Сайт геолого-географического факультета ДНУ

Использование материалов дистанционного зондирование при проведении экологического мониторинга на нефтегазовых месторождениях

Каждая из стадий освоения нефтегазовых месторождений (разведка, обустройство, строительство систем магистральных газо- и нефтепроводов, эксплуатация) отличаются видами, интенсивностью, уровнями воздействия и степенью изменения окружающей среды.

Слабая изученность и сложность исследования закономерностей проявления природно-техногенных геодинамических процессов, связанных с освоением месторождений углеводородов, определяют необходимость проведения комплексного экологического мониторинга для получения достоверных результатов и оценки. В качестве источника наиболее полной и актуальной информации при этом служит комплекс материалов аэрокосмических съемок. В космическом сегменте материалов дистанционного зондирования (МДЗ) широко используются материалы, полученные с природно-ресурсного спутника Landsat-7 сканером ETM+. Помимо космических снимков могут быть использованы спектрозональные аэрофотоснимки масштаба 1: 40 000 с пространственным разрешением 0,7 м и черно-белые масштаба 1: 18 000. Для обработки МДЗ успешно применяется программный продукт Leica Geosystems "Erdas Imagine”.

Обработка МДЗ включает различные виды стандартных преобразований, имеющих цель улучшение информационных свойств изображений, классификацию изображений по выбранным критериям, представление данных в необходимой картографической проекции и системе координат. Для целей тематического дешифрирования одним из наиболее важных этапов обработки информации является создание цветных синтезированных изображений.

Создание синтезированных изображений – широко применяемый и весьма эффективный метод обработки многозональных изображений, позволяющий получать изображения с улучшенными для восприятия свойствами за счет цветового кодирования зональных снимков. В результате можно добиваться наиболее контрастных цветовых сочетаний, легко дифференцирующихся при визуальном анализе. Изменения в комбинации каналов могут весьма значительно влиять на внешний вид снимка и дифференциацию природных и техногенных комплексов подстилающей поверхности, являющихся объектами дешифрирования, что в конечном итоге определяет информативность синтезированного изображения. При работе с материалами многозональной съемки, такими как Landsat-7, наиболее рациональным является объектно-ориентированный путь подбора комбинаций спектральных каналов съемки, в основу которого положено экспертное знание их информативности. В этом случае можно априори существенно сузить количество информативных сочетаний спектральных каналов для создания объектно-ориентированного композитного изображения.

Синтезированные изображения являются исключительно информативным материалом для выявления нарушений природной среды. Кроме того, они весьма полезны при проведении натурных наблюдений, т.к. выделяющиеся на них аномалии являются непосредственными объектами полевой проверки.

Аэрокосмический мониторинг рассматривается, как метод и составная часть экологического мониторинга. При проведении экологического мониторинга необходимо выделение аэрокосмического блока, который позволяет интегрировать материалы дистанционного зондирования и результаты их обработки в информационную систему природопользования. Технология проведения аэрокосмического мониторинга содержит минимально необходимый и достаточный комплекс работ по обработке аэрокосмической информации, позволяющий осуществлять контроль за состоянием объектов природной среды. Специфика проведения аэрокосмического мониторинга определяется объектами изучения.

Важнейшими из них, оказывающими значительное воздействие на природную среду, являются объекты обустройства нефтепромыслов, с которыми связано формирование в районах нефтегазодобычи целого класса нарушенных земель, частично или полностью лишенных почвенно-растительного покрова. Большинство техногенных объектов обладает высокой степенью различимости и идентификации на материалах аэрокосмических съемок. Они характеризуются прямыми дешифровочными признаками, позволяющими уверенно их опознавать. Среди этих признаков основными являются геометрическая форма и фототон изображения. Для уверенного выявления техногенных объектов и связанных с их функционированием нарушений естественного ландшафта необходим подбор синтезированных изображений, составленных из данных разных спектральных диапазонов съемки. На синтезированном снимке кустовые основания скважин, промплощадки и дорожная сеть с насыпным основанием четко индицируется резким осветлением тона изображения в виде площадных и линейных видеоинформационных аномалий. Аномалии формируются за счет резкого роста спектральной отражательной способности вследствие интенсивного нарушения почвенно-растительного покрова. Кустовые основания скважин и промплощадки идентифицируются по форме и размеру. Линейные техногенные объекты, такие как тракторные дороги и зимники, линии электропередач, а также многочисленные внутрипромысловые и магистральные нефтепроводы, газопроводы, водоводы могут дешифрироваться уверенно в виде единого корридора коммуникаций, как правило, проложенного рядом с дорожной сетью. Уверенность выявления отдельные зимников и нефтегазотранспортных магистралей зависит от ландшафтных условий их проложения. Достоверность распознавания и идентификации объектов по функциональному признаку зависит практически только от масштаба и разрешающей способности используемых материалов.

Еще одним фактором агрессивного воздействия на природную среду являются процессы нефтяного загрязнения. Зачастую оно не обладает прямыми дешифровочными признаками и выявляется в значительной мере опосредствованно по косвенным ландшафтно-индикационным признакам или по сочетанию комплекса косвенных признаков. Для дешифрирования нефтяного загрязнения подбирается информативное сочетание каналов таким образом, чтобы загрязненные с различной силой участки были окрашены в единой цветовой гамме. Разливы, приуроченные к кустам скважин, промплощадкам, разведочным скважинам характеризуются, как правило, изометричной формой. Разливы нефти, связанные с трубопроводам и, имеют отчетливо выраженную линейную форму, выстраиваясь в цепочки вдоль трассы трубопроводов, что служит косвенным подтверждением наличия источника загрязнения. Яркие светлые точки на изображениях указывают на факелы сжигания попутного нефтяного газа. Водные объекты с нефтяным загрязнением пространственно сопряжены с участками нефтяного загрязнения, располагающимися в береговой черте и имеющих непосредственный выход в акваторию водоемов и русел рек или ручьев, где происходит накопление нефтепродуктов в донных осадках и их миграция. Интенсивность тона аномалии отвечает сильной или умеренной степени нефтяного загрязнения. Следует отметить, что ограничением детальности выделения участков загрязнения является пространственное разрешение данных Landsat-7, которое составляет 30 м. Размер площади загрязнения, которое поддается уверенной идентификации, должен составлять на изображении не менее двух пикселов или первые сотни метров на поверхности. Спектральное разрешение материалов космической съемки позволяет проводить уверенное выявление участков загрязнения двух градаций – сильное и умеренное загрязнение.

Ретроспективный анализ разновременных материалов аэрокосмических съемок является наиболее эффективным способом оценки изменений техногенной ситуации и природной среды. Выявление динамики увеличения площадей нарушенных земель и нефтяного загрязнения – важная составная часть аэрокосмического мониторинга. Ретроспективный анализ проводится путем подбора наиболее информативных разновременных зональных изображений, с точки зрения индикации нарушенных земель, и последующим созданием синтезированного изображения, на котором изменения площадей нарушенных земель, связанные с техногенезом, индицируются цветом. Экспертно подбирается комбинация распределения цветов по слоям синтезированного изображения, которая наиболее ярко индицирует изменения конфигурации и площади нарушенных земель. Вследствие сходимости спектральных характеристик подобным же образом выделяются участки изменений, происшедших под влиянием экзогенных процессов, таких как дефляция и осушение участков береговой линии некоторых озер. Однако они легко дифференцируются на уровне визуального экспертного анализа. Полученное синтезированное изображение можно использовать непосредственно для визуального дешифрирования прироста площади нарушенных земель. Для целей оперативного выделения прироста площадей можно с успехом применять автоматизированное дешифрирование методами распознавания образов. Хорошие результаты для выявления прироста нарушенных земель получаются также при применении метода Resolution Merge. Выявление динамики нефтяного загрязнения методами цифровой обработки разновременных изображений является более сложной задачей.

Использование комплексной обработки МДЗ при проведении экологического зондирования является одним из наиболее достоверных, точных и оперативных способов проведения инвентаризации загрязненных и нарушенных земель на нефтегазовых месторождениях.