淺談?dòng)蜌獾V山遙感監(jiān)測(cè)

李 青，李任時(shí)，張澤南

吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長(zhǎng)春 130102

0 引言

遙感是利用物體發(fā)射和反射電磁波的原理，通過航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星或宇宙飛船等平臺(tái)搭載的各種傳感器，對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)物體的電磁波信息進(jìn)行收集、處理、成像，進(jìn)而對(duì)地面各種景物進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，被人們俗稱為“天眼”。

19世紀(jì)中、后期攝影技術(shù)剛剛產(chǎn)生的年代就有了最初的遙感技術(shù)：從氣球上對(duì)地面攝影用于偵察、地災(zāi)調(diào)查以及地形測(cè)量的校正；20世紀(jì)初人類發(fā)明飛機(jī)后，航空攝影成為主要遙感手段首先在軍事偵察中得到普遍應(yīng)用并迅速發(fā)展起來；1957年人類首次成功發(fā)射人造衛(wèi)星后，遙感技術(shù)已擺脫單一航空攝影成像。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，彩色攝影、紅外攝影、雷達(dá)技術(shù)及多光譜攝影和掃描成像技術(shù)等相繼問世，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代遙感技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星(Landsat1)，標(biāo)志著民用航天遙感新時(shí)代的開始。

21世紀(jì)初，我國人造衛(wèi)星領(lǐng)域還處于試驗(yàn)應(yīng)用階段，國產(chǎn)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量還有待改進(jìn)。但近十年來，我國航天航空事業(yè)實(shí)現(xiàn)了飛越式的發(fā)展，人造衛(wèi)星領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就。2006年我國政府將高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(簡(jiǎn)稱高分專項(xiàng))列入《國家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》。隨著高分專項(xiàng)于2010年全面啟動(dòng)至今，我國成功發(fā)射資源三號(hào)、高分一號(hào)、高分二號(hào)等一批高分辨率遙感衛(wèi)星, 標(biāo)志著中國民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星已經(jīng)邁進(jìn)了業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段，為我國現(xiàn)代遙感技術(shù)在多領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。

1 礦山遙感監(jiān)測(cè)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，遙感技術(shù)以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域之中，礦山監(jiān)測(cè)領(lǐng)域便是之一。我國是礦業(yè)大國，礦產(chǎn)資源開發(fā)對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的影響是復(fù)雜的，有效地調(diào)查與監(jiān)測(cè)才能掌握礦山地質(zhì)環(huán)境問題及發(fā)展變化趨勢(shì)，更好服務(wù)礦山環(huán)境保護(hù)與綜合治理。

2003年，國土資源部針對(duì)礦山開發(fā)動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)展開試點(diǎn)研究。2006年起，啟動(dòng)了多項(xiàng)礦山遙感監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)全國礦產(chǎn)資源開發(fā)狀況和礦山環(huán)境進(jìn)行遙感調(diào)查和監(jiān)測(cè)。經(jīng)過十多年的努力奮斗，我國的礦山遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)國際領(lǐng)先的自然資源遙感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋多礦種、多要素監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了星空地一體化礦山開發(fā)監(jiān)管系統(tǒng)，建成了基本滿足礦山遙感監(jiān)測(cè)要求，集衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、信息提取、信息傳輸與野外驗(yàn)證、制圖與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能于一體的技術(shù)體系[1]。

2 油氣礦山遙感監(jiān)測(cè)的初步探索

一直以來，礦山遙感監(jiān)測(cè)工作主要關(guān)注固體礦產(chǎn)資源，還未涉及油氣礦產(chǎn)資源開發(fā)調(diào)查或監(jiān)測(cè)工作。于是，中國自然資源航空物探遙感中心在2019開始對(duì)油氣礦山遙感監(jiān)測(cè)展開探索工作。在探索工作的初期階段，遙感技術(shù)在油氣礦山監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用還是以定期常規(guī)監(jiān)測(cè)為主，即查明某一區(qū)域范圍內(nèi)油氣礦山的分布范圍、井場(chǎng)和站場(chǎng)等分布現(xiàn)狀及變化情況、油氣采區(qū)道路變化情況、輸油(氣)管道分布情況。通過與相關(guān)礦業(yè)權(quán)的對(duì)比，確定無證開采、以采代探或越界開采的井場(chǎng)(含采井)位置和占地面積。

目前油氣礦山遙感監(jiān)測(cè)中的監(jiān)測(cè)要素及內(nèi)容主要包括：井場(chǎng)(內(nèi)有采油井、采天然氣井、采煤層氣井、采頁巖氣井、注水井、注氣井、鉆井以及泥漿堆(池)等)、站場(chǎng)(包括計(jì)量站、聯(lián)合站、采出水處理站、集輸站等)、道路、輸油(氣)管道等(表1)。

油氣礦山相較于固體礦山，其分布面積大而廣(圖1)，加之油氣田勘探開發(fā)環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致地表設(shè)施要素種類繁多等因素，因此加大了檢測(cè)影像的解譯難度。油氣礦山的監(jiān)測(cè)工作需要利用空間分辨率優(yōu)于2.0 m的高分辨率遙感影像，再結(jié)合油氣要素組合特征，根據(jù)地區(qū)植被覆蓋情況選取適合的時(shí)相數(shù)據(jù)，最終結(jié)合野外實(shí)地驗(yàn)證以確保解譯結(jié)果的正確率。

圖1 吉林油田油氣礦山高分二號(hào)遙感影像圖

表1 吉林油田油氣礦山部分解譯標(biāo)志

3 油氣礦山環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)

油氣礦山開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響是多方面的，其中最具代表性的兩個(gè)方面為土地資源占用和原油落地產(chǎn)生的土壤污染。

3.1 油氣礦山廢棄占地監(jiān)測(cè)

遙感影像解譯過程中，將與采油井場(chǎng)輪廓特征類似，一般呈方形或近似方形，中心無設(shè)施，與背景地物色調(diào)差異明顯的圖斑認(rèn)定為廢棄采場(chǎng)(表2)。野外驗(yàn)證工作中發(fā)現(xiàn)部分采場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)停止，電力設(shè)施或采油機(jī)局部設(shè)備等已被拆除，也將其認(rèn)定為廢棄采場(chǎng)(圖2)。結(jié)合以上兩種情況，均屬于廢棄占地，需要對(duì)其進(jìn)行恢復(fù)治理。工作區(qū)內(nèi)廢棄占地的面積約為1 528.53 hm2。

本次開展了試驗(yàn)性恢復(fù)治理遙感監(jiān)測(cè)工作，對(duì)已提取的廢棄占地圖斑，結(jié)合野外驗(yàn)證結(jié)果，通過2018年高分影像與2019至2020年GOOGLE影像進(jìn)行兩期對(duì)比。發(fā)現(xiàn)農(nóng)田中的廢棄占地，多以自然恢復(fù)為主，即采場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)滿雜草但未恢復(fù)為耕地。部分存在油氣設(shè)備未拆除完全的情況，大部分連接廢棄采場(chǎng)的道路依然為裸地。工作區(qū)內(nèi)廢棄采場(chǎng)整體變化不大，未見人為恢復(fù)治理痕跡。因此有必要開展長(zhǎng)期的恢復(fù)治理遙感監(jiān)測(cè)工作。

表2 廢棄采場(chǎng)兩期遙感影像對(duì)比

圖2 局部設(shè)備拆除的廢棄采場(chǎng)

3.2 油氣礦山對(duì)土壤的污染

油氣礦山開發(fā)過程中產(chǎn)生的廢棄泥漿等廢棄物和落地原油會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重污染破壞生態(tài)環(huán)境。項(xiàng)目組在進(jìn)行野外驗(yàn)證工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，工作區(qū)內(nèi)油田的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)較高，在生產(chǎn)過程中采取了一定的措施避免石油泄漏造成對(duì)土壤的污染。即油井施工過程中，在采場(chǎng)地面鋪設(shè)防油污滲透用氈布以避免原油落地(圖3)。但油氣礦山開發(fā)對(duì)土壤的污染存在一定的隱蔽性，加之存在監(jiān)管不到位導(dǎo)致原油落地(圖3)等情況，有必要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)油田的污染狀況。

圖3 防油污氈布和原油落地

4 結(jié)語

當(dāng)前，中國地質(zhì)調(diào)查局已組織實(shí)施了2019至2021年“全國礦山開發(fā)狀況遙感地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目，總?cè)蝿?wù)是利用國產(chǎn)衛(wèi)星高光譜遙感數(shù)據(jù)綜合分析研究全國陸域礦山開發(fā)狀況動(dòng)態(tài)變化情況，查明全國陸域國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)動(dòng)態(tài)變化信息和重點(diǎn)礦區(qū)動(dòng)態(tài)變化信息等。油氣礦山遙感監(jiān)測(cè)作為該項(xiàng)目的子項(xiàng)目之一，對(duì)油氣礦山開發(fā)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。截至目前，項(xiàng)目成果已經(jīng)服務(wù)于國家土地礦產(chǎn)執(zhí)法監(jiān)督檢查，并為后續(xù)油氣礦山生態(tài)環(huán)境變化分析、油氣礦山開發(fā)環(huán)境修復(fù)治理工程等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國。而礦業(yè)開發(fā)秩序的維護(hù)、礦山環(huán)境的保護(hù)修復(fù)是推進(jìn)生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)的重要組成部分。同樣， 油氣礦山監(jiān)測(cè)工作就是踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅(jiān)持人與自然和諧共生，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策。隨著國產(chǎn)衛(wèi)星和遙感應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦山遙感監(jiān)測(cè)更能在助力生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國建設(shè)的道路上發(fā)揮重大作用。