0 引言
1 越界开采
矿产资源越界开采,是指超越国土部门批准的矿区范围开采矿产资源的行为。越界开采属于非法采矿的一种重要表现形式,是采矿行业中的顽症,被执法人员称之为矿业市场中的“毒瘤”。认定越界开采,其首要的问题是确定“界”。“界”即为采矿权许可证规定的所谓“矿区范围”,属于行政“划定”性质。矿区范围,是指经登记管理机关依法划定的可供开采矿产资源的范围、井巷工程设施分布范围或者露天以剥离范围的立体空间区域。矿区范围以登记管理机关颁发的采矿许可证为准。越界开采行为包括两种情况: 一是超越平面上批准的范围越界开采,即平常所说的“越界开采”; 二是超越标高上批准的范围越界开采,即平常所说的“超层开采”。本文探索的越界开采行为是超越平面上批准的范围越界开采。
2 越界开采的监测方法
2.1 技术路线
以GIS和RS技术为支撑,利用多时相遥感数据(含最新时相),查明井场、站场、巡线道路、进场道路、输油气管线、计量间、集气站等油气开采地表工程或浅表工程分布状况,建立油气开采动态变化图谱和油气开采地表工程或浅表工程动态变化数据库,掌握不同采矿权区油气开采地表工程或浅表工程变化情况、同一矿权主体布设的地表工程或浅表工程组合情况,通过与采矿权、探矿权数据的综合分析,判定界内开采、界外开采图斑,推断越界开采图斑等疑似违法图斑,为区域油气矿山监管提供基础数据和辅助决策技术支撑。技术路线如图1所示。
图1
工作过程中,应以GIS软件为主要平台,实现工作区多元数据规范化整理和汇聚; 在野外踏勘基础上建立解译标志,通过多期影像对比解译、计算机自动信息提取与人机交互解译,提取井场、站场、巡线道路、进场道路、输油气管线、计量间、集气站等油气开采地表工程或浅表工程分布现状信息和动态变化信息; 应开展越界开采图斑等疑似违法图斑实地调查验证,查漏补缺,确保图斑提取正确率; 要统一规划,明确标准,推进成果表达的规范化、标准化。
2.2 工作方法
1)资料收集。按照从新到老、渐次收集的原则,收集工作区最新时相的高空间分辨率遥感影像数据、基础地质矿产资料和自然地理、人文、气候、地质环境、社会经济、交通等资料,尤其是区域采矿权、探矿权数据。
2)遥感数据处理。对收集的遥感影像进行正射处理,平面坐标系采用“CGC2000坐标系”,高程基准采用1985高程基准,采用高斯-克吕格投影,分带方式与基础底图一致。
图2
图2
油气矿山开发状况遥感解译示意图
Fig.2
Sketch map of oil and gas mine development status on remote sensing interpretation
4)信息组合。对提取的信息进行属性界定,通过输油气管线、巡线或进场道路、计量间、集气站等,将汇聚到同一集输站的井场(站场)等的井场图斑形成一个组合图斑。
5) 越界开采图斑甄别与判定。在GIS平台上,将上一步形成的组合图斑与矿权数据相套合,筛选出压矿权线的井场图斑和矿权界外井场图斑,统一归并为疑似越界开采图斑。
如果站场分布和矿权边界不太复杂时,以集油间(集气站)来简单组合井场(站场)图斑,再与矿权边界线套合,可以甄别出越界开采疑似违法图斑; 如果站场分布比很复杂,与相邻的矿权区域内的图斑参差交错,则需要同时考虑道路、输油气管线、集油间(集气站)、集输站。
结合油气巡线道路分析,一般情况下各个矿权内的巡线道路应该为独立的巡线道路,多数不跨越矿权区域范围,此时沿巡线公路的所有井场应该属于同一矿权主体; 但在资源纠纷较多的区域或者地形地貌比较特殊的区域,一条巡线道路可能会跨越几个不同的矿权区域,此时沿着巡线公路的井场不再属于同一个矿权主体,但从巡线公路角度不易区分这些井场的矿权主体。图2中的区域属于资源纠纷较多的区域,分布3个矿权主体,且15个井场共有同一条巡线道路,不能单从巡线道路角度较快地判定出越界开采图斑。
结合输油气管线汇聚的位置分析,图2中的YQ-01,YQ-02和YQ-05拥有同一个计量站(集气站),并最终汇聚到C矿权内的集输站C,YQ-01,YQ-02和YQ-05应该属于同一矿权主体,属于C矿区。YQ-03,YQ-06,YQ-08和YQ-09拥有同一个计量站(集气站),YQ-04,YQ-07和YQ-10拥有同一个计量站(集气站),YQ-11,YQ-12,YQ-13,YQ-14和YQ-15拥有同一个计量站(集气站),这3个计量站(集气站)最终汇聚到B矿区的同一个集输站B。因此,YQ-03,YQ-06,YQ-08,YQ-09,YQ-04,YQ-07,YQ-10,YQ-11,YQ-12,YQ-13,YQ-14和YQ-15这12个井场均属于同一个矿权主体,属于B矿区。从这个角度分析得出,对于C矿区而言,YQ-01为疑似违法图斑,属于越界开采; 对于B矿区而言,YQ-03,YQ-04,YQ-10和YQ-11为疑似违法图斑,属于越界开采。最终判定得出: YQ-01,YQ-03,YQ-04,YQ-10和YQ-11为疑似违法图斑,属于越界开采。
综上,组合信息与矿权数据相套合,可以快速、准确判定越界开采图斑。
3 试验应用
选择新疆某地为试验区,开展了方法的试验。
3.1 试验区及使用的数据源
在新疆某地选取一个10 000 m×15 000 m的区域作为试验区,模拟了3个矿权边界: 甲矿权区、乙矿权区和丙矿权区(非真实的矿权边界)。
本次研究获取了试验区遥感数据有: 2018年度BJ2高分辨率遥感正射影像,空间分辨率为1 m。
3.2 遥感解译标志
结合野外勘察,建立遥感解译标志(见表1)。
表1 油气矿山遥感影像解译标志
Tab.1
| 要素名称 | 描述 | 遥感图像 | 野外照片 |
|---|---|---|---|
| 游梁式抽油机” | “游梁式抽油机”以其“磕头机”的特殊阴影形状在高分影像上容易识别。另外抽油机井场内一般有储油罐和水套炉等配套设备,储油罐在高分影像也容易识别 |  | |
| 要素名称 | 描述 | 遥感图像 | 野外照片 |
| 非游梁式抽油机 | 抽油机分布在井场中,影像上为柱状特征,如果太阳角较低时,可以看到较长的拖影。有些井场中还会有其他采油气配套设备 |  | |
| 钻井 | 钻井在遥感影像上分布在方形井场中,表现为高大的塔状物,在高分影像上,钻井的阴影形状清晰可见,非常容易识别。周边有临时简易房、泥浆池和其他钻井附属设备 |  | |
| 注水井 | 注水井在影像上一般与抽油机同时分布在井场,但注水井不太容易识别,表现为一短小的灰黑色图斑,与采油井相比注水井容易被忽略。相较于采油树单侧连接输油管线,注水井两侧均可见输水管线,一侧管线为进水管,一侧管线为出水管。大多数情况下,需要到实地验证才能确认 |  | |
| 采天然气井(树) | 采气树较“螺杆泵式抽油机”和注水井,目标稍大,在高分影像上一般能显示短小的阴影,其井场通常色调较亮,井场内通常伴有储油气罐等设备,而注水井井场通常没有。一般需要实地验证,来甄别采气井与注水井 |  | |
| 影像上,采油井的井场特征较为明显,即井场为水泥硬化,中心有一个方向的台阶,且可见在水泥场地外围有多条间隔的水泥竖条。与废弃的井场的主要区别是在中心点可见凸起及阴影 |  | ||
| …… | …… | ||
| 井场 | 井场一般为规则的矩形或多边形,多为裸土硬化地或砾石硬化地,色调较亮,浅褐黄色,边缘清晰较易识别。井场中有抽油机(采气树)、泥浆池等设施。在该影像中,井场基本上呈矩形,场地内纹理均匀平滑,中间褐色圆点为采油树,与一条较短的线状输油管线相连 |  | |
| 集油间(集气站) | 在遥感影像上为浅褐黄色,处于平坦的人工场地中,可见较多的矿山建筑,往往多数集输站内置有储油罐(呈圆形凸起),可见到运输车辆 |  | |
| 联合站 | 联合站规模较大,高分影像上,联合站通常呈规则的矩形,色调呈灰黑色,显示水泥硬化面的色调。联合站内设施较复杂,有颜色不同、大小不一的罐体,通常罐体以灰色和绿色为主,灰色为储油罐、绿色为储水罐,不同颜色的罐体是识别联合站的主要标志。另外有分离器等设备 |  | |
| 计量间 | 从影像上看,计量间为呈矩形的小房屋,显著的影像特征为房屋四周可见多条输油管线向房屋处汇聚。在其房屋东侧有一条比较宽的硬化道路 |  | |
| 油气区道路 | 高分影像上采油区道路多为线性特征,长条带形,颜色呈灰黑色或土黄色,显示砾石硬化路面或裸土硬化路面的特征。连接正在开采井场的采油区道路纹理较均匀,色调单一,而连接废弃井场的采油区道路纹理较粗糙,色调杂,显示杂草和砾石、裸土相间的色调 |  | |
| 输油气管线 | 遥感影像上,输油气管线影像特征为平直的线状特征,颜色为浅灰褐色,宽度明显比油气区道路窄。输油气管线从井场开始输出,一般呈鸡爪状或放射状汇聚于计量间或集油间。戈壁地区的埋管一般都会呈明显凸出地表的拱形,影像上可见明显的长条形条带 |  | |
 | |||
3.3 判别过程
由于本文研讨越界开采问题,与井场内是采油机还是采气树关系不大,所以未对井场是采油场还是采气场进行区分,也没有详细解译采油机(采气树)的数量。
根据解译标志,通过人机交互解译与实地验证相结合的方式进行解译。相对于一般的遥感地学解译,油气矿山开采遥感识别具有独特的特征,通常可根据特殊的地形地貌影像组合和地质体影像组合进一步判定解译目标。即除了色调、大小、形状、位置、布局、图案、纹理等直接解译标志外,还可借助油气矿山开采影像组合特征进一步区分“诊断”目标属性。
在试验区内解译出365个井场(站场、计量间、集输站、联合站等),油气区道路和输油气管线。
为了甄别越界开采图斑,在GIS平台上对遥感解译出的计量间、集输站、联合站图斑进行属性唯一性标识; 然后再根据油气区的道路情况、输油管线的走向及汇聚处,将汇聚进同一计量间(集输站)的所有井场根据前述的计量间(集输站)的唯一标识进行空间组合,并对各个井场进行属性标注,以便同一组合的井场进行后续的空间分析。用矿权数据和将汇聚进入同一计量间(集输站)的所有井场进行空间分析和识别判断,这样可以甄别越界开采的井场和主体责任认定。
3.4 试验结果
试验区内解译出365个井场、站场(图3),单从井场站场的平面位置与矿权边界的平面位置来看,甲矿权边界外有2个图斑YQ-018和YQ-020,乙矿权边界外有14个图斑: YQ-001,YQ-003,YQ-004,YQ-005,YQ-007,YQ-008,YQ-009,YQ-010,YQ-012,YQ-013,YQ-014,YQ-017,YQ-019和YQ-021; 丙矿权边界外有30个图斑。压矿权线图斑有12个: YQ-002,YQ-006,YQ-011,YQ-023,YQ-024,YQ-025,YQ-026,YQ-027,YQ-028,YQ-036,YQ-037和YQ-038; 共计58个图斑属于疑似违法图斑,越界开采,且这些图斑具体属于哪个开采企业无法逐个区分清楚。
图3
图3
试验区油气矿山越界开采遥感解译图
Fig.3
Remote sensing interpretation map of cross boundary exploitation of oil and gas mines in the experimental area
结合进井场站场道路,输油气管线来综合分析,共计有62个图斑属于疑似违法图斑,存在越界开采行为。
甲企业存在4个疑似违法图斑,乙企业存在23个疑似违法图斑,丙企业存在35个疑似违法图斑。结合进场道路和输油气管线能快速甄别越界开采图斑并能锁定违法企业。在丙矿权区外有3个图斑(YQ-030,YQ-031和YQ-032)属于乙企业的疑似违法图斑。4个位于矿权区内的疑似违法图斑利用常规的边界识别不容易被甄别,丙企业有3个疑似违法井场位于甲、乙矿权边界内,这些在乙矿权区和甲矿权区的疑似违法图斑存在隐蔽性,不易被识别,分别为: YQ-015,YQ-016和YQ-022; 乙企业有1个疑似违法井场位于丙矿权内,图斑号为YQ-029。这些隐蔽的疑似违法井场单从井场的平面位置根本无法识别其是否属于越界开采。
4 结论与讨论
本文首次提出运用遥感与GIS技术方法,采用井场、油气区道路与输油气管线组合为一体的方法来甄别油气越界开采的疑似违法行为,可以快速、宏观地为相关职能部门执法提供数据支持。
1)有效判定越界开采问题有利于实现推动区域经济发展、保护生态环境、维护正常的矿产资源开发秩序、减少或避免发生重大安全生产问题。根据相关政策和法规,本文探索了“GIS+RS” 的油气矿山越界开采图斑判定方法,较为科学、高效、准确地解决了积存已久的问题,对液体或气态等非常规矿产资源(如卤水、地热)越界开采判定具有借鉴意义。
2)建立油气矿山动态监管信息系统,统一收集、存储和管理油气开采的地表和地下工程信息、矿业权信息,掌握其现状和动态变化情况,对于油气矿山监管具有重要意义,尤其对快速判定越界开采尤为重要。应加强矿业权信息化管理,统一使用2000坐标系,生成矢量化的面状文件,实现联网运营,及时更新反馈矿业权信息; 按油田分别开发专用的自动化数据采集系统,动态采集、处理和显示出每一条输油气管线和每个井场、油井、气井的三维图形,及时与矿权数据与行政区划数据叠加分析对比,从而实现即时动态监测。
3)开展油气矿山事前、事中、事后全过程监管,建立油气矿山开采遥感图谱和油气矿区生态环境档案,是油气开采区矿业秩序监管、生态环境修复监管等的必然要求。应建立完善越界开采矿山的档案制度,以县为单位,建立越界开采矿山档案,记录其越界开采的时间、位置、范围、资源损毁程度、处理情况等,并定期更新和长期保存,作为今后矿山是否通过年检、延续登记、变更登记等的重要依据。
致谢
感谢中国自然资源航空物探遥感中心对本次工作的支持,感谢相关兄弟单位在合作过程中的鼎力相助。在工作过程中得到了徐学义、聂洪峰、葛晓立、张志、刘乐、帅爽、姜琦刚、史鹏飞、李任时、黄智才、王海庆、邢宇、刘琼、李丽、汪洁、安娜、王昊、姚维岭、周英杰、殷亚秋、刘小杨、何金宝、李修远、董大啸、刘启鹏等多位同志的帮助,在此谨表谢忱。
参考文献
2020年国内外油气资源形势分析及展望
[J].
Analysis and outlook of domestic and international oil gas resources situation in 2020
[J].
中国石油“十三五”油气勘探重大成果与“十四五”发展战略
[J].
Major achivements in oil and gas exploration of PetroChina during the 13th Five-Year Plan period and its development strategy for the 14th Five-Year Plan
[J].
世界经济恢复预期拉动全球油气市场回暖
[J].
Global oil and gas market rebounds due to world economic recovery expectation
[J].
矿山越界开采与采矿权面积关系遥感研究
[J].
Study on the relationship between mining beyond boundary and mining right area based on remote sensing
[J].
广东省矿山越界开采遥感调查与监测研究
[J].
The remote sensing survey and surveillance research of mine exploitation which surpass confines in Guangdong Province
[J].
反思与重构越界开采的法律责任
[J].
Reflection and reconstruction of legal responsibility of cross-border exploitation
[J].
越界开采:导致事故的祸根
[J].
Cross border mining:The root cause of accidents
[J].
矿山越界开采原因分析及对策探讨——以钟山乡为例
[J].
Cause analysis and countermeasures of mine cross boundary mining:Taking Zhongshan Township as an example
[J].
我国油气资源矿权制度中存在的问题及完善对策
[J].
Oil-gas property system in China:Problems and solutions
[J].
浙江省矿山越界开采的原因和对策措施
[J].
Causes and countermeasures of mine cross boundary mining in Zhejiang Province
[J].
油气矿山遥感监测方法初探——以鄂尔多斯盆地为例
[J].
Preliminary study on the remote sensing monitoring of the oil and gas resources:A case study on the Ordos Basin
[J].
浅谈油气矿山监测
[J].
Introduction to the remote sensing monitoring of the oil and gas mines
[J].
遥感技术在油气开发状况调查中的应用
[J].
Application of remote sensing technology in investigation of oil and gas developments status
[J].
向隐藏大地深处的“毒瘤”开刀——矿山超深越界开采成因及预防对策调研报告
[J].
To the “cancer” hidden deep in the earth investigation report on causes and preventive measures of ultra deep and cross boundary mining
[J].
应用信息化网络技术监测越层越界开采初探
[J].
Preliminary study on application of information network technology in monitoring cross layer and cross boundary mining
[J].
