趙玉靈， 楊金中， 孫婭琴， 陳棟

(中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

作為一種關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略物資，石油、天然氣在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著越來越重要的作用。2020年，新冠疫情在全球肆虐，全球經(jīng)濟(jì)遭受了重大沖擊，但我國(guó)油氣勘查開采形勢(shì)總體穩(wěn)中向好，石油產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，頁巖氣產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)[1-3]。值得注意的是，一些礦山企業(yè)法治觀念淡薄，受利益驅(qū)動(dòng)，越界開采時(shí)有發(fā)生[4-10]，引發(fā)一系列重大的社會(huì)問題，既降低了產(chǎn)油率，破壞和浪費(fèi)了礦產(chǎn)資源、生態(tài)環(huán)境，又?jǐn)_亂了正常的礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序，資源糾紛急劇增多，產(chǎn)生重大安全隱患。

21世紀(jì)初以來，我國(guó)陸續(xù)開展了全國(guó)非油氣礦山礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀、礦山地質(zhì)環(huán)境遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)等工作,在整頓和規(guī)范礦業(yè)秩序、礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理等方面發(fā)揮了重要作用，取得了一系列重要成果。近年來，隨著高分辨率遙感影像的大規(guī)模應(yīng)用，油氣礦山資源開發(fā)現(xiàn)狀及礦山地質(zhì)環(huán)境的遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)在部分油氣區(qū)進(jìn)行了探索[11-13]。本文在上述工作基礎(chǔ)上，利用GIS和RS 技術(shù)，開展油氣礦山越界開采甄別與判斷方法的研究，力圖為油氣區(qū)塊的勘探開發(fā)和監(jiān)督管理提供技術(shù)范例。

1 越界開采

礦產(chǎn)資源越界開采，是指超越國(guó)土部門批準(zhǔn)的礦區(qū)范圍開采礦產(chǎn)資源的行為。越界開采屬于非法采礦的一種重要表現(xiàn)形式，是采礦行業(yè)中的頑癥，被執(zhí)法人員稱之為礦業(yè)市場(chǎng)中的“毒瘤”。認(rèn)定越界開采，其首要的問題是確定“界”?！敖纭奔礊椴傻V權(quán)許可證規(guī)定的所謂“礦區(qū)范圍”，屬于行政“劃定”性質(zhì)。礦區(qū)范圍，是指經(jīng)登記管理機(jī)關(guān)依法劃定的可供開采礦產(chǎn)資源的范圍、井巷工程設(shè)施分布范圍或者露天以剝離范圍的立體空間區(qū)域。礦區(qū)范圍以登記管理機(jī)關(guān)頒發(fā)的采礦許可證為準(zhǔn)。越界開采行為包括兩種情況： 一是超越平面上批準(zhǔn)的范圍越界開采，即平常所說的“越界開采”； 二是超越標(biāo)高上批準(zhǔn)的范圍越界開采，即平常所說的“超層開采”。本文探索的越界開采行為是超越平面上批準(zhǔn)的范圍越界開采。

2 越界開采的監(jiān)測(cè)方法

2.1 技術(shù)路線

以GIS和RS技術(shù)為支撐，利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)(含最新時(shí)相)，查明井場(chǎng)、站場(chǎng)、巡線道路、進(jìn)場(chǎng)道路、輸油氣管線、計(jì)量間、集氣站等油氣開采地表工程或淺表工程分布狀況，建立油氣開采動(dòng)態(tài)變化圖譜和油氣開采地表工程或淺表工程動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)庫，掌握不同采礦權(quán)區(qū)油氣開采地表工程或淺表工程變化情況、同一礦權(quán)主體布設(shè)的地表工程或淺表工程組合情況，通過與采礦權(quán)、探礦權(quán)數(shù)據(jù)的綜合分析，判定界內(nèi)開采、界外開采圖斑，推斷越界開采圖斑等疑似違法圖斑，為區(qū)域油氣礦山監(jiān)管提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和輔助決策技術(shù)支撐。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

工作過程中，應(yīng)以GIS軟件為主要平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工作區(qū)多元數(shù)據(jù)規(guī)范化整理和匯聚； 在野外踏勘基礎(chǔ)上建立解譯標(biāo)志，通過多期影像對(duì)比解譯、計(jì)算機(jī)自動(dòng)信息提取與人機(jī)交互解譯，提取井場(chǎng)、站場(chǎng)、巡線道路、進(jìn)場(chǎng)道路、輸油氣管線、計(jì)量間、集氣站等油氣開采地表工程或淺表工程分布現(xiàn)狀信息和動(dòng)態(tài)變化信息； 應(yīng)開展越界開采圖斑等疑似違法圖斑實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，查漏補(bǔ)缺，確保圖斑提取正確率； 要統(tǒng)一規(guī)劃，明確標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)成果表達(dá)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 工作方法

1)資料收集。按照從新到老、漸次收集的原則，收集工作區(qū)最新時(shí)相的高空間分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地質(zhì)礦產(chǎn)資料和自然地理、人文、氣候、地質(zhì)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、交通等資料，尤其是區(qū)域采礦權(quán)、探礦權(quán)數(shù)據(jù)。

2)遙感數(shù)據(jù)處理。對(duì)收集的遙感影像進(jìn)行正射處理，平面坐標(biāo)系采用“CGC2000坐標(biāo)系”，高程基準(zhǔn)采用1985高程基準(zhǔn)，采用高斯-克呂格投影，分帶方式與基礎(chǔ)底圖一致。

3)地表工程及淺表工程等油氣開采信息提取。選擇合適的GIS軟件平臺(tái)，采用目視解譯和人機(jī)交互解譯方法，在野外踏勘建立解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，提取井場(chǎng)、站場(chǎng)、油井、氣井、計(jì)量間、集氣站、集輸站、輸油氣管線、巡線或進(jìn)場(chǎng)道路等油氣礦山開發(fā)信息[11-13]； 結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查驗(yàn)證，對(duì)油氣礦山開發(fā)信息成果進(jìn)行補(bǔ)充和修正，形成油氣礦山遙感解譯成果。對(duì)解譯井場(chǎng)圖斑分別編號(hào)，編號(hào)順序?yàn)椋?先北后南、從西向東，YQ-01、YQ-02……，見圖2。

4)信息組合。對(duì)提取的信息進(jìn)行屬性界定，通過輸油氣管線、巡線或進(jìn)場(chǎng)道路、計(jì)量間、集氣站等，將匯聚到同一集輸站的井場(chǎng)(站場(chǎng))等的井場(chǎng)圖斑形成一個(gè)組合圖斑。

5) 越界開采圖斑甄別與判定。在GIS平臺(tái)上，將上一步形成的組合圖斑與礦權(quán)數(shù)據(jù)相套合，篩選出壓礦權(quán)線的井場(chǎng)圖斑和礦權(quán)界外井場(chǎng)圖斑,統(tǒng)一歸并為疑似越界開采圖斑。

如果站場(chǎng)分布和礦權(quán)邊界不太復(fù)雜時(shí)，以集油間(集氣站)來簡(jiǎn)單組合井場(chǎng)(站場(chǎng))圖斑，再與礦權(quán)邊界線套合，可以甄別出越界開采疑似違法圖斑； 如果站場(chǎng)分布比很復(fù)雜，與相鄰的礦權(quán)區(qū)域內(nèi)的圖斑參差交錯(cuò)，則需要同時(shí)考慮道路、輸油氣管線、集油間(集氣站)、集輸站。

圖2中，單從地表平面位置分析，圖2中的YQ-04和YQ-11位于A礦權(quán)范圍內(nèi)； YQ-01，YQ-06，YQ-07，YQ-09，YQ-12，YQ-13，YQ-14及YQ-15位于B礦權(quán)范圍內(nèi)； YQ-02，YQ-05及YQ-08位于C礦權(quán)范圍內(nèi)； 只有YQ-03和YQ-10為壓礦權(quán)線圖斑，為疑似違法圖斑，屬于越界開采。

結(jié)合油氣巡線道路分析，一般情況下各個(gè)礦權(quán)內(nèi)的巡線道路應(yīng)該為獨(dú)立的巡線道路，多數(shù)不跨越礦權(quán)區(qū)域范圍，此時(shí)沿巡線公路的所有井場(chǎng)應(yīng)該屬于同一礦權(quán)主體； 但在資源糾紛較多的區(qū)域或者地形地貌比較特殊的區(qū)域，一條巡線道路可能會(huì)跨越幾個(gè)不同的礦權(quán)區(qū)域，此時(shí)沿著巡線公路的井場(chǎng)不再屬于同一個(gè)礦權(quán)主體，但從巡線公路角度不易區(qū)分這些井場(chǎng)的礦權(quán)主體。圖2中的區(qū)域?qū)儆谫Y源糾紛較多的區(qū)域，分布3個(gè)礦權(quán)主體，且15個(gè)井場(chǎng)共有同一條巡線道路，不能單從巡線道路角度較快地判定出越界開采圖斑。

圖2 油氣礦山開發(fā)狀況遙感解譯示意圖

結(jié)合輸油氣管線匯聚的位置分析，圖2中的YQ-01，YQ-02和YQ-05擁有同一個(gè)計(jì)量站(集氣站)，并最終匯聚到C礦權(quán)內(nèi)的集輸站C，YQ-01，YQ-02和YQ-05應(yīng)該屬于同一礦權(quán)主體，屬于C礦區(qū)。YQ-03，YQ-06，YQ-08和YQ-09擁有同一個(gè)計(jì)量站(集氣站)，YQ-04，YQ-07和YQ-10擁有同一個(gè)計(jì)量站(集氣站)，YQ-11，YQ-12，YQ-13，YQ-14和YQ-15擁有同一個(gè)計(jì)量站(集氣站)，這3個(gè)計(jì)量站(集氣站)最終匯聚到B礦區(qū)的同一個(gè)集輸站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這12個(gè)井場(chǎng)均屬于同一個(gè)礦權(quán)主體，屬于B礦區(qū)。從這個(gè)角度分析得出，對(duì)于C礦區(qū)而言，YQ-01為疑似違法圖斑，屬于越界開采； 對(duì)于B礦區(qū)而言，YQ-03，YQ-04，YQ-10和YQ-11為疑似違法圖斑，屬于越界開采。最終判定得出： YQ-01，YQ-03，YQ-04，YQ-10和YQ-11為疑似違法圖斑，屬于越界開采。

綜上，組合信息與礦權(quán)數(shù)據(jù)相套合，可以快速、準(zhǔn)確判定越界開采圖斑。

3 試驗(yàn)應(yīng)用

選擇新疆某地為試驗(yàn)區(qū)，開展了方法的試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)區(qū)及使用的數(shù)據(jù)源

在新疆某地選取一個(gè)10 000 m×15 000 m的區(qū)域作為試驗(yàn)區(qū)，模擬了3個(gè)礦權(quán)邊界： 甲礦權(quán)區(qū)、乙礦權(quán)區(qū)和丙礦權(quán)區(qū)(非真實(shí)的礦權(quán)邊界)。

本次研究獲取了試驗(yàn)區(qū)遙感數(shù)據(jù)有： 2018年度BJ2高分辨率遙感正射影像，空間分辨率為1 m。

3.2 遙感解譯標(biāo)志

結(jié)合野外勘察，建立遙感解譯標(biāo)志(見表1)。

表1 油氣礦山遙感影像解譯標(biāo)志

(續(xù)表)

3.3 判別過程

由于本文研討越界開采問題，與井場(chǎng)內(nèi)是采油機(jī)還是采氣樹關(guān)系不大，所以未對(duì)井場(chǎng)是采油場(chǎng)還是采氣場(chǎng)進(jìn)行區(qū)分，也沒有詳細(xì)解譯采油機(jī)(采氣樹)的數(shù)量。

根據(jù)解譯標(biāo)志，通過人機(jī)交互解譯與實(shí)地驗(yàn)證相結(jié)合的方式進(jìn)行解譯。相對(duì)于一般的遙感地學(xué)解譯，油氣礦山開采遙感識(shí)別具有獨(dú)特的特征，通?？筛鶕?jù)特殊的地形地貌影像組合和地質(zhì)體影像組合進(jìn)一步判定解譯目標(biāo)。即除了色調(diào)、大小、形狀、位置、布局、圖案、紋理等直接解譯標(biāo)志外，還可借助油氣礦山開采影像組合特征進(jìn)一步區(qū)分“診斷”目標(biāo)屬性。

在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)解譯出365個(gè)井場(chǎng)(站場(chǎng)、計(jì)量間、集輸站、聯(lián)合站等)，油氣區(qū)道路和輸油氣管線。

為了甄別越界開采圖斑，在GIS平臺(tái)上對(duì)遙感解譯出的計(jì)量間、集輸站、聯(lián)合站圖斑進(jìn)行屬性唯一性標(biāo)識(shí)； 然后再根據(jù)油氣區(qū)的道路情況、輸油管線的走向及匯聚處，將匯聚進(jìn)同一計(jì)量間(集輸站)的所有井場(chǎng)根據(jù)前述的計(jì)量間(集輸站)的唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行空間組合，并對(duì)各個(gè)井場(chǎng)進(jìn)行屬性標(biāo)注，以便同一組合的井場(chǎng)進(jìn)行后續(xù)的空間分析。用礦權(quán)數(shù)據(jù)和將匯聚進(jìn)入同一計(jì)量間(集輸站)的所有井場(chǎng)進(jìn)行空間分析和識(shí)別判斷，這樣可以甄別越界開采的井場(chǎng)和主體責(zé)任認(rèn)定。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)解譯出365個(gè)井場(chǎng)、站場(chǎng)(圖3)，單從井場(chǎng)站場(chǎng)的平面位置與礦權(quán)邊界的平面位置來看，甲礦權(quán)邊界外有2個(gè)圖斑YQ-018和YQ-020，乙礦權(quán)邊界外有14個(gè)圖斑： 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； 丙礦權(quán)邊界外有30個(gè)圖斑。壓礦權(quán)線圖斑有12個(gè)： 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； 共計(jì)58個(gè)圖斑屬于疑似違法圖斑，越界開采，且這些圖斑具體屬于哪個(gè)開采企業(yè)無法逐個(gè)區(qū)分清楚。

圖3 試驗(yàn)區(qū)油氣礦山越界開采遙感解譯圖

結(jié)合進(jìn)井場(chǎng)站場(chǎng)道路，輸油氣管線來綜合分析，共計(jì)有62個(gè)圖斑屬于疑似違法圖斑，存在越界開采行為。

甲企業(yè)存在4個(gè)疑似違法圖斑，乙企業(yè)存在23個(gè)疑似違法圖斑，丙企業(yè)存在35個(gè)疑似違法圖斑。結(jié)合進(jìn)場(chǎng)道路和輸油氣管線能快速甄別越界開采圖斑并能鎖定違法企業(yè)。在丙礦權(quán)區(qū)外有3個(gè)圖斑(YQ-030，YQ-031和YQ-032)屬于乙企業(yè)的疑似違法圖斑。4個(gè)位于礦權(quán)區(qū)內(nèi)的疑似違法圖斑利用常規(guī)的邊界識(shí)別不容易被甄別，丙企業(yè)有3個(gè)疑似違法井場(chǎng)位于甲、乙礦權(quán)邊界內(nèi)，這些在乙礦權(quán)區(qū)和甲礦權(quán)區(qū)的疑似違法圖斑存在隱蔽性，不易被識(shí)別，分別為： YQ-015，YQ-016和YQ-022； 乙企業(yè)有1個(gè)疑似違法井場(chǎng)位于丙礦權(quán)內(nèi)，圖斑號(hào)為YQ-029。這些隱蔽的疑似違法井場(chǎng)單從井場(chǎng)的平面位置根本無法識(shí)別其是否屬于越界開采。

4 結(jié)論與討論

本文首次提出運(yùn)用遙感與GIS技術(shù)方法，采用井場(chǎng)、油氣區(qū)道路與輸油氣管線組合為一體的方法來甄別油氣越界開采的疑似違法行為，可以快速、宏觀地為相關(guān)職能部門執(zhí)法提供數(shù)據(jù)支持。

1)有效判定越界開采問題有利于實(shí)現(xiàn)推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)正常的礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序、減少或避免發(fā)生重大安全生產(chǎn)問題。根據(jù)相關(guān)政策和法規(guī)，本文探索了“GIS+RS” 的油氣礦山越界開采圖斑判定方法，較為科學(xué)、高效、準(zhǔn)確地解決了積存已久的問題，對(duì)液體或氣態(tài)等非常規(guī)礦產(chǎn)資源(如鹵水、地?zé)?越界開采判定具有借鑒意義。

2)建立油氣礦山動(dòng)態(tài)監(jiān)管信息系統(tǒng)，統(tǒng)一收集、存儲(chǔ)和管理油氣開采的地表和地下工程信息、礦業(yè)權(quán)信息，掌握其現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化情況，對(duì)于油氣礦山監(jiān)管具有重要意義，尤其對(duì)快速判定越界開采尤為重要。應(yīng)加強(qiáng)礦業(yè)權(quán)信息化管理，統(tǒng)一使用2000坐標(biāo)系，生成矢量化的面狀文件，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)，及時(shí)更新反饋礦業(yè)權(quán)信息； 按油田分別開發(fā)專用的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)采集、處理和顯示出每一條輸油氣管線和每個(gè)井場(chǎng)、油井、氣井的三維圖形，及時(shí)與礦權(quán)數(shù)據(jù)與行政區(qū)劃數(shù)據(jù)疊加分析對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)即時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3)開展油氣礦山事前、事中、事后全過程監(jiān)管，建立油氣礦山開采遙感圖譜和油氣礦區(qū)生態(tài)環(huán)境檔案，是油氣開采區(qū)礦業(yè)秩序監(jiān)管、生態(tài)環(huán)境修復(fù)監(jiān)管等的必然要求。應(yīng)建立完善越界開采礦山的檔案制度，以縣為單位，建立越界開采礦山檔案，記錄其越界開采的時(shí)間、位置、范圍、資源損毀程度、處理情況等，并定期更新和長(zhǎng)期保存，作為今后礦山是否通過年檢、延續(xù)登記、變更登記等的重要依據(jù)。

4)完善油氣礦山相關(guān)管理制度。改進(jìn)礦權(quán)邊界數(shù)據(jù)管理制度，重點(diǎn)解決礦區(qū)范圍邊界及行政區(qū)劃邊界矢量數(shù)據(jù)存在投影方式與坐標(biāo)不統(tǒng)一的問題； 完善儲(chǔ)量評(píng)估等相關(guān)制度，減少礦區(qū)范圍劃得過“小”、采礦許可證有效期過“短”等現(xiàn)象，優(yōu)化礦山布局，可以從源頭上減少越界開采等違法違規(guī)采礦行為的發(fā)生； 完善礦業(yè)用地管理辦法，推進(jìn)礦地一體出讓，避免“取得采礦權(quán)卻得不到礦業(yè)用地”“租用礦地因權(quán)屬爭(zhēng)議難以治理”等尷尬局面的出現(xiàn)，有效推進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)； 加強(qiáng)案件移送與行政處罰力度，通過多部門聯(lián)合行動(dòng)，形成懲治非法開采的執(zhí)法合力和威懾力[14-16]。

致謝：感謝中國(guó)自然資源航空物探遙感中心對(duì)本次工作的支持，感謝相關(guān)兄弟單位在合作過程中的鼎力相助。在工作過程中得到了徐學(xué)義、聶洪峰、葛曉立、張志、劉樂、帥爽、姜琦剛、史鵬飛、李任時(shí)、黃智才、王海慶、邢宇、劉瓊、李麗、汪潔、安娜、王昊、姚維嶺、周英杰、殷亞秋、劉小楊、何金寶、李修遠(yuǎn)、董大嘯、劉啟鵬等多位同志的幫助，在此謹(jǐn)表謝忱。