ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2012, № 3, с. 24-30
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
НЕФТЕПРОЯВЛЕНИЯ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИИ
© 2012 г. Н. В. Евтушенко1, 2, А. Ю. Иванов2*
Инженерно-технологический центр "СКАНЭКС", Москва 2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва
*Е-таП: ivanoff@ocean.ru Поступила в редакцию 03.06.2011 г.
Одна из задач, которая решалась в ходе мониторинга нефтяных загрязнений в Черном море, — исследование естественных нефтепроявлений; два из них находятся в юго-восточной части моря (грузинский сектор). В архивах Европейского космического агентства и Инженерно-технологического центра "СКАНЭКС" было обнаружено большое количество радиолокационных изображений (РЛИ) спутников ЕЯ8-1/2, Епу18а1 и Каёагеа1-1, на которых отобразились грифонные пятна нефти на поверхности моря. Обработка РЛИ в сочетании с геоинформационным подходом выявила однозначную связь этих пятен с очагами разгрузки нефти на структурах осадочного чехла в юго-восточой части Черного моря. Анализ РЛИ позволил получить ряд новых сведений об этих нефтепроявлениях — с учетом детальных батиметрических данных определено положение основных источников на дне, получены оценки объемов естественных выбросов нефти.
Ключевые слова: естественные нефтепроявления, спутниковый мониторинг, радиолокационные изображения, Черное море
ВВЕДЕНИЕ
О том, что в Черном море есть газ и нефть, стало известно в 1972 г. В настоящее время Черное море считается одним из важных источников нефтеуглеводородов, главным образом газа (Кги§1уакоуа й а1., 2004; ^аё, Ноу1апё, 2007; Круглякова и др., 2009). С середины 1980-х годов в различных частях моря активно идут поиски как естественных источников углеводородов, так и их месторождений. Ряд из них хорошо известен, — например, естественные выходы метана в шель-фовых водах Украины и Болгарии (Круглякова и др., 2009; 1иёё, Ноу1апё, 2007). Однако менее известны и исследованы естественные выходы нефти. Так, по данным Кги§1уакоуа й а1. (2004), Кругляковой и др. (2011) и 1иёё, Ноу1апё (2007), один из них находится в турецких водах (мористее г. Ризе), а ряд других — в грузинском секторе Черного моря.
Осадочный чехол восточной части материкового склона и впадины Черного моря сложен осадочными породами (Круглякова и др., 2009). Полагают, что здесь нефть формируется в осадках нижнего комплекса глубоководной части моря, где условия благоприятны для нефтегазообразо-вания. Вполне очевидно, что нефть может разгружаться в водную толщу моря через проницаемые зоны различных геологических структур и их нарушений. Нефть и газ, образованные в продук-
тивных осадках, сначала поступают в район дна, а затем на поверхность моря. В таких местах на дне часто имеются грифоны, сипы или грязевые вулканы, нефтеуглеводороды из которых с той или иной периодичностью выделяются в виде капель или пузырьков газа. Газ, достигнув поверхности моря, уходит в атмосферу, а нефть, скапливаясь и растекаясь на ней, образует многокилометровые пятна (слики), которые видны из космоса (рис. 1).
Очевидно, что применение методов дистанционного зондирования для исследования нефте-проявлений Черного моря представляет большой интерес. Наш выбор остановился на космической радиолокационной (РЛ) съемке, которая в настоящее время позволяет получать информацию о ряде явлений, наблюдаемых в морях и прибрежных зонах, в том числе о нефтяных загрязнениях. Хорошо также известно, что космическая радиолокация позволяет наблюдать грифонные нефтяные пятна на поверхности моря (Иванов, 2007; Иванов и др., 2007). В настоящее время РЛ средства наблюдения, такие, как радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА) на ИСЗ Ептаза! и Яаёаг8а1-1, обеспечивают регулярное получение подобной информации в различных частях Мирового океана благодаря всепогодности, а также возможности получения практически мгновенных картин распределения нефтяных пятен в пространстве (Иванов, 2007).
Рис. 1. Фрагменты РЛИ (70 х 70 км) с грифонными пятнами (двойные-тройные сигнатуры; звездочками показано положение источников): а - ERS-2 от 22.12.1998 (19:28 UTC), б - ERS-2 от 13.08.2002 (19:27 UTC), в - Envisat от 6.05.2011 (07:32 UTC) и г - Envisat от 17.05.2011 (07:31 UTC). © ESA, ИТЦ СКАНЭКС.
Естественные источники нефти в грузинском секторе юго-восточной (ЮВ) части Черного моря мористее г. Поти известны давно (Kruglyakova et al., 2004; Judd, Hovland, 2007), причем Judd, Hovland классифицировали их как нефтевыделя-ющие сипы (англ. oil seep), что предполагает наличие пятен нефти над ними на морской поверхности. Экспедиционные исследования здесь выполнялись главным образом с судов в 2004, 2005, 2007, 2010 и 2011 гг. С помощью акустической съемки и отбора проб грунта было установлено положение геологических структур на дне, а также газовых сипов, с ними связанных (WagnerFriedrichs et al., 2011). Первым космическим снимком этого нефтепроявления следует считать радиолокационное изображение (РЛИ), получен-
ное в декабре 1993 г. Спутниковые РЛ-наблюдения 2009—2011 гг. показали, что на этом участке моря грифонные пятна появляются с завидной регулярностью — практически на каждом РЛИ, полученном при ветре, не превышающем 5—6 м/с. С проявлением широкого доступа к данным ДЗЗ, в частности, к архивам РЛИ, полученных, в рамках мониторинга Черного моря, проводимого ИТЦ "СКАНЭКС", появилась возможность исследовать его более детально.
Помимо чисто научно-исследовательских задач (MacDonald, 1998), важность изучения подводных грифонов и сипов заключается еще и в том, что, помимо индикации нефтегазоносности, они являются еще и источниками постоянного естественного "загрязнения" соответствующих
Параметры съемок и оценки объемов выбросов на основе площади пятен, измеренной на РЛИ, и данных о толщине пленки из (Bonn Agreement..., 2009)
Оценки объемов, м3
Спутник/Дата Время, UTC Суммарная 2 площадь, км2 Серебристо-серая пленка, толщина 0.04 х 10-3 мм Радужная пленка, толщина 0.3 х 10-3 мм
в день в год в день в год
ERS-1/26.12.1993 19:31 9.6 0.38 138.7 2.88 1051.2
ERS-2/31.03.1996 19:31 41.1 1.64 598.6 12.33 4500.5
ERS-2/22.12.1998 19:28 19.9 0.8 292.0 5.97 2179.1
ERS-2/26.10.1999 07:59 21.7 0.9 328.5 6.51 2376.2
ERS-2/20.12.2000 07:59 20.8 0.87 317.6 6.24 2277.6
ERS-2/13.08.2002 19:27 64.3 2.57 938.1 19.29 7040.9
Radarsat-1/28.10.2008 03:27 2.3 0.09 32.9 0.69 251.9
Envisat/13.09.2010 07:32 48.1 1.92 700.8 14.43 5267.0
Envisat/18.10.2010 07:31 58.5 2.34 854.1 17.55 6405.8
Radarsat-1/27.03.2010 15:19 6.7 0.27 98.6 2.01 733.7
Envisat/09.11.2010 19:12 18.9 0.76 277.4 5.67 2069.6
Radarsat-1/03.03.2011 15:17 7.9 0.32 116.8 2.37 865.1
Radarsat-1/10.04.2011 15:10 56.5 2.26 824.9 16.95 6186.8
Envisat/19.04.2011 19:12 2.3 0.09 32.9 0.69 251.9
Radarsat-1/21.04.2011 03:31 23.8 0.95 346.8 7.10 2591.5
Envisat/06.05.2011 07:31 35.4 1.42 518.3 10.62 3876.3
в среднем 27.4 1.1 401.0 8.2 2995.2
акваторий, которое необходимо знать и учитывать в частных и общих оценках (Kvenvolden, Cooper, 2003).
В данном сообщении представлены результаты исследования нефтепроявлений в ЮВ части Черного моря, проведенного на основе анализа РЛ-данных, полученных РЛ-спутниками.
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ, ИХ ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ
РЛИ спутников ERS-1, ERS-2 и Envisat на район интереса за 1993—2008 гг. были получены из Европейского космического агентства (ESA), а за 2009-2011 гг., включая РЛИ Radarsat-1, — из ИТЦ "СКАНЭКС" в виде стандартных продуктов SAR.PRI, ASA_IMP, ASA_WSM и SNA с размером кадра 100 х 100, 400 х 400 км или 300 х 300 км соответственно, с оригинальным пространственным разрешением 25, 50 и 150 м, вертикальной (ERS-1/2 и Envisat) и горизонтальной (Radarsat-1) поляризацией сигнала. Из более чем 70 доступных РЛИ с нефтепроявлениями было обработано и детально проанализировано 16 наиболее характерных (см. таблицу). На рис. 1 приведены фрагменты четырех РЛИ со сликами-пятнами. Для оценки гидрометеорологических условий (ГМУ) были собраны доступные сведения о скорости ветра, которая во
время съемок варьировала от 2 до 7 м/с, в среднем не превышая 3—4 м/с, что, в целом, создавало благоприятные условия для наблюдения нефтяных пятен.
Для анализа и исследования нефтепроявле-ний, обнаруженных примерно в одном и том же месте на разновременных РЛИ, использовались методика, применявшаяся в ряде публикаций (Иванов и др., 2007; Иванов, Затягалова, 2008; Иванов, 2010б), и, в частности, геоинформационный подход (Иванов, Затягалова, 2007). С помощью последнего были исследованы и даже открыты естественные источники нефти в Каспийском море (Иванов и др., 2007), на северо-восточном шельфе о. Сахалин (Иванов, Затягалова, 2008; Иванов, 2010а) и в оз. Байкал (Иванов, 2010б). Обработка РЛИ проводилась по стандартной схеме и включала: радиометрическую коррекцию, сглаживание спекл-шума, геометрическую коррекцию по орбитальным данным, географическую привязку изображений к цифровой карте и, наконец, интерактивную интерпретацию РЛИ с выделением/векторизацией темных пятен (сли-ков) с учетом окружающей обстановки и присутствия сликоподобных явлений иной природы. В частности, идентификация обнаруженных сли-ков происходила по их форме и размерам, степени кластеризации (повторяемости во времени и
39.50 39.75 40.00 40.25 40.50 40.75 41.00 41.25 41.50 41.75 42.00 42.25 42.50 42.75
42.6
42.4
42.2
42.0
41.8
41.6
41.4
41.2
41°58'43" N 41°07'47" Е
А, © ЫЫегга GmbH, CNES, © ДОТЕК, ООО "НПЦ" МапМейкер
Рис. 2. Анализ РЛИ с помощью веб-картографического сервиса "Геомиксер"; белыми линиями показаны нефтяные пятна, дрейфующие в разные стороны от места всплытия под действием ветра и течений.
пространстве), наличию двойных-тройных сигнатур, и, самое главное, по их геопространственной привязке к достоверно известному источнику на дне. Более того, имея значительно большую толщину, чем биогенные пленки, грифонные пятна существуют на поверхности моря в более широком диапазоне скоростей ветра — до 6—8 м/с, т.е. наблюдаются и тогда, когда биогенные пленки
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.