بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه سنجش از دور در مطالعات زمینشناسی از اهمیت ویژهای برخوردار است به طوری که این فناوری میتوانـد اطلاعـات
ارزشمندی در خصوص مطالعاتی از قبیل استخراج خطوارهها، شناسایی زونهای آلتراسیونی و غیره در اختیـار مـا قـرار دهـد. سهولت به کارگیری، ارزان، سریع و غیرتهاجمی بودن روشهای سنجش از دور به همراه نیازهای موجود برای استفاده از ایـن
فنآوریسبب، گسترش کمّی و کیفی این شاخه از علم در مطالعات مربوط به زمین شده است.
از طرفی در حال حاضر روشهای لرزهای، مغناطیسی و پرتوسنجی به منظور اکتشافات هیدروکربنی در صـنعت نفـت اسـتفاده
میگردند، ولی بکارگیری این روشها ضریب موفقیت 30 تا 35 درصدی را به طور متوسط در مقیاس جهانی به نمـایش مـی-
گذارد. با توجه به هزینههای سنگین عملیات اکتشاف این ضریب بسیار پایین بوده و به منظور افزایش ضریب موفقیت و کاهش
هزینههای مربوطه، باید روشهای مذکور با تکنیکها یا ابزارهای کمکی دیگری به صورت تلفیقی مورد اسـتفاده قـرار گیرنـد. بدون شک استفاده از تراوشهای هیدروکربنی یکی از مهمترین این ابزارها محسـوب میشـوند. تراوشهـای هیـدروکربنی را
میتوان به صورت شواهد مستقیم یا غیرمستقیم مواد هیدروکربنی (اعم از نفت، قیر و یا گاز) در سطح زمین تعریـف کـرد کـه نتیجه مهاجرت هیدروکربنها در امتداد شکستگیها، درزها، صفحات گسلی، ناپیوستگیها، سطوح لایهبندی یا از طریق هرگونه خلل و فرج متصل به هم در سنگها میباشند. بنابراین وقوع سطحی تراوشهای هیدروکربنی در غالـب مـوارد دال بـر نشـت مخازن نفت و گاز میباشد. رابطه تراوشهای هیدروکربنی سطحی با میادین نفت و گاز را به صورت ساده میتوان چنین تبیین
کرد که این ترواشها به وسیله مخازن هیدروکربنی زیرزمینی تغذیه میشوند همانگونه کـه اکثـر چشـمههای آب از سـفرههای
تحت فشار آب زیرزمینی تغذیه میگردند. حضور یک چشمهیدروکربنی فعال یا غیرفعال در سطح زمین هرچند ضرورتاً دلیل بر وجود مخزن یا مخازن هیدروکربنی که از نظر اقتصادی، استخراج آن مقرون به صرفه باشد، نیست، ولـی ایـن تراوشهـا را میتوان به عنوان یک ابزار اکتشافی مهم کمکی در صنعت نفت در نظر گرفت و مورد استفاده قرار داد.
از سویی دیگر به دلیل ملاحظات اقتصادی و محیطی اکتشاف ذخایر هیدروکربنی نیاز به روشهای غیرتهـاجمی و مقـرون بـه صرفه دارد. علم سنجشازدور را میتوان بهترین گزینه برآورده کننده این دو مورد دانست. در طی دهه اخیر تکنولوژی سنجش از دور ابرطیفی برای تشخیص و شناسایی اهداف اکتشافی در مناطق تحت مطالعات کاوشی به صورت وسیعی مـورد اسـتفاده قرار گرفته است. علت استفاده از این تکنولوژی را میتوان قدرت تفکیک طیفی بالای سنجندههای ابرطیفی برای تشخیص مواد متفاوت موجود در سطح زمین بر مبنای خصوصیات طیفی آنها دانست. به عنوان مثال، میادین گازی مهم معمـولاً در تلـههای ساختاری و تلههای چینهای جزئی یافت میشوند که هر دو گروه میتوانند با اندازهگیری ریزتراوشهای هیدروکربنی سطحی و ناهنجاریهای وابسته به آنها قابل تشخیص باشند. بنابراین تشخیص طیف انعکاسی ناهنجاریهای سطحی برای اکتشاف نفت و گاز با استفاده از تکنولوژی سنجش از دور امکان پذیر است. اما آنچه مسلم است این است که بیشک کلید کاربرد موفقیت-آمیز تکنولوژی سنجش از دور در ترکیب آن با سایر ابزارهای اکتشافی مانند دادههای لرزهای، چاه، گرانی و مغناطیسـی اسـت.
حضور دگرسانی سطحی متأثر از تراوشات هیدروکربنی در منابع مختلف مطرح شده اسـت 3]،2،.[1 تحقیقـاتی نیـز در مـورد
کاربرد اطلاعات طیفی برای تشخیص دگرسانیهای سطحی که بتوانند حضور هیدروکربنها در عمق را پیشبینی کننـد، انجـام گرفته است 5]،.[4 تعدادی از مطالعات نیز در مورد رفتار طیفی هیدروکربنها انجام شده و مشخص نمودهاند که هیـدروکربنها دو عارضه جذبی مهم در 1/73 و 2/31 میکرومتری دارند 9]، 8، 7، Kühn .[6 و همکاران [9] یک شاخص هیدروکربنی را بـا
استفاده از عارضه جذبی 1/73 میکرومتری برای سنجنده HyMap توسعه داده و آن را بـرای تشـخیص مسـتقیم سـطوح دارای
61
مجله زمین شناسی نفت ایران، سال سوم، شماره 5، 1392
هیدروکربن آزمایش کردند. این شاخص باندهای استفاده شده از دادههای ابرطیفی HyMap را به تصویری تبـدیل میکنـد کـه
توزیع مواد دارای هیدروکربن در سطح زمین را نشان میدهد. مقادیر این شاخص به آسانی قابل محاسبه از دادههای انعکاسی و حتی رادیانس است. Ellis و همکاران [7] در تحقیقی با عنوان "تصاویر ابرطیفی هـوایی بـرای صـنعت نفـت" بـا اسـتفاده از
دادههای مذکور در محدوده طیفی مرئی - مادون قرمز نزدیک و طیفسنجی میدانی به شناسایی محل چشمههای نفتی پرداخته
و نتیجه گرفتند که سنجندههایی مانند Probe-1 و HyMap قدرت استخراج اطلاعات جدیدی از نظر زمینشناختی را دارند کـه از دیگر منابع قابل دسترسی نیستند. همچنین برای تشخیص و شناسایی تراوشات جزئی هیدروکربنی، لکههای نفتی و سـطوح
آلوده شده به نفت سنجندههایی با مشخصات یاد شده را ضروری میدانند. پژوهشهایی نیز با تلفیق دادههای سنجش از دوری
و ژئوشیمیایی صورت گرفته است. به عنوان نمونه، Xu و همکاران [10] به بررسی اکتشاف گاز طبیعی با استفاده از رفتار طیفی
خاک سطحی پرداختند. در این تحقیق که از تصاویر Hyperion و طیفسنجی میدانی استفاده شده است، با بـهکـارگیری روش
نگاشت زاویه طیفی1 سه منطقه امیدبخش مشخص گردیده و حفر سه چاه آزمایشی در این مناطق به وسیله شرکت ملـی نفـت
چین نشان داد که دارای مخازنی که استخراج آنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، میباشند. در کاری متفاوت از سـایر پژوهشهای انجام شده DeBeukelaer و همکاران [11] به صورت موفقیتآمیزی دادههای سونار، SAR و پروفایلر2 صـوتی را برای تشخیص تراوشات نفتی و گازی در خلیج مکزیکو3 به کار گرفتهاند. گروهی دیگر از محققـین [12] بـرای تعیـین محـل چشمههای نفتی موجود در بستر دریا در سواحل استرالیا دادههای TerraSAR-X را مورد ارزیابی قرار دادهاند و نتایج حاکی از
کارایی بالای این دادهها در تشخیص چشمههای نفتی در محیط آبی است.
13] vanderWerffپایان[ نامه دکتری خود در دانشگاه اُتریخت4 هلند را در رابطه با سنجش از دور دانش پایه برای شناسـایی
الگوهای طیفی و مکانی حاصل از تراوشات هیدروکربنی انجام داد. در این کار مباحث مختلفی مانند سنجش از دور چشمههای نفتی، ریزتراوشات هیدروکربنی در سواحل، تحلیل رفتار طیفی خاکهای متأثر از تراوشـات یـا ریزتراوشـات هیـدروکربنی، و
گیاهان تحت تأثیر ریزتراوشات نفتی و مباحث مرتبط با الگوهای متفاوت مکانی مورد بررسی قرار گرفته است.
صنعت نفت از مهمترین و حساسترین صنایع کشور است و با توجه به روند توسعه طرحهای اجرایی در اکثـر نقـاط کشـور، بیش از پیش مورد توجه خاص است. با توجه به ایـن مـورد و پتانسـیلهای بـالای کشـورمان از حیـث منـابع هیـدروکربنی و همچنین قابلیت بالای سنجشازدور ابرطیفی در تشخیص پدیدههای سطح زمین از جمله تراوشهای هیدروکربنی که به عنـوان
ابزاری کلیدی در اکتشاف مخازن نفت و گاز مطرح میباشد، لزوم بهره گیری از این تکنولـوژی در ایـران از اهمیتـی فراوانـی برخوردار میباشد. بنابراین در این پژوهش از تصاویر ابرطیفی بـرای تشـخیص تراوشهـای هیدروکربنیـدر قسـمتی از اسـتان
خوزستان استفاده شده است. حال با توجه به مسائل و ضرورتهای فوق الذکر، در این تحقیق اهداف مورد بررسی عبارتند از:
بررسی پتانسیل تصاویر ابرطیفیِ Hyperion برای تشخیص تراوشهـای هیـدروکربنی و بررسـی قابلیـت تشـخیص نمودهـای سطحی مستقیم و غیرمستقیم تراوشات هیدروکربنی به وسیله سنجش از دور ابرطیفی.
1 SpectralAngleMapper (SAM) 2 Profiler 3 GulfofMexico 4 Utrecht
62
بکارگیری مدل ترکیبی VISA-SCM و داده کاوی ...
.2 روش مطالعه
1-2 منطقه مورد مطالعه
استان خوزستان (شکل (1 در بخش جنوبغربی پهنه ساختاری- رسوبی زاگرس قرار دارد که یکی از ویژگیهای عمده زمین-
شناسی آن وجود میدانهای نفتی متعدد در دو بخش کوهستانی و دشتی است. زمینشناسی منطقه مـورد مطالعـه نقـش بسـیار
مهمی در شناسایی محل تراوشات هیدروکربنی و تحلیل ارتباط این تراوشات با مخازن هیدروکربنی دارد. همانگونه که در نقشه زمینشناسی منطقه مورد مطالعه (شکل (2 دیده میشود دو ساختمان مهم زمینشناسی واقع در آن پابده و مسجد سلیمان است.
سازندها و بخشهایی که در منطقه نمود بیشتری دارند عبارتند از سازند بختیاری، بخش لهبری، سازند آغاجاری، سازند میشان،
سازند گچساران، سازند آسماری، سازند پابده، سازند شهبازان. فراوانی ذخایر نفتی سبب گردیده که به مطالعات زمـینشناسـی این استان توجه خاصی مبذول گردد. با عنایت به این مهم و شرایط خاص استان خوزستان از نظـر منـابع هیـدروکربنی و نیـز
تراوشات هیدروکربنی فراوان آن، این استان به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب گردید. ولی با توجـه بـه اسـتفاده از تصـاویر Hyperion در این تحقیق، در عمل منطقه مورد مطالعه محدود به چهارچوب یکی از تصاویر موجود از این استان گردید.
شکل -1 موقعیت منطقه مورد مطالعه در استان خوزستان
63
مجله زمین شناسی نفت ایران، سال سوم، شماره 5، 1392
شکل :2 نقشه زمینشناسی منطقه مورد مطالعه
64
بکارگیری مدل ترکیبی VISA-SCM و داده کاوی ...
2-2 دادههای مورد استفاده
با توجه به ماهیت این پژوهش که مبتنی بر خصوصیات طیفی تراوشات هیدروکربنی و اثرات آنهاست، برای انجام آن علاوه بر
تصاویر ماهوارهای، دادههای زمینی نیز مورد نیاز است. تصویر ماهوارهای Hyperion همراه با دادههای طیفسنجی، مدل رقومی
ارتفاع تهیه شده از دادههای سنجنده P5 ماهوارهی IRS و نقشههای زمینشناسی 1:100000 شرکت ملی نفت ایران در راستای هدف این تحقیق به کار گرفته شدند. تصویر Hyperion منطقه مورد مطالعه در سال 2009 در سطح پردازشی A1 و اخذ شـده در تاریخ چهارم جولای 2006 دریافت گردید. با توجه به مشکلاتی که در سطوح پردازشی بالاتر از A1 وجـود داشـت، پـیش پردازشهای لازم باید بر روی دادههایی با سطوح پردازشی A1 انجام میشد که همین امر باعث شد تا این سطح مورد استفاده قرار گیرد. تصاویر سنجنده P5 ماهواره IRS برای استخراج مدل رقومی ارتفاع نیز از سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح دریافت
گردید.
3-2 نمونه برداری از محل تراوشات هیدروکربنی
برای شناسایی تراوشات و ریزتراوشات هیدروکربنی نیاز است که ابتدا رفتار طیفی این پدیدهها و اثرات جانبی آنها مشـخص گردد. همین امر نمونهبرداری میدانی و عملیات طیفسنجی مربوط به این تحقیق را گریزناپذیر مینمود. از این رو با هماهنگی
مدیریت اکتشاف شرکت ملی نفت ایران بازدیدی میدانی از دو محل زیر انجام گرفته و نمونهبـرداری از منـاطق زیـر صـورت پذیرفت.
1-3-2 آسفالتیت بابا احمد
در کنار جاده مسجدسلیمان - قلعه خواجه و در روستای بنحیدر، ورودی تنگه بابا احمد در مرز سازندهای میشان و آسماری (به مختصات 49 ° 19 ΄ 42 شرقی و 32°18΄ شمالی) تراوشات هیدروکربنی دیده میشود که گذر زمـان باعـث اکسـید شـدن
آنها گردیده و جلوهی آسفالتی به آنها داده که از اینرو با نام آسفالتیت بابا احمد نام گذاری شده است. بـا اینکـه نمـود ایـن تراوشات در محل خیلی چشمگیر نیست ولی خاک متأثر از آنها کاملاً مشخص بوده و با رنگی متفاوت سطحی را در بر گرفته
است. از این محل 3 نمونه آسفالتیت و 4 نمونه خاک تحت تأثیر تراوشات برداشت شد. شکل 3 تصاویر تهیه شده از این منطقه را نمایش میدهد. لازم به ذکر است که این منطقه فقط برای رفتارسنجی طیفی مورد بررسی قرار گرفت و در محدوده تصـویر منطقه مورد مطالعه قرار ندارد.
شکل :3 تراوشات هیدروکربنی همراه با دگرسانی ایجاد شده (الف و ب)
65
مجله زمین شناسی نفت ایران، سال سوم، شماره 5، 1392
2- 3-2 آسفالتیت بنحیدر
از جاده مسجدسلیمان به سمت سد شهیدعباسپور، دو راهی جعفرآباد، 20 کیلومتر بعد از قلعه خواجه در روستای بنحیدر (بـه
مختصات °21΄ 7ُُ ×شرقی و 32° 16΄ شمالی و ارتفاع 543 متری از سـطح آبهـای آزاد) در کنگلـومرای سـازند بختیـاری
تراوشات وسیع هیدروکربنی به شکل مایع و آسفالتیت دیده میشود که در طول دره ادامه مییابد وتقریباً در مساحتی برابر بـا
5000 مترمربع خاک را به شکل مشخصی تحت تأثیر خود قرار داده و رنگ و حتی بوی آنرا تغییر داده است. از این محل نیـز 2نمونه تقریباً مایع، 4 نمونه آسفالتیت و 7 نمونه خاک آلتره شده برداشت گردید (شکل .(4
شکل -4تراوشات هیدروکربنی از آسفالتیت بنحیدر
4-2 طیفسنجی نمونههای برداشت شده
به منظور طیفسنجی نمونههای برداشت شده از اسپکترورادیومتر فیلدسپک سه1 استفاده گردید. در حالت کلـی طیـفسـنج را میتوان به عنوان وسیلهای معرفی کرد که با استفاده از آشکارسازها، برای اندازهگیری توزیع تـابش از طـول مـوجی خاصـی استفاده میکند. اسپکترورادیومتر فیلدسپک سه نوع خاصی از طیفسنج اسـت کـه انـرژی تابانـده و بازتابیـده شـده را انـدازه میگیرد.این دستگاه در محدوده طولموجهای350 تا 2500 نانومتر و با زمان روبـش2 صـد میلـی ثانیـه بـه کـار طیـفسـنجی
میپردازد. برای طیفسنجی نمونهها پس از بهینهسازی دستگاه و کالیبراسیون به وسیله مرجع سفید، میـزان انـرژی بازتابیـده از
نمونهها توسط ContactProbe و نرم افزار RS3 اندازه گیری و ثبت گردید.
