尺度、多时相遥感数据开展解译工作，个别区域仅利用卫星影像无法满足解译需求时，可酌情开展大比例尺无人机摄影测量。

2)油气资源开发遥感监测中可充分利用InSAR技术开展开采区地面沉降、运输区地质灾害早期识别等工作，做到早发现、早治理，为油气资源的安全开发保驾护航。

3)基于调查大数据构建“天空地”一体化监测预警系统，可更好为油气矿山的稳定与健康发展和矿山监管做服务。