遥感图像在东濮凹陷油气勘探中的应用
自1975在刘文构造获得工业油流以来，该区已成为中国东部重要的石油勘探基地之一。为了扩大油田面积，寻找新的有利含油构造带，我们尝试应用遥感影像提供的地质信息，从构造的宏观特征出发，研究东濮凹陷的区域地质背景，将影像信息与各种已知资料进行对比分析，探索控制油田分布的区域构造规律，为快速高效预测含油区域提供遥感地质依据。需要指出的是，本区被第四系和第三系覆盖，厚度为131 ~ 300米，下第三系及其下伏油气勘探目的层埋深为3000 ~ 9000米..因此，图像信息的地质解释主要是通过地表的间接标志进行的。为了提取隐藏的地质信息，提高图像质量是一个重要环节。经过摸索，总结出一套图像组合处理方法，得到了一幅能反映深部地质信息的新图像(图版ⅰ-1)。通过对新图像的解释和分析，掌握了该区中、新生代沉积盆地基底构造的轮廓和受基底构造控制的盖层构造特征，从而推动了遥感图像在第四系覆盖区石油地质勘探中的应用。
一.区域地质学
东濮凹陷位于太行隆起、豫西隆起和鲁西隆起之间的华北沉降带中部，是临清凹陷最南端的二级构造单元。凹陷东侧严格受兰聊断裂控制，从某种意义上说，是鲁西隆起西斜坡的组成部分。凹陷的西北部逐渐过渡到内黄隆起的东南斜坡。南端以正交形式叠置在中牟凹陷上，与周口中、新生代坳陷相邻，太康隆起北侧有封丘-兰考断裂。
从布格重力图上看，重力等值线均呈东北走向。工区西北部的内黄为-30 mg的重力高度，其值向东南方向逐渐减小，在东明地区达到-47.5 ~-50 mg。过东明时从-50毫克急剧上升到-25 ~ 20毫克，梯度密集，构成鄄城-菏泽重力高。从磁场的特性来看，也有非常相似的表现。虽然它们具有不同的物理意义，但它们以相同的方式反映了盆地基底的起伏状态。在内黄河重力高度的南侧，有一个被200伽马射线俘获的正磁场，向南逐渐减弱，在千里塬成为被-200伽马射线俘获的负磁场区。向东急剧上升，具有类似重力的特征，鄄城为50伽马，菏泽为300伽马。根据河南、山东地区岩石密度和磁性资料分析，重力场反映了中生代底部的波动，而平缓的磁场特征反映了前寒武纪变质岩基底。地震和区域钻井资料证实，东濮凹陷基底由古生代和部分太古界组成。该基底由重磁资料反映，由内黄隆起向东南陡倾入厚层中、新生代沉积中，为单斜构造，后期断裂复杂(图1)。唐3井深度小于284米时，新近系直接不整合在太古宙片麻岩上，而构造文6井深度小于古生界。据地震推测，凹陷东部基底最大埋深可达9000米，其东延伸部分被兰聊断层切割，断层东部板块逐渐抬升，成为鲁西隆起西缘的组成部分。因此，东濮凹陷与华北其他中、新生代沉积盆地一样，是燕山运动中后期断裂作用形成的北北东向断陷盆地。
图1东濮凹陷东西剖面
二、遥感影像的基本特征及其地质应用
一般来说，常规处理后的影像在覆盖区的解译效果并不理想，因为丢失了包含在显著地貌变化因素中的大量地质信息。特别是在第四纪沉积物较厚的地区，一些特征地质信息更加微弱，肉眼难以分辨和提取。通过本次实验，对数字图像进行分段线性拉伸-局部增强-伪彩色处理相结合，可以得到反映深部地质信息的新图像，取得明显的解译效果。如果新图像与各种常规图像相结合，信息会更加丰富(见图版ⅰ-2)。
(一)数字图像处理的主要方法
1.分段线性拉伸
原始图像信息得到扩展，单一色调的图像变得清晰。转换公式如下:
Xi =(a′-b′)/(a-b)×XO÷6-(a′-b′)/(a-b)×b
式中:Xi——为拉伸后的灰度值；
XO-原始灰度值；
a，b，a’，b’-拉伸断点。
2.局部线性增强
将图像分成若干小块，即局部区域，分别统计它们的方差aij和均值Dij。然后基于各自的均值调整灰度值，使新的灰度值服从正态分布，灰度级从0到255充分扩展，使图像各部分的细节得到增强。
3.假彩色编码(PSEU)
这是一种非常简单灵活的处理方法，将图像的0 ~ 255灰度值分成几个等级，分别赋予不同的颜色(包括亮度、饱和度和色相)。
4.K-L变换
K-L变换得到的新图像是对地物光谱特征的一种新的数字描述，新变量相互独立，85%以上的信息集中在第一主成分中。
叶合肥油气地质遥感论文集
其中:m '-变换后的灰度值；
m-原始灰度值。
叶合肥油气地质遥感论文集
(2)图像的宏观特征和地质分析
东濮及其邻区，在标准的假彩色合成或单波段影像上(图2)，都显示出一个相当简单的块状阴影结构，大致呈北北东向，被几幅北北东向和北西向反差不大的线性影像分割开来。从小尺度的黑白图像中，显示出近南北方向排列的两个明显的浅色圆形图像。南方的图像是圆形的，被黄河环绕。北面的圆形像是不规则的，它的东面被黄河斜切。两者面积都在1万平方公里左右。分析表明，它们只是两个对应现代的大型冲积扇平原，中间有几个小型决口扇，形成一个坡度为1: 2000 ~ 1: 6000的微倾斜平原。这些地貌单元是黄河现代活动的结果，沉积物疏松，含沙量高，反射能量大。因此，浅色的环状图像是表层沉积物的直观反映。值得指出的是，这种地表地质构造与布格重力异常密切相关，这种重力场也与中新生代沉积凹陷有关。换句话说，就这个区域而言，图像中的巨型浅色环状(或其他形状)图像反映了地表地质与地下负向构造之间的垂直一致特征。
图2 ms S7条带的镶嵌图
另外，对比度小但尺度大的带状图像也有与上述类似的规律。如横跨工区东部，一幅由区域色调差异构成的巨大线性影像，在鄄城西洞口附近，自聊城西向南斜切黄河，经兰考东延伸至商水，全长500多km。洞口以北，线性影像东面色调较暗，西面色调较亮。对应面分析，浅色图像区为冲积扇平原，沉积物含沙量高，粒度变化，呈微倾斜地貌，坡度在1:2000 ~ 1:6000之间变化；暗像区为淤泥质平原，沉积物较细，以淤泥为主，地形平坦，坡度小于1:6000，其中发育多处槽状洼地。两者被向东北倾斜的古老河床高地隔开。
从地球物理场来看，线性影像本身正好与东明东侧的重磁场梯度变化带相吻合，是钻探确认的兰聊隐伏断裂带。暗色区为前中生代基底上升盘，被新近纪和第四纪覆盖，厚度较小；浅色区为中生界和新生界厚层分布区，前中生代基底埋深7000 ~ 9000m·m，也就是说，兰聊断裂带及其两个板块的升降状态通过不同地貌单元及其组合反映的光谱特征与上述线性影像有明显的对应关系，这种关系是影像解译获取深部地质信息的重要依据。唯一不同的是，宏观图像特征反映的是区域地质剖面，而微观图像反映的是局部地区的地质构造特征。
(3)环形和线形图像描述及其地质分析
环形和线性图像是宏观图像特征的组成部分。虽然覆盖面积的信息较弱，但它仍然是各种地质体表面要素光谱垂直分量的综合反映。不同地质体和不同地表因素的组合，自然表现出不同的光谱特征。虽然不同的图像处理方法可以获得重要的隐藏地质信息，但根据现有资料建立的地质发育模型，正确运用地质理论分析解释信息的地质属性及其下属整体结构之间的关系，从而探索真实的地质规律，更具有现实意义。
1.环形图像
圆形或环状图像是指图像上具有圆形或环状特征的那些异常区域。具体表现为色调异常、阴影结构异常、水分分布异常。这些异常是图像中地面特征的反映。例如不同类型的土壤或植被单元、水系的放射状或环状分布等。由于物质成分和形态的不同，它们表现出不同的光谱特征。就东濮地区而言，宏观上来说，大型凹陷以浅色为特征。比如东濮次凹、成武凹陷都是浅色的图像。从局部分析，暗圆形图像往往是现代分洪区，含水量高，水系发达。浅色环状图像多为古河床、高地、现代冲积扇、决口扇和高含沙量的干古河床。
这个区域有许多环形图像(图2和图3)。根据物探和钻井资料分析，大部分是地下地质块体，在图像上通过微地貌特征反映出来。总结起来有三类地质信息，即基底的隆起和凹陷、不同深度的玄武岩体和含油(气)或可能含油(气)的构造带。
(1)与基底隆起有关的图像异常:以浅色为特征。如爪营环像(l 01)；它是一个色调不均匀的浅色圆形图像。它占地约320平方公里，古老的黄河环绕其北部边界。对应正常重力异常，属于古生代隆起。根据水系的变化，它是一个现代仍在上升的隆起构造。由于抬升，黄河被迫在1855年从兰考北部向东北改道(图4)。
图3东濮凹陷卫星图像地质解释图
(1)环状结构；(2)继发性骨折；(3)主断裂；(4)已知油田；(5)远视区；l-环形构造与基底隆起有关；与凹陷有关的a-环形结构；与玄武岩有关r-环形构造；与已知油田相关的o型圈结构；y-预测含油环状结构；与现代沉积作用有关的n环结构
图4兰考地区环状图像特征(a)和环状构造解释图(b)
(a)MSS7波段图像特征图；(二)图像特征的环形结构解释草图
(1)块状结构；(2)次生块状构造；(3)水系统
(2)与凹陷有关的图像异常:从小尺度上看，凹陷往往与地表的负地形有关。
由于负地形往往是地表水汇集的地方，土壤水分高，亲水植被发育，所以在图像上形成了深色的斑驳阴影结构。如:胡形环像(a 1)；这是一个显著的暗圆形图像，略呈椭圆形，长轴和短轴分别为17km和13km。长轴为北北东向，对应航磁图上的一个弱磁异常区，已被地震和钻井证实为凹陷。
(3)与玄武岩体有关的图像异常:解释分析表明，一些与明显线性图像有关的浅色环状、圆形图像异常与玄武岩体有密切的对应关系。如:高集环形像(R3)；位于高平集以东，呈椭圆形。在经过特殊处理的图像上，环形图像是黄色的，并嵌入了蓝色的边缘环。主轴为北北东向，长轴和短轴分别为20公里和6公里。异常图像的东部被北北东向线性图像切割，为长垣断层的南段。环状体对应重力负异常，钻探证实为玄武岩。
类似的形象特征还有东明基(R4)、曹刚(R5)等。，它们与玄武岩体有非常密切的对应关系，并与已证实的断裂构造相互依存。只是因为玄武岩的赋存特征不同。异常图像的形状、大小和色调是不同的。一般来说，埋藏浅、规模大、有活力的，图像特征明显，图像弱的。
(4)与已知油田相关的环状图像:这些图像几乎是标准假彩色合成胶片上的浅色异常。其边界不清或有阴影，规模往往较小，呈条状分布。例如，刘文(O4)的环形图像是一个细微的浅色异常，椭圆形，长轴近南北向，长轴和短轴分别为10km和8km，其对应的重力场为低重力部分。在经过特殊处理的图像上，它显示了一个在蓝色背景上的浅紫色斑点状圆形异常，这就是刘文油田的已知位置。另一个例子是卫城的环形图像(O3)，这是一个微妙的浅色异常，其中有灰色斑点，呈圆形，直径约6公里。在经过特殊方法处理的图像上，显示出紫杂色异常，背景为浅绿色，被称为卫城油田。
值得指出的是，上述与油田相对应的特征圆形图像都出现在近南北向分布的宽带浅色异常区。浅色异常区宽25～35公里，长200多公里。南起祁县，北包括兰考、东明等地，从南乐、范县延伸至临清坳陷(见图2)，在7波段黑白照片上很明显。重力图中该带对应的部分正好是低重力，对应的磁场图也是由-50 ~-200γ组成的狭长弱磁场。看来三者的良好对应是有内在联系的。
2.线性图像
线状影像是指异常色调、色调边界、阴影结构、不同阴影结构的边界以及上述特征的组合。该区域主要反映地面上延伸的直线水系、大型自然水体的直线边界、湖泊的直线排列、大型地貌单元的边界以及不同地貌单元之间的交汇处，或上述特征的组合。
经初步分析，该区解释的线性影像多为地下线性地质体和断裂构造或不同时代、规模、方位的大型结构面，由地貌、水系等因素反映。线性图像的方位角和频率与地震数据确定的断层系列相似这一事实可以证明这一点(图5)。
图5线性图像的玫瑰图和Tg断裂的玫瑰图
就线性影像的方位而言，本区大致可归纳为六组:北北东、NEE、近东西、西北、北北西向和近南北向。
NNE:在这个区域的东部看，如聊城-阳谷-兰考到漯河，有一个方位为14的线性影像，在黄河以北是一个明暗色调交替的宽带，在黄河以南是一个微弱的暗带。北段对应的重磁场均为“高密度”异常梯度带；在地震剖面上，北段显示一组向西倾斜的高能波，而南段较弱。地质资料证明它是兰聊断层的反映。另外，贯穿凹陷的黄河是NE向的线性影像，黄河河道的曲流变化本质上是NE向追踪断层控制的结果(图6)。除上述外，还有一系列显示程度不同的北北东向线性图像，大多由色调界面或线性色调异常组成，往往是一些控制和影响沙河街组沉积及其后期改造的年轻断层。如黄河断层、卫东断层。
NEE:这组线性影像在标准的假彩色合成胶片和1:200000的5波段和7波段黑白胶片上都有显示，并且以隐藏波段为特征，尺度较大。例如，菏泽NEE的线性影像显示南深北浅的区域色调，长度超过150km。在1:337的镶嵌图上尤为明显，西南端经兰考南侧直达通许-宜昌。在布格重力图对应的部分，有一个局部重力高，局部重力低的转折带。在磁图上，是平静磁场背景下的跳跃式、带状局部磁异常。显然，这是基底断裂带的反映，具有明显的地质意义。
图6河道变迁特征图
千里塬、东明、菏泽之间也有类似的线性图像，其分布有一定的间距。
近东西向:在标准假彩色合成图上，有三个明显的东西向线性图像。这些图像是大规模的，都是边界模糊的暗带。华县-濮阳-左颖线性影像，延绵数百公里，伴有多幅近似平行的线性影像，在濮阳附近显示出非常明显的暗异常带。地球物理场和地质资料证明，该线性图像是华县—濮阳东西向断裂的反映。
NW:在凹陷及其邻区，NW向线性影像非常明显，主要是平色调界面、线性色调异常、带状色调异常和水系的NW向分布。在凹陷中，这些图像与北北东向线性图像相交。在凹陷外围，色调细长的异常体延伸极长，可达数百公里，与水系流向明显一致。地震地质资料表明，这些图像主要反映北西向的浅部构造，如演金-兰考断裂、蓟县-赵颖断裂和刘屯-安兴集断裂。
NNW:本区NNW线性影像主要见于濮阳-东明以西地区，数量较多，但延伸范围不长，多在50km以内，但菏泽-清丰线性影像延伸90km，与对应的磁等值线一致。
近南北向:该区南北向线性影像模糊，主要为分段式色调界面。例如，在莘县-菏泽南的线性影像中，四个波段的K-L变换第一主成分中，宽带的边界非常清晰。在分析航磁和重力资料时，发现它是一条很深的南北向异常带。
此外，必须指出，与上述油田有关的浅色图像区主要受近南北向断层控制。
上述六组线性图像所反映的六组线性结构是相互叠加、相互切割的。总的来说，在这六组线性构造中，北北东向和北北西向最为清晰，而东西向和NNS向的线性构造往往被切割和错位。凹陷内北西向线性构造常被北东向切割，呈间歇性。这种线状影像现象，结合其他资料，说明NE、NS、EW向的线状构造大多是深大断裂的反映，深大断裂控制着凹陷的基底构造。北西向和北西向构造属于浅层构造，反映了断块运动的波动差异，部分构造对油田有较好的封堵作用。北西向构造明显被兰辽等北北东向断层切割。除兰聊断裂和长垣断裂外，北北东向构造仅在地震资料中有所反映，表明它们是规模较小的浅部构造。
3.圆形图像与线形图像的关系。
环形图像和线性图像有多种组合。在这个区域，环形图像与线性图像一起出现。环形图像的长轴与相邻线性图像的延伸方向大致相同；并且排列成条状。如沿兰聊、黄河东西向断裂带，圆形影像均呈椭圆形排列，长轴方向与伴随的线性影像方向一致。一些圆形图像出现在北北东和西北两组线性图像的交叉点上。
从已知的凹陷地质构造特征来看，上述线状和环状图像的组合特征是地壳浅部断层与断块组合关系的反映。众所周知，断块构造是不同建造和规模的断层作用的结果。但由于不同规模、不同形状的断块在上覆沉积物厚度的影响下，其棱角逐渐消失，地表只显示其形状的综合信息，所以在圆形或椭圆形图像上往往异常。
第三，综合地质分析解释结果
(1)补充和修改现有地质资料，扩充地质信息。
当图像异常与已知的地质和地球物理数据相比较并被赋予一定的地质意义时，它就成为可用的地质信息。从该区的图像解释结果来看，它们在补充和修改原始地质资料方面发挥了重要作用。将东濮凹陷Tg反射层构造图与1: 50万标准伪彩色合成解释图进行对比，可以看出，虽然两图整体构造面貌相似，但解释图突出了三组构造线(图3)。以前被忽视的北西向断裂构造不仅数量多，而且规模大。从整个河南地区分析，它们与现代湖泊分布关系密切，是一组发育较晚、影响较大的断裂构造，不能说对油田勘探开发没有影响。再比如，根据1:600万镶嵌图和地震资料，兰聊断裂南延至少切割了西华以南的太康隆起甚至延伸到驻马店以西；它穿过黄骅坳陷向北延伸至天津北部。此外，从线性图像的相交关系分析中，还可以获得断层序列的重要信息。如前所述，区内东西向和南北向线性影像模糊不清，断续出现，常被北北东向和北西向线性构造切割，表明前者形成较早，后者发育较晚。这对探讨凹陷的地质规律和建立构造发育模式具有重要意义。如果从整个坳陷来看，北端由于基底(前中生代)的抬升控制而变浅或消失，南端由于跨越中牟坳陷的坳陷构造突变而终止等。，这些都是对影像资料的重要补充。
(2)地质开发模式简介
东濮凹陷是华北沉降带的组成部分，其地质历史特征与整个沉降带的发生演化密不可分。但由于所处的位置和特定的边界条件，它自然应该有自己的发展规律。关于华北沉降带地质历史演化的背景和特征，笔者在1985《盆地形成的区域构造特征》一文中已有论述，指出东西向构造带虽形成于吕梁期，但在印支期仍有强烈表现。从鲁西南的重力资料来看，也有一个明显的反映，即前中生代基底起伏的正负重力异常带在近东西向交替排列。低重力带是一个中新生代沉积坳陷。作为中新生代沉积的构造背景，卫片上隐藏着东北和西北两组断裂构造。在此基础上，在中国东部与太平洋基底近南北逆时针力偶的影响下，东濮凹陷于燕山期逐渐形成。从邻区来看，燕山构造旋回中后期，华北沉降带南部受到东西向压应力的强烈扰动，但对该区来说，除了形成了东北和西北方向的两组断层，增加了凹陷的构造复杂性外，上述基本构造格局并无明显变化。喜山期，华北沉降带的构造应力状态发生了变化，并受NE-SW向压应力的影响。凹陷内主要形成两组共轭剪切断层和NE向追踪断层，即NE (15)和NE (75)。现今的黄河河道是追踪断层控制的结果。从宏观上看，北北东向的一组断层还可以控制油气和油田的分布趋势，这是油气勘探中值得关注的问题。
4.凹陷有利含油气区预测
从目前的影像资料分析可知，油田与浅色或灰色的环状、块状影像关系密切，这些环状或块状浅色影像的长轴为东北或近南北向，并伴有线性影像。这说明该油田与一组北北东向(15)的断层密切相关。另一方面，从断块构造控制的特征来看，上述图像特征属于不同形式的断块构造。但在对比该区各种环状或块状图像特征时，发现已知油田和与已知油田相似的图像异常都出现在近南北方向分布的浅色宽带图像特征中。带宽约25km，西起清丰、赵颖，东至范县、桃源，北延至临清坳陷，南至全敏坳陷，面积3000多km2。在7波段黑白胶片上，除南段(东明集以南)为灰色外，均呈现明显的浅色调。这说明该地区在0.8 ~ 1.1 μ m的光谱范围内具有反射能量大、含水量差、湿度低的特点，这一特点与地下隆起构造有一定的关系。因此，推测图像异常带是油气勘探的有利地区。
Y1、Y2、Y3、Y4和Y5与O7或O2、O3和O4非常相似，Y和O都在濮城含油气构造区。Y3、Y4和O4共存于刘文油气构造区；Y1和Y5均位于湖相集构造南坡，推测这些图像与油气有关。另外，A1胡形集的图像与胡形集结构一致。该构造在1700 ~ 2100 m(沙河街组三段)深度发现油层，并获得工业油流，表明这是一个有利的含油区。黄河以东东明地区Y6和L1的图像特征与刘文油田和卫城油田非常相似，在这些地方都见到过油气流动和油气显示。因此推测Y6和L1图像也是有利含油区。
动词 （verb的缩写）摘要
以上是从遥感资料的处理、分析和应用中提供的一些基础地质信息，得出了一些初步看法，是深入研究该区石油地质基本规律的新资料。由于遥感技术是一种新方法，还没有成为一种完整的手段，其可信度需要通过勘探实践来检验。但是，通过对上述各种材料的综合分析，得出以下几点:
(1)采用适当的图像处理方法，可以大大提高原始图像的质量，可以获得微地貌变化、水系特征、湿度、植被等反映的各种隐藏的地质信息。
(2)充分利用钻探地质、地球化学、地震等地球物理资料，对各种隐蔽地质信息进行对比分析，使隐蔽地质信息可用。
(3)通过与已知油田图像特征类比分析，预测东濮凹陷局部浅色图像异常是油气勘探的有利地区；宽带浅色图像区(亮区)是推测的油气储层带。
(4)如前所述，遥感图像的地质意义是多重解释的，解释结果受解释者对本地区地质情况的认识影响。因此，遥感图像的标准化描述(计算机图像描述)是深化遥感技术在石油地质中应用的重要环节之一。
参考
河南省地质矿产局。河南省构造体系及地震图描述。北京:地质出版社，1980。
河南省地质矿产局。河南省新近纪基岩地质图描述。北京:地质出版社，1980。
山东省地质矿产局。山东省第三纪基岩地质图描述。北京:地质出版社，1980。
长沙构造研究所。东濮凹陷的形成演化与油气。北京:地质出版社，1984。
中国科学院地理研究所。黄淮海平原地貌图描述。北京:地图出版社，1985。
卫星遥感图像在河南中、新生代含油气构造研究中的初步应用。北京国际遥感研讨会会议录。