自然气算作一种相对清洁的动力，其消逝时产生的二氧化碳和无益物资少于煤炭、石油等传统动力，但自然气长期开采会引起气旷野下压力减小，导致地表千里降甚而诱发地震[1]。传统的气旷野表千里降监测身手包括水准测量和导航卫星测量，这2种工夫受到不雅测要求和资本抑制黑丝 做爱，只可提供闹翻站点的形变信息，无法全面揭示气旷野表千里降状况。InSAR工夫具有空间分辨率高、粉饰范围大、可重复不雅测和无需大地开荒等优点，被庸碌应用于地下水、油田、矿区、火山等由地下物资变化引起的地表形变磋商[2]。

涩北气田是青海省最大的自然气田，亦然我国西部地区紧迫的自然气基地之一。经过几十年开采，也曾激发严重的地表千里降，可能导致采气开荒、输气管说念和周围建筑物的损坏。因此，需要对涩北气旷野表进行按期监测，并阐述监测成果采选必要顺序，确保开荒安全运行。

为监测涩北气田自然气开采引起的地表形变，本文使用时序InSAR工夫，基于退役和在轨的多颗SAR卫星数据，收复涩北气田近22 a开采流程的地表形变特征，并商讨自然气开采导致地表发生形变的机理。

1 磋商区有时

柴达木盆地蕴含丰富的油气资源，当今已发现的自然气储量主要围聚在盆地东部的三湖地区[3]。区内当今已探明涩北1号、涩北2号和台南等3个治装大型第四系生物气田及驼峰山、台吉乃尔、伊克雅乌汝等含气构造[4]，具体漫衍如图 1所示。

涩北气田开采范围内地层主要为第四系湖泊相千里积，储层岩性主要为泥质粉砂岩，其次为粉砂质泥岩、含粉砂泥岩和泥岩、粉砂岩[6]。涩北气地主要由涩北1号、涩北2号和台南3大气田构成，其中涩北1号气田发现于1964年，于1995年试采开发，1996年柴达木盆地东部首条自然气长输管说念参预运营，秀气着涩北自然气田认真开发。由于合手续的大鸿沟自然气开采，涩北自然气田已产生显耀的地表形变，这对气田开采开荒和自然气管说念的安全运行形成巨大挟制。

2 InSAR数据处分与形变分析 2.1 SAR数据与InSAR预处分

为磋商涩北气田自然气开采引起的地表形变，本文网罗5个轨说念的ERS-1/2、ENVISAT、ALOS和Sentinel-1A/B等多颗卫星SAR数据，时候跨度为1996~2018年，共168景数据，醒目信息见表 1。

表 1 SAR数据信息 Tab. 1 SAR data Information

由于磋商区步地干燥、植被粉饰卓越少，2幅相隔数年的SAR影像仍有可能保合手干系性。基于此，本文在中式InSAR干预对时，基于短空间基线和万古候基线原则生成1 030幅干预图，从中中式597幅高质地干预图进行后续时候序列分析(图 2)。使用DEOS/DORIS、OPOD等精密轨说念数据精化SAR数据的轨说念参数，使用30 m分辨率的SRTM DEM数据模拟并去除地形相位。为提升干预图的干系性，对各轨说念的干预图进行多视处分，使干预图分辨率与DEM分辨率相通。为进一步提升干预图的信噪比，对干预图进行自适合空间域滤波处分，相位解缠使用基于Delaunay三角网的最小用度流算法。

2.2 时序InSAR处分

为收复涩北气田自认真开发以来地表形变随时候的演化特征，本文接受小基线集工夫(small baseline subset， SBAS)求解每个轨说念数据的形变时候序列[7]。SBAS算法通过建设较小的时空基线阈值获取高质地干预图，以裁减时空失干系和DEM特别的影响。此外，通落伍候域高通滤波和空间域低通滤波来测度轨说念特别和大气延长等空间干系特别，从而获取高精度的形变速率图(图 3)和形变时候序列(图 4)。

SAR侧视成像仅能获取地表形变在各轨说念雷达视野向的投影信息黑丝 做爱，而王人集消亡时期的升轨和降轨SAR数据，不仅能提升监测数据的时候分辨率，也可为获取监测区的多维形变信息提供基础数据。有计划到InSAR工夫对南朔场所形变不解锐，本文接受多维小基线集工夫(multidimensional small baseline subset， MSBAS)[8]对2014年以来网罗的升降轨Sentinel-1数据进行东西场所和垂直场所的二维形变瓦解。MSBAS工夫是在SBAS-InSAR工夫基础上发展而来，诓骗在时候和空间上重复的不同轨说念升降轨SAR影像数据，竣事多视角影像时候分辨率的和会，解算磋商区在垂直向和东西向的二维形变速率及麇集形变时候序列。二维时候序列瓦解公式如下：

$ \left(\begin{array}{c} \boldsymbol{A} \boldsymbol{S} \\ \lambda \boldsymbol{L} \end{array}\right)\left(\begin{array}{l} \boldsymbol{V}_E \\ \boldsymbol{V}_U \end{array}\right)=\left(\begin{array}{l} \boldsymbol{D} \\ \bf{0} \end{array}\right) $ (1)

式中，A为SAR影像的时候断绝矩阵；S={SE， SU}={－cosθsinϕ， cosϕ}为投影矩阵，θ为场所向角度，ϕ为视野入射角；λ为正则化参数；VE和VU为待求的EW向和UD向重量；D为D-InSAR工夫获取的视野向不雅测值；L为正则化总共矩阵。本文诓骗MSBAS工夫收效获取涩北气旷野区二维形变速率(图 5)和形变时候序列(图 6)，可为后续的气田开采时候序列参数反演提供形变数据。

2.3 InSAR形变成果分析

诓骗1996~2018年5个轨说念的SAR数据获取涩北3大气田的形变速率图(图 3)和形变时候序列成果。由图 3可见，自然气开采产生的地表形变主要漫衍在3大气田开采区内，其空间漫衍与已探明的涩北气田气藏空间漫衍(图 1)雷同。T362、T269和T490轨说念形变成果涌现，1996~2010年涩北1号气田是3大气田中形变量和形变范围最大的地区。而T70和T77轨说念形变成果涌现，2014~2018年台南气田也曾成为该地区形变量和形变范围最大的地区，诠释从2014年运转，台南气田开采速率显然加多。从5个轨说念的形变速率图不错看出，涩北3大气田形变场位置漫衍存在一定互异，即形变场在不同SAR成像几何中的形变位置不同，诠释自然气开采产生的地表形变存在显然的水平重量，而不只是垂直场所形变。

为分析涩北1号气田从认真开发至2018年约22 a的地表形变信息，提真金不怕火涩北1号气田千里降中心A点的形变时候序列成果(图 4)。InSAR监测成果涌现，2003年之前A点基本保合手踏实，仅有微细隆升；2003~2005年A点隆升近6 cm，由于这2 a多时候枯竭不雅测数据，尚不了了其具体形变流程；2005年A点运转快速下千里，至2018年仍保合手下千里趋势，且下千里速率显然加多。

由图 5可见，垂直向形变量约占雷达视野向形变量的80%。由图 6可见，涩北1号气旷野表形变中心在垂直场所和东西场所基本推崇为线性形变，且垂直场所形变量宽广于水平淡向形变量。

3 大地测量数据建模

为分析涩北1号气田因自然气开采导致地表产生形变的机理，本文基于均匀弹性半空间位错模子，接受GBIS软件[9]分析涩北1号气田在2015~2018年间形变源变化流程。该软件接受马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)身手，衔尾Metropolis-Hasting算法对拘谨于贝叶斯后验漫衍的模子参数进行随即抽样，缱绻每个参数概率密度函数的测度值，并提供参数在95%置信区间的最优解。

本文华纳GBIS软件中Sill模子，诓骗垂直场所和东西场所形变时候序列成果，缱绻涩北1号气田在2015~2018年间形变源的长度、宽度、深度、走向、参考点位置(X，Y)和张量等参数。图 7为诓骗升降轨Sentinel-1卫星垂直场所和东西场所麇集形变反演得到的2018-03-11模拟形变和残差形变，图 8为反演得到的涩北1号气田形变源深度和体积随时候变化弧线。

由图 7可见，Sentinel-1卫星垂直场所和东西场所麇集形变反演成果的模拟残差均很小，诠释该反演身手较为可靠。由图 8可见，形变源的自然气地下体积在2015~2018年渐渐增大，即自然气地下开采体积呈类似线性加多趋势。形变源深度变化则分为两个阶段：2015-01~2016-08为台阶式变化，开采深度加多至2 100 m；2016-08以后开采深度安适踏委果2 300m驾御。

4 商讨 4.1 2015~2017年涩北1号自然气开采量测度

本文通过InSAR形变成果反演得到2015-01~2018-03涩北1号自然气旷野下气体体积减少约6 000万m3，2015~2017年地下气体体积诀别减少约1 646万m3、1 635万m3和19.63万m3。阐述2016~2018年《中国石油青海油田公司年鉴》可知，2015~2017年涩北1号气田内容气体产量诀别为13.72亿m3、13.07亿m3和15.98亿m3[10-12]。在相通时间段内，InSAR反演得到的地下气体体积与内容气体产量之间存在巨大互异，这归因于不同环境要求(如温度和压力)下气体体积的变化。本文测度地下气体体积变化的要求为涩北1号气田2015~2017年平均压力为920 kPa、平均温度为319.26 K[10-12]；而《中国石油青海油田公司年鉴》统计成果则是基于中国规范状况，即压力为101.325 kPa、温度为293.15 K。为加多评估成果的可靠性，阐述理思气体状况方程，将地下要求下的气体体积变化退换到中国规范状况。退换后的气体体积变化成果为13.72亿m3、13.07亿m3和15.98亿m3，由此可见，InSAR反演得到的自然气体积与《中国石油青海油田公司年鉴》统计成果的互异极小，不错定量评估InSAR反演身手在监测地下气体体积变化方面的可靠性。

此外，以下成分也会导致InSAR测度的自然气开采量与《中国石油青海油田公司年鉴》统计成果之间存在互异：1)本文使用均匀反演模子，反演流程中仅接受单一形变源的平均深度和平均张量缱绻地下气体体积，由于气藏区层数多，层深和层厚不等，因此会产生一定特别；2)自然气开采频繁跟随有极少水和砂，会形成一定互异；3)阐述孔隙弹性表面，地下气体压力裁减可能会对消一定的地下体积变化[13]。

4.2 自然气开采流程中的地表形变气象

由于自然气的大批开采，地下物资渐渐减少，导致地表产生显然形变。图 9为自然气开采剖面清晰图，从中可看出自然气开采与地表形变之间的关系，红线清晰由于地下自然气开采产生的正断层，黄色箭头清晰地表水平形变场所。由于地下物资开采导致大地下千里，形变中心周围区域地表也朝着形变中心发生水平位移。从图 5和图 6不错看出，涩北3大气田形变区在快速下千里的同期还跟随有显然的水平形变。

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由于SAR为侧视成像，这会导致单一轨说念InSAR不雅测对水平形变的明锐度较低。本文诓骗消亡时期的升降轨SAR数据进行王人集解算，获取磋商区二维(垂直场所和东西场所)形变时候序列(图 6)，可更全面地展示自然气开采流程中地表形变变化流程。本文选用InSAR二维形变场算作气田形变源反演的不雅测数据，其反演精度优于基于单一轨说念InSAR获取的形变场。

为分析涩北1号气田的开采流程，画图该气田1997~2013年日产气量弧线图(图 10)。由图可知，2003年夙昔坐蓐鸿沟较小，2004年运转大鸿沟开采，2007年以后开采速率显然提升。

衔尾InSAR时候序列形变成果(图 4)不错看出，1996~2003年涩北1号气旷野表形变不显然，该时候段内涩北1号气田处于探索试采阶段，开采井数目和产气量较少，因此未产生显然的地表形变。跟着涩北1号气田的不休开发，部分老井地层压力安适下跌，涩北1号气田在2003~2006年平均单井日产气量递减显然[16]。为提升老井自然气产量，通过注气增压样式将底层水排出，这也导致2003~2005年间涩北1号气旷野表快速隆升。2005~2007年，涩北气田加速产能建设，引入水平井工夫，极大提升了自然气产量。自2005年起，涩北1号气旷野表运转出现快速下千里，最大形变区(图 3中A点)在2005~2011年形变速率达到30 mm/a，2014~2018年形变速率更是达到70 mm/a。

5 结语

1) 二维InSAR形变时候序列标明，在自然气开采区域，地表以垂直形变为主、水平形变为辅，而在东台吉乃尔湖地区则推崇为单纯的垂直场所大地千里降。

2) 基于弹性位错表面反演的涩北1号气田开采流程涌现，开采初期开采量和开采深度成正比。该气田开采深度从2015年的1 500 m渐渐加深至2017年的2 300 m。

3) 阐述理思气体状况方程缱绻InSAR反演的地下自然气储层体积变化在规范状况下的体积黑丝 做爱，成果涌现，InSAR反演成果与内容统计数据互异极小，标明InSAR监测和反演成果具有可靠性。

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