遥感教程第5-5页¶
Landsat and other remote sensor systems (SPOT; JERS; radar, etc.) have been heavily used in searching for surface indicators of "leaking" subsurface oil and gas. The general approach to petroleum exploration is described. One line of investigation looks at structural analysis of space imagery in search of subsurface traps. Another, of infrequent success, seeks alteration at the surface caused by chemical changes related to surface-reaching oil or gas. In the early days of Landsat-1, a study in the Anadarko Basin of Oklahoma sought to demonstrate how alteration anomalies and lineaments analysis can aid in finding new petroleum by showing a relationship to already known fields. This pioneering program led to ambiguous but interesting results. Other examples are also considered on this page.
从太空寻找石油和天然气¶
如果贵金属不是你的强项，那就试试石油工业吧。油气勘探一直依赖于直接指向或至少暗示有利于油气聚集的地下条件的岩石类型和结构的地表图。测绘从勘测开始，如果这表明存在碳氢化合物，那么详细的测绘就开始了。最初，这两个地图都需要野外工作。后来，通过使用航空照片，测绘工作变得更容易了。
在填图之后，许多更为密集的勘探依赖于地球物理方法（主要是地震方法），这些方法可以为碳氢化合物提供地下构造和地层圈闭的三维构造。然后，通过钻孔取样并测量其性能。
陆地卫星和其他空间成像系统是描绘大面积区域的巨型照片，在大面积区域内可以明显地看到地下条件的线索。总的来说，大多数表面表达的明显结构已经在世界上的许多地方被发现并被映射（不同程度）。然而，有些地区甚至在20世纪70年代还没有充分绘制地图，因此高分辨率空间图像的出现证明了能源公司寻求新的化石燃料来源的好处。有时，图像被证明对内部结构的细微迹象特别敏感。例如，已知油气田结构周围的裂缝可能会比地面工作怀疑的裂缝扩展得更远，如相干空间图像所示。此外，更大范围的排水模式可能反映了与适当圈闭有关的下伏岩石的控制。即使是植被分布也可能揭示出结构的迹象。这些和其他在空间图像中可识别的指标吸引了勘探地质学家，作为调查大面积区域的另一种手段。
我们通过检查和评估第一个案例研究（使用Landsat-1）来说明这些想法，以证明直接从空间探索的可行性。这项试点研究是由eason石油公司和 Earth Satellite Corp. 马里兰州Rockville的研究为识别可能与埋藏碳氢化合物有关的条件提供了有效的标准。此外，通过仔细评估这些研究人员报告的结果，还发现了与空间方法有关的一些缺陷。
该研究背后的策略是研究已经建立为石油省的地区的陆地卫星图像，特别关注已知油田存在的地表迹象。他们使用标准的处理和计算机增强版本。他们选择了生产区，而不是在有明显结构控制和其他明确证据的区域进行能力测试，生产区的表面没有明确的地下条件指示。如果他们能在如此困难的情况下成功地探测到碳氢化合物，那么陆地卫星作为油气鉴别器的地位将会提高。
俄克拉荷马州中南部的阿纳达科盆地很好地符合这一要求。盆地位于大平原东部，大部分土地用于农业和牧场，是中部大陆石油省的主要产油国之一，该省也包括德克萨斯州的大部分地区。
该盆地是地壳中的一个向下凹陷，它使古生代沉积岩的堆积深度达到15200米（50000英尺）。从结构上讲，盆地是一个不对称的地槽（区域尺度的下褶皱），最深的部分靠近南缘。油气存在于与构造（背斜、断块）和地层圈闭有关的多孔岩石中。大型气田主要分布在盆地的西半部，而石油则主要分布在盆地的东半部。深达7600米（25000英尺）的油井已经回收了这两种碳氢化合物，尽管大部分产油区在2750-5250米（9000-15000英尺）之间。
一般而言，盆地下伏油气圈闭的地表表现较差，因为第一，在老褶皱单元顶部的平坦沉积物中，结构指标很少，第二，植被和土地利用（草原、山丘、鼠尾草覆盖地形和小麦农田）对地质特征的叠加。EASON石油/地球卫星组织的调查人员决定将重点放在两个搜索要素上：先前未发现的裂缝和通过逸出碳氢化合物对地表岩石的细微化学变化。
利用EASON油在光照台上背光的陆地卫星图像透明片进行了线性分析。他们选择的线性特征在下面的地图上以轻量级黑线显示。叠加成棕色和绿色-黑色较粗线条的断层是以前发现和绘制的断层。作为地理参考，请注意加拿大河的曲流弯道（弯曲段），用蓝色追踪。大多数陆地卫星绘制的线性特征在图像中不明显。其中许多都是可疑的，也就是说，它们可能是非地质或某种类型的照明文物。
戈达德航天飞行中心代码923中的四位地质学家（包括本文作者）决定使用1973年4月的同一个陆地卫星MSS全场景（见下文）来检查这些地图结果的再现性。每个人都使用与eason oil相同的透明胶片（主要是冬季图像），并且彼此独立工作，以最小化偏差。完成后，我们将追踪记录到一张基础地图上，在该地图上还绘制了伊森石油线，如下所示。这一比较揭示了两组之间在差异方面存在相当惊人的差异。我们发现只有大约20%的线性特征是相同的。伊森石油公司选择了35%的可疑特征，而戈达德地质学家选择了剩下的45%，这代表了伊森石油公司“遗漏”的那些特征。我们立即怀疑，这种结果的部分原因是，在决定给定的线性特征a）是否真的存在，b）在性质上是地质的，c）意味着任何东西时，具有相当大的主观性。
通过比较四位戈达德地质学家选择的线性特征，这种怀疑得到了加强。以下是结果——需要以下解释的混乱：
在所有四个组合识别的785个线性特征中，每个操作员只发现4个（0.5%）。其余3名运营商互选37名（4.7%），两名运营商商定140名（17.8%），其余604名（77%），每个运营商都是唯一的。这类结果在类似的研究中也有报道，尽管上述分数特别令人沮丧。每位地质学家都有丰富的摄影解释经验和分析陆地卫星图像的特殊技能。他们的选择是合理的，但总的来说，我们的结果是可疑的。
` <>`__5-10: In this experiment, and in the technique of picking linear features in space imagery, what do you think was really going on behind the end result of some many linears being found but not consistently by multiple interpreters? `ANSWER <Sect5_answers.html#5-10>`__
这里的底线是，在选择看似有意义的线性特征时，往往有一种强烈的过度杀戮倾向。很多人都被画出来了，要想把它们看出来需要付出巨大的努力。如果绘制为玫瑰图（参见 page 2-9 它们可以揭示区域断裂方向的有效趋势，因为非地质性质的统计线性应在少数。对阿迪朗达克山脉中明显线性的研究证实了这一结果。在现场检查的200多个显著的断裂中，地质断裂直接或间接控制了大部分断裂，但约20%与人为因素有关，如栅栏线、道路等。因此，我们认为应将线性分析与其他矿化指标或矿化度指标结合起来。氢碳化合物。这种组合将鼓励地质学家实地检查特定的地点，以验证线性构造的存在和性质以及它们与这些指标的可能相关性。
EASON石油公司的研究试图识别这些指标。他们的口译员描绘了某些地貌异常，如圆形图案和异常排水。在图像评估过程中，他们注意到了一些意想不到的色调模式，这些模式看起来有点像图像上的浅色污点，例如1973年4月的全貌陆地卫星遥感影像，成为研究的参考基础。这些被称为“模糊”特征，如图所示：
我们标记了三个典型的模糊模式A、B和C。其中一个模式A位于加拿大河的一个拐弯处，特别突出，出现在一个已知的油田上。
一个标准的假色次新世（计算机增强）显示，朦胧有一个蓝白色的颜色类似于贫瘠的土地。注意通往生产井口的道路模式和白色斑点。黄色区域与未改变的二叠纪（晚古生代）红层一致。
右：新二叠系红层砂岩；蚀变砂岩；蚀变石膏层；新石膏。|
最左边的岩石是二叠纪红层（砂岩）的样本。其次是通过将氧化铁水泥转化为水化氧化铁（类似于铁锈）而漂白成黄棕色的相同材料。最右边的灰色岩石是石灰岩（碳酸钙）。左边是石膏岩（水合硫酸钙）。两种内部岩石似乎都是主要外部岩石的蚀变当量。在野外，可比较的蚀变岩可以占据许多平方英里。
为了解释这些模糊的特征，伊森石油公司的人假设化学反应影响铁水泥或将碳酸盐转化为硫酸盐，当含硫气体或液体从石油捕集器中泄漏出来并上升到表面，与易受影响的岩石相互作用，以及关于构图的变化。关于他们得出结论的时间，有证据表明这种变化是由特伦斯·多诺万（美国政府的后来者）的博士论文所报道的，在这篇论文中，逃离的碳氢化合物彻底改变了阿纳达科盆地东南边缘水泥场上的岩石。多诺万博士发现了一组明显的c比值的异常值。13 到C 12 在现场两个生产区采集的样品中，如下图所示：
这些值代表了世界上已知的偏离正常比率的最高值。他将其归因于富碳流体对岩石的化学作用，结果岩石似乎被漂白了。奇怪的是，虽然这种变化在地面上很明显，但在陆地卫星图像中无法检测到，可能是因为它在衍生土壤中没有很强的表达。
伊森石油集团接受了这一蚀变假设，至少在这些模糊与地下油气田的地表投影之间寻找了部分重合。他们在图像的一个控制段中绘制的57个异常中，声称与42个生产区有关联。另外6个发生在非生产性构造之上或附近，只有9个没有显示出符合性。如果这一观察结果是正确的，那么探测烟雾（有时与线性浓度相关）可能会为利用空间图像寻找石油和天然气提供一种强有力的新方法。
现在的作家（NMS）习惯上持怀疑态度，决定挑战这些发现。他在一张透明的纸上描出了伊森石油公司模糊的特征轮廓（以哈彻尔模式），然后将其覆盖并登记到俄克拉荷马州的石油（粉红色）和天然气（蓝色）地图上。结果组合如下所示：
从视觉上看，模糊和场之间的一致性并不强。这一点得到了空间相关分析的支持，该分析表明，模式分布没有统计学意义，即符合是随机的，而不是关联的。从实际情况来看，通过钻入地图上投掷飞镖所选的点来打击石油的可能性至少与钻入迷雾中心的可能性一样大。作者（NMS）通过一次快速的实地考察，认为模糊的特征是风吹走了大部分土壤细粒，留下了反射石英颗粒的区域。
然而，在一个被指定为模糊特征的地方，作者确实找到了令人信服的证据，证明了红层烃蚀变引起的明显色差。在一条土路中，未经改造的二叠纪岩石的红橙色变成了黄白色，代表着Earthsat/Eason Oil提出的碳氢化合物“漂白”。这是当时拍摄的照片：
戈达德地质学家没有进行这些研究来诋毁EASON石油研究，这为石油勘探空间图像的识别能力和明显结果的潜在缺陷提供了一些有价值的见解。我们让他们独立地评估这种方法，并向任何认为这种技术可能成为寻找石油的灵丹妙药的信念注入谨慎。
5-11: Critique the Eason Oil study, devising if appropriate a defense of their approach. In general, what do you believe to be the most effective use of remote sensing in exploring for hydrocarbons. `ANSWER <Sect5_answers.html#5-11>`__
在阿纳达科研究时，其他几位调查人员声称发现了类似的证据，似乎表明泄漏的油气藏确实可能改变地表岩石和土壤。其中一个似乎证实了这一点的是怀俄明州风河流域的海狸溪油田。罗伯特·文森特博士提供了这一证据，一张MSS波段5（红色）到4（绿色）的比例图像，其中一个突出的椭圆形异常（以棕褐色显示）与地下钻探确定的油田轮廓非常接近：
作者（NMS）在怀俄明州进行调查工作时访问了这个领域。该地区由下第三纪沉积岩组成，它们被强烈切割成沟壑。这些岩层中有许多是微红色的，它们本身可以解释一些异常情况。对气体或液体逸出造成明显变化的迹象进行了相当快速的搜索，却没有找到任何令人信服的证据。但5/4异常与海狸溪油田轮廓的显著共同发生表明，这可能是石油化合物蚀变概念的一个有效例子。
陆地卫星的地质应用引起了石油和采矿业的许多人的兴趣。从1976年开始，许多公司联合起来组成了一个联合体，这个联合体被称为地球观测卫星委员会（geosat committee）。他们宣称的目标是：1）共享信息并利用空间图像进行研究，以寻找石油和矿物（主要是金属矿石），2）游说NASA和国会继续和扩大地球观测卫星计划，3）提供INP。UTS在确定和改进未来卫星中的传感器。他们的主要研究地点之一是怀俄明州海狸溪油田附近的Patrick Draw油田。在作者看来，这项详细研究的结果并不能证明帕特里克·德拉克（Patrick Draw）有任何明显的异常，这些异常可以通过他们使用的空间图像检测到。
地球卫星公司和另一个集团， Earth Search Sciences 继续验证从卫星和飞机上的传感器获得的数据作为地下油气田的潜在决定性指标。下一个图表总结了当前的想法：
在已知碳氢化合物泄漏上方飞行的机载高光谱传感器发现，靠近2.31微米的吸收特性对碳氢化合物的特定组分的量非常敏感。该吸收特征两侧的两个反射值之比除以特征低点处光谱曲线中的降低反射值，可提高碳氢化合物的可检测性并量化其量值。
下一个图像显示的是HJW地理空间公司、地球卫星委员会和地球搜索科学联合进行的一个实际现场案例，其中，对应于Probe-1高光谱扫描仪图像中特定像素（红色）的漏油显示了2.31微米的诊断异常（强AB1.4和2.0微米处的吸附带与其他材料有关）：
海洋下面的油田泄漏既可以作为勘探指标，也可以作为环境破坏的来源。在公海下勘探石油需要一些不同的技术，也需要使用一些传统的陆地方法。石油渗漏和浮油可以在表面保持完整，可以在可见光/近红外和雷达图像中检测到。地球卫星公司已经开发了SEP——渗透增强算法——来利用雷达图像显示石油特征。下面是一个例子：
浮油既可以是天然的，也可以是人为的。这张EarthSat图片显示了科威特海岸的一片浮油，这是一张自然色的陆地卫星图像。
专门的遥感可以监测石油开采的另一个方面，不一定表示为泄漏。随着时间的推移，随着油从孔隙中被清除，留下一个部分填充的空隙，随着支撑物的减少，承载油的岩石单元开始收缩或向内挤压到空隙中。这通常是由所有上覆单位向下推压目前已压缩的储层岩石，导致逐步地面沉降。这种高度降低可以通过雷达干涉测量来监测（参见 page 11-10 下一幅由欧空局雷达数据制成的图显示了干涉测量环，它可以被计算成海拔高度，位于加利福尼亚州圣华金山谷的Lost Hills油田。该地区现在正在以每月约3厘米（1.2英寸）的速度下沉，自1989年以来累计下降了3米（10英尺）。在这片1.5 x 6公里（约1 x 4英里）长的田野的两端，沉降更大。
这足以说明，自ERTS-1发射以来，石油工业借助空间数据发现了新的油气田，并根据图像制定了标准，这些图像继续证明在规划和实施勘探计划时是有价值的，这将导致支付关闭。大多数的成功都是通过使用空间图像（如航空摄影以前所做的那样），以尝试和真实（传统）的方式使用图片作为基础地图，在基础地图上分析和绘制结构模式和趋势，通常辅以识别地层单位。（表面变化的检测，虽然有时会发生，但仍然是一个相当罕见的事件。如前几段所述，提供与图像利用相关的综合勘探包的公司是地球卫星公司，其描述如下： Petroleum 链接到他们的网站。这是他们解释的一幅陆地卫星图像，结构特征（背斜和向斜；断层和线性）叠加在黑色上。陆地卫星现场覆盖了缅甸的一部分，米佐山脉形成于一系列指状背斜，几乎与喜马拉雅山（顶部）成直角。