柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)正地形遙感研究

齊小平，張友焱，馬達(dá)德，王世洪，于世勇，李趙州

柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)正地形遙感研究

齊小平1，張友焱1，馬達(dá)德2，王世洪1，于世勇1，李趙州1

(1.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院測(cè)井與遙感技術(shù)研究所，北京 100083;2.青海油田公司勘探開發(fā)研究院，敦煌 736202)

柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)第四系生物氣具有自生自儲(chǔ)和埋藏時(shí)間短的特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)弱，地層褶皺變形輕微。在穩(wěn)定構(gòu)造應(yīng)力作用下，第四系中發(fā)育大量的繼承性小幅度同沉積構(gòu)造。長(zhǎng)期以來(lái)，地震等勘探方法始終面臨“小幅度構(gòu)造難發(fā)現(xiàn)，薄層砂體難識(shí)別”的問題。為解決此問題，需尋找新的勘探方法和思路，以便為進(jìn)一步鉆探提供有效圈閉。根據(jù)新構(gòu)造在地表與地下具有繼承性發(fā)育的特點(diǎn)，通過(guò)利用ASTER，IRS－P5和QuickBird等中高分辨率遙感數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合地面測(cè)量和綜合評(píng)價(jià)方法，在三湖地區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的正地形研究，為勘探目標(biāo)的選擇提供了較詳盡的地形依據(jù)。

柴達(dá)木盆地;遙感;繼承性構(gòu)造;正地形

0 引言

經(jīng)過(guò)40多a的地質(zhì)勘探，柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)第四系天然氣已探明儲(chǔ)量達(dá)3 000多億m3，初步建成了澀北1，2號(hào)和臺(tái)南4號(hào)構(gòu)造氣田，形成了30多億m3天然氣年生產(chǎn)能力，成為我國(guó)陸上第四大天然氣區(qū)。但是，三湖地區(qū)天然氣勘探長(zhǎng)期面臨著“后備圈閉嚴(yán)重不足”問題，因此，尋找新的勘探方法和思路成為當(dāng)前三湖地區(qū)第四系天然氣勘探所面臨的緊迫任務(wù)［1－4］。

三湖地區(qū)第四系沉積巨厚，地形平坦，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)微弱，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定單一。大部分含氣構(gòu)造為背斜構(gòu)造，表現(xiàn)為正地形，這表明地下含氣圈閉與正地形具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如已知的澀北1，2號(hào)和臺(tái)南4號(hào)構(gòu)造氣田，均為兩翼傾角小于3°的正地形，并且與地下含氣圈閉有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，正地形可作為推斷三湖地區(qū)油氣圈閉構(gòu)造的依據(jù)之一，這是本文利用遙感技術(shù)進(jìn)行油氣勘查的基本思路。

對(duì)于地形地貌研究而言，遙感技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，特別是高分辨率遙感數(shù)據(jù)的問世，拓展了研究應(yīng)用的領(lǐng)域與空間，使遙感地質(zhì)從傳統(tǒng)的定性描述轉(zhuǎn)為半定量、定量的精細(xì)刻畫，不僅提高了遙感對(duì)地物目標(biāo)的空間特征識(shí)別能力，而且增強(qiáng)了對(duì)地物目標(biāo)屬性的認(rèn)識(shí)能力［5］?；诖?，本文以柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)為研究區(qū)，通過(guò)利用遙感圖像提取地形高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，尋找地表正地形，進(jìn)而分析推斷構(gòu)造圈閉，以期為研究區(qū)第四系天然氣勘探提供有利區(qū)帶或目標(biāo)。

1 正地形遙感解譯

1.1 數(shù)據(jù)選擇

針對(duì)研究區(qū)和研究尺度對(duì)數(shù)據(jù)的要求［6］，本文選用ASTER數(shù)據(jù)(空間分辨率15 m)、TM數(shù)據(jù)(空間分辨率30 m)和ETM數(shù)據(jù)(空間分辨率15 m)進(jìn)行全區(qū)1∶5萬(wàn)比例尺地質(zhì)解譯;選用IRS－P5數(shù)據(jù)(空間分辨率2.5 m)進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)1∶2萬(wàn)比例尺地質(zhì)解譯;選用QuickBird數(shù)據(jù)(空間分辨率0.6 m)進(jìn)行目標(biāo)區(qū)1∶5 000比例尺地質(zhì)解譯。

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 幾何精糾正

首先，使用1∶5萬(wàn)比例尺地形圖對(duì)ETM+PAN圖像(空間分辨率15 m)進(jìn)行幾何初糾正;然后以初糾正圖像為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)野外精糾正控制點(diǎn)測(cè)量線路，并使用RTG單點(diǎn)定位儀(定位精度為亞米級(jí))進(jìn)行野外控制點(diǎn)實(shí)測(cè);最后，采用北京54坐標(biāo)系、6°分帶、KRASSOVSKY水平基準(zhǔn)以及大地橢球垂直基準(zhǔn)投影，得到研究區(qū)IRS－P5正射影像(圖1)。

圖1 研究區(qū)IRS－P5正射影像Fig.1 IRS － P5 orthophoto image of study area

1.2.2 DEM 數(shù)據(jù)提取

IRS－P5正射影像是提取地形高程模型(DEM)的基礎(chǔ)影像。經(jīng)過(guò)條帶拼接、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及區(qū)域網(wǎng)絡(luò)平插等處理過(guò)程，獲得研究區(qū)DEM數(shù)據(jù)如圖2所示。

從圖2可以看出，澀北1，2號(hào)構(gòu)造氣田(已知?dú)馓?表現(xiàn)為明顯的正地形。將41個(gè)分布在圖2范圍內(nèi)可確定的點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，驗(yàn)正DEM數(shù)據(jù)精度，得到平均平面誤差(包括X、Y方向)為1.175 m，高程誤差小于3 m。

圖2 研究區(qū)DEMFig.2 DEM of study area

1.2.3 正地形提取

1.2.3.1 目視解譯

首先通過(guò)水系環(huán)繞、風(fēng)蝕地貌及淺色調(diào)(土壤濕度低)等特征確定地形的相對(duì)高低，解譯出正地形;然后通過(guò)與地震、重磁及電法等勘探資料的吻合程度對(duì)比，對(duì)正地形進(jìn)行初步評(píng)價(jià)和分類。圖3是根據(jù)正地形影像特征，利用全區(qū)TM，ETM及ASTER影像，通過(guò)目視解譯和多因素綜合分析后獲得的1∶5萬(wàn)比例尺地質(zhì)構(gòu)造和正地形解譯圖。

圖3 研究區(qū)1∶5萬(wàn)遙感地質(zhì)構(gòu)造和正地形解譯圖Fig.3 Geological structure and raised terrain remote sensing interpretation map of study area(1 ∶50 000)

通過(guò)解譯，共獲得可信度不同的正地形異常86個(gè)。其中，基巖裸露、半裸露區(qū)，包括澀北1，2號(hào)氣田在內(nèi)的已知背斜構(gòu)造共17個(gè)(圖中用褐色表示)，這些構(gòu)造與前人實(shí)測(cè)的結(jié)果在平面形態(tài)、空間位置及延伸方位上完全或基本吻合。其余69個(gè)正地形依據(jù)其規(guī)模、形態(tài)、影像特征以及與物探資料的吻合情況進(jìn)行綜合分析，可信度大致分為以下4類:

第一類為新解譯出的地面構(gòu)造，共3個(gè)，分布于三湖凹陷北斜坡和馬海凸起第三系基巖出露區(qū)。該類構(gòu)造褶皺特征直觀，其平面形態(tài)為橢圓形，長(zhǎng)軸為NW走向，中等規(guī)模，與相鄰已知構(gòu)造在空間分布上協(xié)調(diào)一致。

第二類為推測(cè)隱伏構(gòu)造，共11個(gè)，影像標(biāo)志較為典型，均表現(xiàn)為隆起幅度不等的正地形，且與地球物理勘探資料吻合度較好，可信程度較高。

第三類為影像特征較明顯的正地形，共22個(gè)，多表現(xiàn)為半環(huán)狀河流或由環(huán)狀水跡線(濱湖區(qū))環(huán)繞的典型淺色調(diào)異常，反映了地形的微隆起;與區(qū)域重、磁、電勘探異常有部分或局部對(duì)應(yīng)。

第四類為有一定色調(diào)和紋理特征組成的影像異常，共33個(gè)，其正地形特征并不十分明顯，邊界模糊或不十分完整，可信程度相對(duì)較差。

從圖3可以看出，第二、三類正地形異常主要分布于三湖凹陷北斜坡及湖區(qū)，已探明開發(fā)的澀北1，2號(hào)和臺(tái)南4號(hào)氣田均分布于該區(qū)，是目前青海油田天然氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)，也是遙感研究的重點(diǎn)地區(qū)和目標(biāo)區(qū)。

1.2.3.2 數(shù)字線劃地圖(DLG)的制作

數(shù)字線劃地圖(digital line graphic，DLG)是一種更為方便放大、漫游、查詢、檢查、測(cè)量和疊加各類信息的地形圖，主要用于重點(diǎn)研究區(qū)和目標(biāo)區(qū)。圖4是澀北區(qū)DLG與IRS－P5影像疊加圖。

圖4 澀北區(qū)DLG與IRS－P5影像疊加圖Fig.4 Overlay map of contour and IRS －P5 image

圖5是對(duì)澀北2號(hào)構(gòu)造氣田地表提取的高程等值線圖，構(gòu)造主體在遙感圖像上呈淺灰褐色，色調(diào)、紋理均勻;油田開發(fā)井場(chǎng)、道路、場(chǎng)站以及公路等設(shè)施的影像非常清晰，構(gòu)造周邊有較明顯的水跡退縮痕跡，并散布著大小不等的零星鹽堿洼地，凸顯了構(gòu)造主體的正地形特征。通過(guò)IRS－P5像對(duì)提取的DEM和DLG圖上都表現(xiàn)了典型的正地形特征，構(gòu)造主體大致由海拔2 716 m等高線所圈閉，與南北兩側(cè)和東西兩端形成了10多m的高差。

圖5 澀北2號(hào)地形等高線與IRS－P5影像疊加圖Fig.5 Overlay map of contour and IRS － P5 image of Sebei No.2 structure

2 勘探目標(biāo)選擇與檢驗(yàn)

2.1 正地形優(yōu)選分級(jí)原則

1)正地形的位置距離生氣主凹陷越近越好。三湖地區(qū)生物氣的生成時(shí)代很新，生成、聚集時(shí)間短，運(yùn)移距離近，因此構(gòu)造或正地形在凹陷中的發(fā)育部位對(duì)油氣聚集與遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)關(guān)系極為重要。

2)正地形距離已知?dú)馓锘蚝瑲鈽?gòu)造越近越好。距離近，說(shuō)明構(gòu)造或正地形可能與已知?dú)馓锘蚝瑲鈽?gòu)造同屬一個(gè)含氣區(qū)或含氣構(gòu)造帶，其基本石油地質(zhì)條件類似。

3)地形起伏的幅度越大越好。

4)正地形的規(guī)模和范圍越大越好。

2.2 重點(diǎn)區(qū)正地形分級(jí)評(píng)價(jià)與檢驗(yàn)

據(jù)上述正地形優(yōu)選分級(jí)原則，將解譯出的14個(gè)正地形異常劃分為3級(jí)，如圖6所示。其中，一級(jí)2個(gè)，二級(jí)4個(gè)，三級(jí)8個(gè);一、二級(jí)正地形異常均處于有利于油氣聚集的三湖凹陷北斜坡或凹陷與斜坡的過(guò)渡部位，而三級(jí)異常多分布在凹陷中心(現(xiàn)代湖泊主要分布區(qū))。

圖6 研究區(qū)1∶2萬(wàn)比例尺正地形遙感解譯綜合評(píng)價(jià)圖Fig.6 Raised terrain comprehensive evaluation map of study area interpreted by remote sensing(1 ∶20 000)

本文以澀北2號(hào)氣田背斜構(gòu)造和遙感重點(diǎn)解譯的正地形異常地段為例進(jìn)行地形剖面檢驗(yàn)。通過(guò)DEM數(shù)據(jù)截取的剖面如圖7所示。

圖7 澀北2號(hào)構(gòu)造DEM高程剖面示意圖Fig.7 DEM altitude section schematic drawing of Sebei No.2 structure

圖7 清楚地顯示了澀北2號(hào)氣田背斜構(gòu)造軸向及兩翼的隆起和傾伏特征。同時(shí)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證地形起伏狀況，沿澀北2號(hào)構(gòu)造軸向和最寬部位選取十字剖面線，使用高精度單點(diǎn)定位儀(RTG，定位精度平面為亞米級(jí)，高程小于1 m)進(jìn)行野外高程實(shí)地測(cè)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。比較DLG截取剖面和實(shí)地驗(yàn)證兩種檢驗(yàn)結(jié)果可見，地形總的起伏趨勢(shì)基本一致。

圖8 澀北2號(hào)構(gòu)造實(shí)地高程驗(yàn)證測(cè)量剖面示意圖Fig.8 Actual measurement altitude section schematic drawing of Sebei No.2 structure

另外，本次研究還選取了鹽湖西南一帶一個(gè)通過(guò)遙感解譯出的較大正地形進(jìn)行了室內(nèi)檢驗(yàn)。該正地形呈長(zhǎng)橢圓形(圖9)，長(zhǎng)軸NW—SE走向，中心部位影像色調(diào)較暗，外圍色調(diào)相對(duì)較淺，北西向紋理發(fā)育，與南北兩側(cè)形成明顯反差;地貌特征主要為鹽堿地，四周為鹽堿湖灘;總體地勢(shì)西北高、東南低。據(jù)遙感提取的地形等高線顯示，最高海拔為2 700 m左右，北東翼最低海拔為2 686 m，西南翼最低海拔為2 682 m，最大高差18 m;地形縱橫剖面均顯示出地形起伏明顯(圖10)。

該正地形異常位于生烴凹陷與三湖凹陷北斜坡的過(guò)渡或交接部位，距離生烴中心位置近，其地表特征和油氣地質(zhì)條件與澀北1，2號(hào)已知?dú)馓飿?gòu)造相似，十分有利于烴的聚集［4］。

圖9 鹽湖西南正地形DLG及地貌解譯示意圖Fig.9 Raised terrain DLG and ground feature interpretation map of southwest of Yanhu

圖10 鹽湖西南正地形DEM剖面示意圖Fig.10 DEM altitude section schematic drawing of southwest of Yanhu

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)的地形測(cè)量方法相比，采用中高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地形研究，具有范圍大、快速準(zhǔn)確、野外工作量小及成本低等優(yōu)勢(shì)。遙感研究成果與地質(zhì)分析相結(jié)合，對(duì)三湖地區(qū)第四系天然氣勘探具有十分積極的意義。隨著遙感傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用研究的深入，通過(guò)分析石油勘探開發(fā)生產(chǎn)的新需求，積極探索，不斷開拓，遙感技術(shù)在石油勘探領(lǐng)域的應(yīng)用前景勢(shì)必將越來(lái)越廣闊。

［1］ 黃立功，黨玉琪，徐鳳銀，等.柴達(dá)木盆地油氣勘探現(xiàn)狀和突破方向［J］.中國(guó)石油勘探，2006，11(6):1 －8.

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［3］ 譚彥虎，彭德華，潘洪峰，等.柴達(dá)木盆地天然氣資源潛力及勘探方向［J］.中國(guó)石油勘探，2006，11(6):42 －44.

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The Raised Terrain Interpretation Based on Remote Sensing Techniques in the Three Lakes Area of the Qaidam Basin

QI Xiao－ping1，ZHANG You－yan1，MA Da－de2，WANG Shi－h(huán)ong1，YU Shi－yong1，Li zhao－zhou1
(1.Research Institute of Petroleum Exploration ＆ Development，Petro China，Beijing 100083，China;2.Research Institute of Exploration and Development，Petro China Qinghai Oil Field Company，Dunhuang 736202，China)

The Quaternary biogas in the Three Lakes area of the Qaidam Basin is characterized by authigenetic self－ stored reservoirs，short burial time，weak tectogenesis and slight stratigraphic deformation.There are a lot of synsedimentary inherited low amplitude structures in Quaternary strata caused by the stable tectonic stress within the study area.The seismic prospecting work is encountered with the problem that it is difficult to discover low amplitude structures and recognize thin－layer sand bodies.The absence of effective traps which can be provided for the exploration is the key trouble which has hindered the breakthrough of the natural gas exploration in this area.It is urgent to consider new exploration methods and thinking for natural gas exploration.Considering the inherited evolution character of the structures between the Earth’s surface and the depth，the authors utilized the high precision remote sensing technique to interpret and map the Earth’s surface so as to find out the structure on the Earth’s surface.The new high resolution remote sensing data were utilized to interprete the raised terrain in combination with the survey of the landform and the integrated evaluation，and the results provide fairly detailed ground support for the selection of exploration targets in the Three Lakes area.

Qaidam Basin;remote sensing;inherited structure;raised terrain

TP 79:P 618.130.2

A

1001－070X(2012)01－0077－06

10.6046/gtzyyg.2012.01.14

2011－05－06;

2011－07－01

齊小平(1955－)，男，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師，主要從事遙感石油地質(zhì)、環(huán)境及工程等應(yīng)用研究工作。E －mail:qixp@petrochina.com.cn

(責(zé)任編輯:刁淑娟)