呼图壁储气田时序InSAR形变监测与注采动态过程研究

The demanding of gas keeps on growing as the “Green Energy” wins support among the people, and meanwhile, how to monitor the deformation of the gas reservoir becomes a hot topic in the geodesy and geophysics. This project will take Hutubi gas filed as the experimental area. We will combine the descending and ascending TerraSAR data to map 2-3 dimensional surface displacement of this gas field with temproal InSAR technique. The displacement of gas reservoir deformation changes cyclically as reservoir experiences gas injection, balance period and gas extraction cyclically. Based on this, we will propose nonlinear displacement model to describe the cyclic change. And we will also establish geomechanical models to get the function relationship between the surface displacement and the reservoir rock stress, strain, porous media properties and physical properties of reservoir wells (depth, width). This project will be beneficial to these areas: 1) to improve the multi-InSAR model with higher precision; 2) to accelerate the progress of monitoring technology in underground gas reservoir in China; 3) to direct and monitor underground engineering projects.

随着人们对“绿色能源”的倡导，天然气的需求量越来越大。天然气存储过程中的地表形变与建模已经成为大地测量和地球物理科研工作者的研究热点。本项目拟以我国新疆呼图壁储气田为实验区，联合升降轨TerraSAR数据利用时序InSAR技术监测形变和地球物理建模。具体地，本项目将针对储气田在注气、平衡期和采气三个不同阶段形变特征建立形变模型获取地表多维形变信息，并结合地表形变信息与储层岩土应力、应变、多孔介质属性及蓄井物理性质（埋深、宽度）建立地球物理模型。本项目：1）对完善时序InSAR技术及提高形变监测精度有着重要的科学意义； 2）对推动我国天然气以及CO2地下存储方面的技术革新，提高我国在国际能源储备领域的竞争力，具有重要的战略价值；3）该形变监测技术和地质应力建模方法能够用来监测和指导地下工程的施工和安全运营，具有很强的现实意义和应用推广价值。

随着全球范围内对“绿色能源”的提倡，天然气需求量越来越大。为了解决冬夏季天然气需求量的供需不平衡，各国纷纷建立了大型储气库。储气库注采气导致的巨大压强差将严重威胁储气库的安全。在各国争相进行能源储备的环境下，我国陈颙院士在2013年9月发起了“呼图壁计划”项目，旨在利用InSAR、GPS等各种观测手段对新疆呼图壁储气田进行同步检测，研究天然气储气田注采气形变与气田内部参数变化的关系，进而确保储气田的安全平稳运营。本项目是“呼图壁计划”的重要组成部分，通过联合各平台SAR数据集对呼图壁储气田因地下天然气注采导致的地表形变进行多维形变监测，建立注采气与地表形变之间的地质力学模型，进而为我国的储气库注采效率和运营安全提供技术支持。本项目通过融合高分升降轨TanDEM-X数据获得了呼图壁储气田的精确DEM，并将该DEM应用于时序InSAR技术处理中，获得了该储气田及其周边区域的长时序大范围形变背景场和精密形变监测结果。以该精密形变监测结果和储气库的物理力学参数为输入量，建立了呼图壁储气库的地质力学模型并进行参数反演，建立了呼图壁储气库注采气与地表形变之间的关联机制和影响程度。本项目完成了长时间多平台InSAR数据集的处理和分析，并结合光学影像、地质参数和GPS、水准等地面监测数据，对研究区域进行了实地勘探和外业调研，通过对多源数据的联合监测与分析，构建了注采气过程与地表形变之间的关联模型。本项目的实施和研究成果将为InSAR技术在呼图壁储气田等地下储气库注采气导致的地表形变监测应用提供参考与依据，并推动了InSAR技术在大范围、长时序形变精密监测和模型参数反演中的应用发展。此外，基于本项目支持，项目组还利用InSAR技术对我国珠三角等沿海区域的大范围地表形变进行监测和研究，获得了大量成果，并出版专著一部；利用InSAR技术对2014年Mw6.1的南纳帕地震和2015年Mw7.8的哥尔哈尼地震等形变建模和震源参数反演，取得了国内外影响力较大的系列研究成果。