利用高精度遙感信息進行地面風(fēng)險識別及評估

雷迎春，黃 騰，王博濤，陳江力，王 興

(川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司山地分公司，四川成都610213)

一、引 言

高難山地地震勘探，地表條件復(fù)雜，地勢險峻，懸崖峭壁眾多，風(fēng)險識別采用地形圖和現(xiàn)場踏勘相結(jié)合的辦法。由于我國大面積1∶50 000地形圖繪制于20世紀(jì)50—80年代，地面信息有限，特別是經(jīng)過近20年的快速發(fā)展，當(dāng)年繪制的地面障礙和地形與目前實地有較大差異?，F(xiàn)場踏勘，受時間限制不可能覆蓋全部工區(qū)，且耗時耗力，真正完成工區(qū)地面風(fēng)險源的識別并作出正確評估，往往要測量工序完成后才能實現(xiàn)，嚴重影響項目安全作業(yè)。如果在施工前就能夠準(zhǔn)確識別工區(qū)地表風(fēng)險并進行評估，制定針對性較強的應(yīng)急措施，將極大地降低地震勘探作業(yè)風(fēng)險，達到安全、環(huán)保、健康作業(yè)的目標(biāo)。

二、信息提取

目前，遙感信息的來源主要有兩種途徑:①人造衛(wèi)星(包括航天飛機)遙測資料;②采用安裝在飛機上的激光掃描儀，即激光誘導(dǎo)探測和測距儀(Li-DAR)。由于機載雷達遠沒有星載雷達高度高，因此機載LiDAR可得到高分辨率DEM，目前垂直分辨率可達10 cm，橫向分辨率可達20 cm。這種方式精度高，但投資大，適應(yīng)于個別區(qū)塊。

高光譜的遙感信息提供了極為豐富的地面信息，目前HSE風(fēng)險識別需要的信息主要有:

1)地表巖性:通過熱紅外光譜(TIR)、近紅外光譜(NIR)、短波紅外光譜(SWIR)和合成孔徑雷達獲得。

2)地面建筑及農(nóng)田、森林、沼澤、濕地、草原、水域:主要通過多光譜和合成孔徑雷達、甚近紅外光譜(VNIR)、可見光(VIS)及近紅外光譜獲得。

3)地形及地表斷層:主要通過熱紅外與合成孔徑雷達信息獲得。

地面風(fēng)險識別需要經(jīng)過信息處理后獲得正射制圖、地質(zhì)圖、相對濕度、地表粗糙度、松散度、DEM、坡度、破碎度等成果。

三、地面風(fēng)險識別及評估

地表風(fēng)險源包括靜態(tài)風(fēng)險源和動態(tài)風(fēng)險源，靜態(tài)風(fēng)險源主要包括地面建筑、斷崖、河流階地等，動態(tài)風(fēng)險源主要有洪水、滑坡及其他不確定因素。

風(fēng)險評估要考慮以下幾個方面:

1)爆炸安全距離:指炸藥激發(fā)點距地面建筑的安全距離，分兩種情況:一般地面建筑(房屋、油井、管道等)和特殊地面建筑(古跡、軍事建筑等)。一般地面建筑根據(jù)建筑性質(zhì)、地表巖性按爆炸專用公式計算后確定激發(fā)點布設(shè)范圍;特殊建筑按照建筑管理者的要求確定激發(fā)點限制范圍。

2)突發(fā)洪水的淹沒范圍:分為靜態(tài)淹沒和動態(tài)沖擊兩種。靜態(tài)淹沒以當(dāng)年水文資料中最高歷史記錄為提示預(yù)警范圍，通過DEM、TPI按水平面模擬淹沒范圍。動態(tài)沖擊以沖溝、河道、伏流河洪水沖刷痕跡和氣象資料，通過DEM、TPI確定洪水可能沖擊的范圍。

3)交通安全包括:①禁止駛?cè)雲(yún)^(qū):有種植物的農(nóng)田、沼澤、濕地;②有條件限制進入?yún)^(qū):草原、地面建筑區(qū)嚴格按指定線路行駛，黃土、粘土層雨天不能通行，鹽堿地重型車輛禁止進入，沙漠區(qū)需要更換沙漠胎，戈壁礫石區(qū)、坡積物、沖積扇區(qū)行駛增加備胎;③坡度范圍:越野車在25°以下可以安全行駛，鉆井車在15°—25°行駛有較大風(fēng)險。

4)施工作業(yè)區(qū)包括:①坡度范圍:禁止施工區(qū)域(坡度 ＞70°)，高危作業(yè)段(45°＜ 坡度≤70°)需要架設(shè)天梯，中危作業(yè)段(35°＜坡度≤45°)需要保險繩，安全作業(yè)段(坡度≤35°);②地表影響:進入沼澤、濕地需有防陷落措施，進入軍事禁區(qū)、居民區(qū)、有種植物的農(nóng)田區(qū)需要事先與建筑、土地管理者達成協(xié)議。

5)電臺信號無法覆蓋區(qū):從DEM上取得工區(qū)高程、高差，根據(jù)無線電頻率、功率、相關(guān)系數(shù)，按照無線電臺傳輸距離計算電臺信號覆蓋范圍，提出電臺中繼站架設(shè)地點、數(shù)量。

6)營地搭建區(qū):通過正射制圖、DEM、TPI搭建野外營地時，盡量利用自然的或原有的開辟地，避開洪水通道，如河灣、絕壁下及滑坡區(qū)，盡量避免損害植被、污染水源等。

7)臨時避險地:施工人員施工中遇突發(fā)事件不能回到營地時的臨時住地，包括防洪平臺、臨時宿營地等，需要根據(jù)施工計劃、線路等因素提出建議位置。

評估流程如圖1所示。

圖1 西北地區(qū)山地勘探地表風(fēng)險評估流程圖

四、應(yīng)用效果

西北某勘探項目位于天山地區(qū)，地表溝壑縱橫，山體區(qū)占工區(qū)的90.35%，其中高難山體區(qū)占43.47%。地表為戈壁、高難山地、峽谷、河流、草原、油田建筑等，地表巖性有西域組礫巖、河灘礫石、砂泥巖和少量老地層。施工季節(jié)常發(fā)沙塵暴、暴雨、山洪、冰雹，是典型的HSE高風(fēng)險地區(qū)。在本次項目作業(yè)前，采用高精度遙感信息進行了輔助地表風(fēng)險識別和評估，取得了明顯效果。

本次施工主要采用美國GeoEye和印度IRS-P5衛(wèi)星影像提取數(shù)字高程模型，通過實地GCP采集進行影像處理，獲得正射制圖、地表地質(zhì)解譯、DEM、TPI、坡度、起伏度等成果。

經(jīng)過分析，結(jié)合 DEM、坡度、TPI、起伏度，繪制出工區(qū)地形風(fēng)險分布圖(如圖2所示)，從圖2中可以看出，工區(qū)東北部地面風(fēng)險最大。

圖2 西北某探區(qū)地形風(fēng)險分布圖

整個工區(qū)有四大地面風(fēng)險，可能造成的危害如下:

1)炸藥激發(fā)可能造成地面油井建筑損害，按照激發(fā)震動與建筑物距離公式，對采油井、鉆探井周圍498口激發(fā)點全部進行了有效偏移。

2)懸崖、峭壁對施工作業(yè)人員的安全可能造成危害，對坡度＞70°的地形設(shè)置了禁區(qū)，在激發(fā)、接收點位置優(yōu)化設(shè)計中提前進行調(diào)整，既保證了安全生產(chǎn)又保證了覆蓋次數(shù);同時對需要架設(shè)天橋的地點進行了建議標(biāo)示，提醒作業(yè)人員在中風(fēng)險地下需要使用保險繩。

3)突發(fā)性洪水沖擊可能給施工作業(yè)人員、設(shè)備帶來危害。根據(jù)地形分析和歷史洪水資料分析，在3條河流中提出了27個防洪平臺建議位置，并設(shè)計了緊急撤離路線，實際設(shè)置的21個防洪平臺，全部包含在27個預(yù)選平臺中，撤離線路全部采納。

4)工區(qū)通信不暢。利用DEM通過估算，建議了3個電臺中繼站，同時提出了34個野外營地和10個臨時避險地位置建議，34個野外營地全部采納，10個臨時避險地采納了7個，由于施工中防范措施到位，臨時避險地沒有使用。

通過采用高精度遙感信息對項目工區(qū)地面風(fēng)險進行提前識別和評估，制定出了積極有效的HSE防范措施，確保了項目任務(wù)得以安全優(yōu)質(zhì)完成。

五、結(jié)束語

1)高精度遙感信息在高難度山地地震勘探地表風(fēng)險及評估中，具有實用性，可有效減少現(xiàn)場踏勘時間，避免人力、物力浪費，并能夠為HSE險情預(yù)案的制定提供準(zhǔn)確依據(jù)。

2)遙感信息的精度是準(zhǔn)確識別及評估山地地震勘探地表風(fēng)險的關(guān)鍵，精度不夠?qū)乐赜绊懙乇盹L(fēng)險源的識別及評估效果。

(本專欄由天寶測量部和本刊編輯部共同主辦)