利用高精度遙感信息進行地面風險識別及評估

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，地表條件復雜，地勢險峻，懸崖峭壁眾多，風險識別采用地形圖和現場踏勘相結合的辦法。由于我國大面積1∶50 000地形圖繪制于20世紀50—80年代，地面信息有限，特別是經過近20年的快速發展，當年繪制的地面障礙和地形與目前實地有較大差異。現場踏勘，受時間限制不可能覆蓋全部工區，且耗時耗力，真正完成工區地面風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，嚴重影響項目安全作業。如果在施工前就能夠準確識別工區地表風險并進行評估，制定針對性較強的應急措施，將極大地降低地震勘探作業風險，達到安全、環保、健康作業的目標。

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，適應于個別區塊。

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。

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

三、地面風險識別及評估

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

風險評估要考慮以下幾個方面:

1)爆炸安全距離:指炸藥激發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)。一般地面建筑根據建筑性質、地表巖性按爆炸專用公式計算后確定激發點布設范圍;特殊建筑按照建筑管理者的要求確定激發點限制范圍。

2)突發洪水的淹沒范圍:分為靜態淹沒和動態沖擊兩種。靜態淹沒以當年水文資料中最高歷史記錄為提示預警范圍，通過DEM、TPI按水平面模擬淹沒范圍。動態沖擊以沖溝、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禁止駛入區:有種植物的農田、沼澤、濕地;②有條件限制進入區:草原、地面建筑區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，沙漠區需要更換沙漠胎，戈壁礫石區、坡積物、沖積扇區行駛增加備胎;③坡度范圍:越野車在25°以下可以安全行駛，鉆井車在15°—25°行駛有較大風險。

4)施工作業區包括:①坡度范圍:禁止施工區域(坡度 ＞70°)，高危作業段(45°＜ 坡度≤70°)需要架設天梯，中危作業段(35°＜坡度≤45°)需要保險繩，安全作業段(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、居民區、有種植物的農田區需要事先與建筑、土地管理者達成協議。

5)電臺信號無法覆蓋區:從DEM上取得工區高程、高差，根據無線電頻率、功率、相關系數，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地點、數量。

6)營地搭建區: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，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 西北地區山地勘探地表風險評估流程圖

四、應用效果

西北某勘探項目位于天山地區，地表溝壑縱橫，山體區占工區的90.35%，其中高難山體區占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。施工季節常發沙塵暴、暴雨、山洪、冰雹，是典型的HSE高風險地區。在本次項目作業前，采用高精度遙感信息進行了輔助地表風險識別和評估，取得了明顯效果。

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

經過分析，結合 DEM、坡度、TPI、起伏度，繪制出工區地形風險分布圖(如圖2所示)，從圖2中可以看出，工區東北部地面風險最大。

圖2 西北某探區地形風險分布圖

整個工區有四大地面風險，可能造成的危害如下:

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

2)懸崖、峭壁對施工作業人員的安全可能造成危害，對坡度＞70°的地形設置了禁區，在激發、接收點位置優化設計中提前進行調整，既保證了安全生產又保證了覆蓋次數;同時對需要架設天橋的地點進行了建議標示，提醒作業人員在中風險地下需要使用保險繩。

3)突發性洪水沖擊可能給施工作業人員、設備帶來危害。根據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，并設計了緊急撤離路線，實際設置的21個防洪平臺，全部包含在27個預選平臺中，撤離線路全部采納。

4)工區通信不暢。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地面風險進行提前識別和評估，制定出了積極有效的HSE防范措施，確保了項目任務得以安全優質完成。

五、結束語

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

2)遙感信息的精度是準確識別及評估山地地震勘探地表風險的關鍵，精度不夠將嚴重影響地表風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)