油气微渗漏遥感监测
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油气微渗漏遥感监测
Jason Wolfe 2018年8月6日，星期一
遥感技术可以帮助石油和天然气行业的专业人士发现新的勘探区域。其中一个应用就是识别油气微渗漏区域。
微渗漏是指从油气藏渗出到地表的、肉眼不可见的轻质烃类（主要是C1–C5物质）痕迹。当烃类向上运移并到达地表暴露于空气中时，会在地表或近地表产生多种我们可以通过遥感监测到的现象。虽然遥感无法直接探测微渗漏，但它可以揭示大范围的蚀变模式，为进一步勘探提供起点。
本文简要介绍了利用 Landsat 和 ASTER 影像勘探潜在微渗漏区域的方法，并提供了一些示例。
背景
随着轻质烃类气体向地表运移并与大气接触，它们会通过一种称为细菌氧化的过程被氧化掉。这会提高近地表土壤的酸度（降低pH值）。虽然通常需要土壤样本来确认这些土壤地球化学变化，但我们也可以通过遥感寻找大范围的表现形式。以下是烃类引起的蚀变的一些常见指标（Schumacher, 1996; Yang, Van der Meer, and Zhang, 2000）：
- 红层褪色：含氧化铁（赤铁矿）的砂岩地层通常呈红色。当烃类向上运移时，会溶解氧化铁并使砂岩褪色。这些区域会显示三价铁含量减少，而黄铁矿和菱铁矿等元素增加。
- 粘土矿物蚀变：在微渗漏区域，伊利石和蒙脱石等粘土常会转化为高岭石。富含高岭石的砂岩在粘土比率图像（例如，Landsat TM 的波段 5/7）中会显示较高的值。
- 碳酸盐增加：这是烃类氧化的副产物。
- 植被胁迫：酸性土壤中的植被通过根系吸收不同的过渡元素。由于土壤地球化学的变化，植被通常会表现出异常的光谱特征。
要全面分析潜在的微渗漏区域，我们需要的不仅仅是遥感影像。还需要实地研究，以及对下伏地质和断层构造的透彻了解。本文重点介绍遥感方面，特别是蚀变模式。
让我们以加利福尼亚州克恩县为例。贝克斯菲尔德以西的米德韦谷地包含几个大型油气田。其中之一是米德韦-日落油田，它在2014年生产了2930万桶石油，使其成为美国第三大产油油田。埃尔克山油田是加利福尼亚州最大的产气田，2014年产量为808亿立方英尺。
显示主要油气田位置的研究区。图像由谷歌提供。
向北看，麦基特里克和埃尔克山油田的景观。图像由谷歌提供。
虽然该地区已被广泛勘探，但我们仍然可以用它来了解富含烃类区域在影像中的特征。
ASTER 是用于检测矿物和蚀变带的常用传感器，因为其波段范围覆盖了可见光到短波红外波长。下图由 2007 年覆盖感兴趣区的 ASTER 场景生成。寻找蚀变带是识别潜在微渗漏区域的第一步。
在 ENVI 5.5 中创建的 ASTER 波段比率图像，突出显示了蚀变带、明矾石、高岭石和叶蜡石；同时抑制了三价铁区域。应用"Haze"颜色表后，蚀变带显示为黄色。在创建波段比率之前，已将农田和明亮的干盐湖掩膜掉，以免影响结果。
下一张图片显示了 2013 年的 Landsat-8 场景（由美国地质调查局提供）。创建了一个彩色合成图，以粉红色突出显示碳酸盐。在油气田所在的山谷中，碳酸盐变得很明显。
ASTER 和 Landsat 非常适合在大范围地理区域上突出显示由烃类引起的矿物蚀变区域；然而，它们只能为进一步勘探提供起点。例如，WorldView-3 具有更高的空间分辨率和更广泛的短波红外波段，有助于完善我们对烃类的研究。高光谱数据也可以用于通过窄带光谱指数来观察植被胁迫区域。
参考文献
Schumacher, D. "烃类引起的土壤和沉积物蚀变。" 载于 烃类运移及其近地表表现：AAPG论文集 66, 由 D. Schumacher 和 M. Abrams 编辑 (1996).
Yang, H., F. Van der Meer, and J. Zhang. "烃类引起蚀变的航空航天探测。" 地下地球化学遥感, 由 M. Hale 编辑。 勘探地球化学手册, 第 7 卷, Elsevier Science (2000).
加州自然资源保护部：石油、天然气与地热资源局。 2014年加州石油和天然气产量统计初步报告, 2015年7月发布。
ASTER L1B 数据产品从在线 EarthExplorer 获取，由美国国家航空航天局陆地过程分布式活动档案中心 (LP DAAC) 提供。