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我国东部某地油气微渗漏的遥感研究

我国东部某地油气微渗漏的遥感研究


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0 言

世界上绝大多数油气田均存在不同程度的油气渗漏和微渗漏现象, 因而地表的油气显示是重要的找油标志, 但是不少油气田渗漏的油气是很微量的,往往在地表没有明显显示,然而尽管油气漏失量很少, 在地表土壤中也能形成一些烃类气体异常, 故而近来已开始利用气体 化探的方法来寻找油气藏。 但气体化探费工、费时, 且成本高, 不可能进行大面积测量。因此能否找到一种简便方法首先筛选出一批远景靶区, 然后再用气体化探及其它方法来检查此, 和寻找油气, 这就是本文要探讨的内容。

随着遥感技术在勘查油气方面的推广应用,有人注意到油气渗漏至地表后, 往往使地表土壤理化性质和其上生长的植被发生一定变化进而又致使地面反射光谱发生变化, 形成一些光谱特征与背景地区不同的光谱异常, 故而可用遥感的方法发现。 这就是说, 油气渗漏与反射光谱异常有一定相关性。 这样, 我们就可用遥感方法快速圈定一些找油气的有利地区, 以便进一步工作。目前国内外均已开展这一方面研究。我们在利用遥感资料对我国XX地区进行石油地质研究时, 在一些已知油气区遥感图像上,也发现了一些浅色调异常, 其范围与已知油气田范围大致吻合。 那么,这种色调异常是否就是油气渗漏的显示呢?我们通过地面土壤和植被的波谱测l量、土壤气体化探和地面检查, 发现色调异常区内存在烃类气体异常,且色调异常区内的土壤及植被的光谱特征均与异常区外有一定差异,这证明遥感图像上色调异常很可能与油气渗漏有一定关系。

遥感图像上显示的油气渗漏信息一般较微弱,在不同遥感图像上显示的清晰程度也不一样,用什么方法可增强突出这种信息呢?我们对图像进行了计算机增强处理,取得了较满意的结果,现将我们的研究成果作一简略介绍。


1已知油气田地表影响特征

X X地区地表为大面积第四系覆盖,所以遥感图像上除一些人工地物(如耕地、道路、油气井)、河流等影像外,就是植被、土壤和一些明显的被油污染的水体、土壤影像。但在几个已知油气田区遥感图像上均见到在一片深色调背景上呈现出一块块浅色调影像。如G油气田,在该区国土卫星彩色红外片上,于一片蓝绿色(为油污区的反映)背景中有一块边界模糊的浅褐色影像,南部呈深褐色,其范围与目前已知的油田范围基本一致,该范围内已有一批勘探、生产井(图像上呈白色点状影像),因此该浅褐色影像很可能与油气渗漏有关,但浅褐色异常是否一定与油气渗漏有关,尚待进一步工作。因其西部一些田块状的影像也呈褐红色,其原因尚值得进一步探讨。

又如在KL油气田地区的国土卫星彩色红外像片上,于一片深色调背景上,有两块葫芦状浅褐色影像(其上,间以白、深绿色耕地影纹),西侧一块影像,与已知的KL油气田范围 基本一致,其南侧,与一浅褐色影像无明显分界,另外在其周围深色调背景中尚见一些条块状耕地,也呈浅褐或蓝白色(彩片1);东侧葫芦状(水滴状)影像其南东侧边界较清晰,外围呈蓝黑色,但北侧边界不清,且黄河北也有一些浅褐色影像。其原因均值得探讨。

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彩片1 KL油气田及油气微渗漏色调异常彩红外图像

KL-油气田代号;L-油气渗漏影像异常代号

a-漏气井;G-古河道;ch-冲积扇


另外, 我们在XX地区的国土卫星彩色红外片上(彩片2), 还发现一种边界模糊的白色云雾状影像, 一般为蓝白色和褐色相间的花斑状纹形影像, 该云雾状影像区内已有钻孔发现气储, 这种云雾状异常也可能与油气渗漏有关。

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彩片2 内蒙某地油气微渗漏区彩红外图像

a-云雾状影像异常;b-古河道;d-耕地;K-气井;F-解译断层



2 油气渗漏造成遥感色调影像异常

鉴千研究地区是已勘探开采的油气田区, 地表已有不少被油污染的水体和土壤(研究油气渗漏时, 这种因素应予以考虑),幸而油有比较特殊的光谱,、在彩色红外片上, 这种地区多呈蓝黑色调, 而前述彩红片上的浅褐色影像究竟是什么原因造成的?我们进行了地面检查(检查的方法包括地面景观调查、植物和土壤光谱测试、气体化探), 虽然有些检查尚不够深入, 但仍取得一些定性认识,现以KL油气田为例, 将我们的检查研究结果简介如下:

2.1 KL油气田地区地面景观

据地面调查, 遥感图像上KL油气田地区的浅色调区, 地貌上微微凸起, 其地表河流具一定程度深切特征;地表生长的植物矮小, 呈枯黄早熟特征(也可能是病态反映), 且植被稀疏不发育;地表具不同程度盐碱化和不均匀分布的斑块状油污, 部份水体被油污染。

2.2 地表植被波谱测试结果

我们在KL油气田地区的遥感图像上的色调异常及其东侧一个同样色调异常内外, 共采集嵩子、芦苇、毛万草及红柳等植物样品66个, 然后对其进行光谱测量。

据测得的波谱曲线可见,总体上,遥感色调异常范围内的植物光谱近红外波段反射率均较色调异常外同种正常植物反射率低, 且色调异常内植物反射红外光谱均发生“蓝移”, 色调异常外植物反射红外光谱台阶位于0.7μm处, 而色调异常内植物的反射红外光谱台阶位于0.69μm

2.3 地表土壤波谱测试结果

在KL油气田及其东侧色调影像异常区内外同取土样21个,取样位置见图1, 这些样品土质分别为砂土、粉砂土、砂粘土。由于取样点太少,且只有6个样在色调异常范围外,因此对了解色调异常内外土壤波谱特征代表性尚不足(因为不同土质 、不同含水量均对波谱特征有影响,样点太少, 无法对比)。尽管如此,从测得的波谱曲线来看,仍有一定规律性,即色调异常内土壤反射波谱曲线,于2.2μm、2.3µm处均明显显示一个吸收峰,而色调异常区外则不明显(据有关资料介绍,土壤中有烃类气体存在,对反射波谱有较大影响,其中2.2µm处的吸收峰即为烃类气体的反映,烃类气体含量越多,吸收峰越明显)。由此可见,该区遥感色调异常范围内的土壤反射光谱曲线上,2.μm及2.3µm吸收峰明显,说明土壤中含有较多烃类气体。

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1 KL    油气田遥感、化探,航磁成果综合对比图

1-遥感影像色调异常;2-烃类气体异常;3-油气田范围;4-据航磁资料解译的潜山;5-断层

2.4 土壤气体化探结果

由于本次工作属于检查性质,只是检查遥感色调异常范围内是否有与油气渗漏有关的烃类气体存在,故样点较少,且大部分位于遥感色调异常范围内(与土壤波谱测试同时进行,采样位置也相同,见图1)。从分析结果来看,凡遥感色调异常范围内样品,烃类气体含量普遍较高,且与油气有关的气体比较齐全(如甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、二氧化碳、汞气等,尤其丁烷、戊烷的存在,通常均认为与油气有关)。由于本次样点较少,无法确定异常值,我们参照某研究人员在内蒙白音都兰作的气体化探所确定的异常下限发现,本区色调异常范围内的样品烃类气体含量均超过该数值。由此可见,本区的确存在油气渗漏现象。

2.5 讨  论

根据以上检查结果,遥感图像上色调影像异常内外的土壤、植被光谱存在差异,且土壤中存在与油气渗漏有关的烃类气体异常, 是否因此就可以说遥感图像上的色调影像异常与油气渗漏有关呢?当然油田渗漏气体可以造成土壤理化性质发生变化和致使地表植被发生变异, 从而使其反射光谱发生变化。但是, 其它一些因素也能使地表光谱发生变化, 如土壤的物质成分、含水量(会影响土壤波谱特征), 土壤中含一些重金属离子和遭受一些有毒有害物质污染均能使其上生长的植物发生病害, 故遥感图像上色调异常不一定全与油气渗漏有关。事实也是如此, 如KL油气田地区的黄河北部分, 也有一些浅褐色异常, 据地面调查,证实是古河道的反映。

尽管如此, 其中一部份色调异常确与油气渗漏有关, 如KL油气田地区, 据地面调查,除存在与油气渗漏有关的烃类气体异常外, 未发现植物遭受虫害和其它有毒有害物质污染源, 因此植物遭受病害主要由于受渗漏的油气影响, 致使色调异常内植物生长矮小、早熟枯黄, 从而也造成其反射光谱与色调异常外植物光谱不一致, 从而形成遥感色调异常。

至于上述彩色红外片上的浅褐色色调影像产生的原因, 据地面光谱测试结果, 我们初步认为是, 异常区内土壤一般色调较浅, 土壤中一些长石已风化成高岭土、蒙脱石(可能与油气相伴的酸性环境有关), 且由于油气造成的还原环境使土壤中的Fe3+还原成Fe2+ , 也使土壤颜色由红变为灰白, 故异常内土壤呈灰白色调。另外, 由于地表还生长疏稀植被, 正常植被在彩红片上呈品红色, 而异常区内植被因遭受病害, 近红外波段光谱反射率降低, 故色调呈暗红色。由于植被稀疏, 其间裸露土壤, 空中收录的是植被与土壤的混合光谱, 故在彩红片上呈浅红褐色调。彩红片上浅色调异常外围部分呈深蓝黑色调(彩片1、2), 可能是土壤中含水较多的缘故。看目前烃类气体异常与遥感色调异常尚有不吻合的地方, 其原因尚待进一步研究。

3 油气微渗漏色调影响异常增强处理

3.1 预处理

遥感反射率 Rrs=Lw/Ed(0+) , 即对水体的遥感反射率的计算必须要测量水体的离水辐亮度 Lw与水体表面 入射辐照度 Ed(0+) 。
本次试验所用图像是国土卫星彩色红外图像,因此在进行计算机增强处理前, 必须先对其进行分光处理和数字化, 即将国土卫星彩红外片上记录的绿、红、红外光谱信 息 分解成蓝、 绿、红三个单波段数值图像(分别代表0.5-0.6µm、0.6-0.7µm和0.7µm 以上近红外等3个单波段光谱信息)。同时将这3个波段亮度值记录在磁带上, 然后进行多 种功能的处理。

3.2 各种组合功能处理效果

遥感反射率 Rrs=Lw/Ed(0+) , 即对水体的遥感反射率的计算必须要测量水体的离水辐亮度 Lw与水体表面 入射辐照度 Ed(0+) 。
彩片3为一幅永安地区经过几何纠正和分光预处理后又合成的国土卫星假彩色合成图像,该图像上道路、耕地显示清晰, 分别呈线状和方块状蓝白色、 海蓝色影像。该地区油田已开采,地表已有不少油污区, 北部一水渠已为油污染, 在彩红片上呈褐黑色。该区大部份在图系上呈绿色, 局部呈海蓝色环, 环内核呈褐黑色。据了解, 褐黑色区为油污和油气渗漏区,但在该图像上边界不清, 两者区别也无明显显示, 也分不清油气渗漏的严重程度。

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彩片3 永安地区假彩色合成图像

a-局部构造;b-油污水渠;c-油气渗漏区;d-耕地


我们对该图像局部进行了放大后, 采用直方图正态化—跟踪球线性变换—假彩色合成组合功能处理。处理后的图像虽然某些细节清晰度有所改善, 但总的看, 油污及油气渗漏的区分、 油气渗漏严重程度等仍显示不清(彩片4) 。

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彩片4 永安地区直方图正态化、跟踪球线性变换组合处理图像

a-局部构造;b-油污水渠;c-油气渗漏区


后来我们又对 3 个单波段图像先进行亮度值比例扩展, 然后再进行假彩色合成, 处理后的图像上油污及油气微掺漏区呈红色(彩片5)。背景呈绿一黑色, 但在该图像上对油气渗漏的严重程度及油气渗漏与油污染仍区分不清, 特别是该图像东南部的红色部份, 究竟是油污还是严重油气渗漏分辨不清。

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彩片5 永安地区比例扩张组合处理图像

a-油气渗漏区;b-油污水渠;c-油气微渗漏区;d-油气渗漏和油污染混合区


接着, 我们又采用假彩色合成一正规化一标准化组合功能处理, 即将国土卫星彩红外像片经过分光获得的3个单波段图像首先进行假彩色合成, 然后进行正规化处理, 再进行频谱变扯或时间变量的标准化变换, 处理后的图像(彩片6) 上可见, 油气严重渗漏区位于该图像南部呈黄一深黄色, 而彩片5上东南部的大片红色区在这幅图像上则呈灰白一淡黄色, 说明与油气渗漏区不一样,经地面调查,为油污及盐碱化土壤。

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彩片6 永安地区正规化、标准化组合处理图像

a-油气严重渗漏区;b-油污水渠;c-油气微渗漏区;d-油气渗漏和油污染混合区;e-盐碱化、油污染混合区

一些油气微渗漏区,在图像上则呈黄—褐色, 背景呈蓝黑色。经与地面资料对比, 该图像各种色调的反映和区别比较符合地面 实况, 油气严重渗漏区与构造发育的油气田位置一致, 微渗漏影像区则与构造不发育的小油气田位置相吻合(图2、图3)。

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