油氣勘探中大地坐標(biāo)系的特點(diǎn)及其應(yīng)用

謝春雨,朱立新,趙一平

(中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

油氣勘探中大地坐標(biāo)系的特點(diǎn)及其應(yīng)用

謝春雨,朱立新,趙一平

(中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院,上海 200120)

概述大地坐標(biāo)系的定義及國(guó)內(nèi)外常用大地坐標(biāo)系的特點(diǎn),并討論了它們之間的區(qū)別與聯(lián)系,闡述了大地坐標(biāo)系在海洋油氣勘探領(lǐng)域中的應(yīng)用。WGS84坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)之間誤差極小,二者在油氣勘探中可互用。在今后一段時(shí)期內(nèi),WGS84仍將是油氣勘探中所使用的主要坐標(biāo)系。

大地坐標(biāo)系;北京54坐標(biāo)系;西安80坐標(biāo)系;2000國(guó)家大地坐標(biāo)系;國(guó)際地球參考系統(tǒng);1984年世界大地坐標(biāo)系

大地坐標(biāo)系一直是大地測(cè)量中非常重要的基本問(wèn)題,也是油氣勘探中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。隨著我國(guó)石油企業(yè)“走出去”開(kāi)發(fā)海外資源,油氣勘探的國(guó)際合作越來(lái)越多,而不同國(guó)家和地區(qū)使用的坐標(biāo)系統(tǒng)不盡相同,這給研究工作帶來(lái)了諸多不便,是急需要理清和解決的重要基礎(chǔ)工作。在前空間大地測(cè)量時(shí)代,各國(guó)建立了符合自己本國(guó)國(guó)情的參心坐標(biāo)系,這些參心坐標(biāo)系采用的參考橢球體差異很大。目前這些參心坐標(biāo)系在很多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中仍在使用,如我國(guó)的北京54坐標(biāo)系仍然在石油工業(yè)界發(fā)揮著作用。在20世紀(jì)80年代進(jìn)入空間大地測(cè)量時(shí)代以后,由于空間技術(shù)的發(fā)展,世界各國(guó)相繼建立了多種地心坐標(biāo)系,雖然各國(guó)定義的地心坐標(biāo)系的具體實(shí)現(xiàn)也有差異,但差異已經(jīng)越來(lái)越小。本文將先簡(jiǎn)單介紹和坐標(biāo)系相關(guān)的一些基本概念,再主要介紹我國(guó)及國(guó)際上常用大地坐標(biāo)系的定義和特點(diǎn),扼要介紹國(guó)外地心坐標(biāo)系的進(jìn)展,然后就筆者工作中遇到的不同海洋油氣勘探區(qū)塊涉及的坐標(biāo)系進(jìn)行簡(jiǎn)要的總結(jié),最后就大地坐標(biāo)系的應(yīng)用作些討論。

1 大地坐標(biāo)系

經(jīng)典大地測(cè)量認(rèn)為平均海平面與大地水準(zhǔn)面是一致的。大地水準(zhǔn)面所包圍的形體是一個(gè)水準(zhǔn)橢球,稱為大地體?？傮w上講大地體非常接近旋轉(zhuǎn)橢球,而后者的表面是一個(gè)規(guī)則的數(shù)學(xué)曲面。所以在大地測(cè)量學(xué)中選擇一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球作為地球理想的模型,稱為地球橢球。而與大地體在幾何或物理性質(zhì)上最為接近的地球橢球叫做總地球橢球。在前空間大地測(cè)量時(shí)代,總地球橢球無(wú)法精確測(cè)量,與某一國(guó)家或地區(qū)范圍內(nèi)的大地水準(zhǔn)面符合最好的地球橢球叫做參考橢球體。

過(guò)去經(jīng)典大地測(cè)量研究地球形狀基本上采用的是幾何方法,提供的是幾何參數(shù)。現(xiàn)在研究地球形狀時(shí)將幾何和物理方法結(jié)合起來(lái),提供的是既有幾何參數(shù)又有物理參數(shù)。

大地坐標(biāo)系統(tǒng)一般可分為參心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系。本文主要討論參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系。以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系,叫做參心坐標(biāo)系;以總地球橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系,叫做地心坐標(biāo)系[1]。

2 常用大地坐標(biāo)系

我國(guó)大地坐標(biāo)系從建立至今,經(jīng)歷了參心坐標(biāo)系到地心坐標(biāo)系的發(fā)展過(guò)程,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)防建設(shè)做出了很大的貢獻(xiàn)。我國(guó)大地坐標(biāo)系的建立始于20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引入的1954年北京坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱54坐標(biāo)系)。20世紀(jì)80年代初,通過(guò)天文大地網(wǎng)平差,建立了1980年西安大地坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱80坐標(biāo)系)和新54坐標(biāo)系。2008年7月,我國(guó)開(kāi)始使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000),它的建立不但很大程度提高了我國(guó)大地坐標(biāo)系定位的精度,而且也方便了和國(guó)際上主要大地坐標(biāo)系的接軌。

目前ITRS是國(guó)際上最精確、最穩(wěn)定的全球性地心坐標(biāo)系。它的某一實(shí)現(xiàn)被越來(lái)越多的國(guó)家采用為國(guó)家大地坐標(biāo)系。而WGS84的出現(xiàn)使大地測(cè)量發(fā)生了翻天覆地的變化,目前國(guó)際上使用最廣的坐標(biāo)系就是WGS84,因?yàn)镚PS是目前使用最廣泛的定位手段。

上述的五個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)都跟我們的工作息息相關(guān),其中54坐標(biāo)系和80坐標(biāo)系均為參心坐標(biāo)系, CGCS2000、ITRS、WGS84均為地心坐標(biāo)系。五個(gè)坐標(biāo)系所采用的橢球參數(shù)見(jiàn)表1。下面將介紹這些坐標(biāo)系的特點(diǎn)。

表1 不同坐標(biāo)系采用的橢球參數(shù)比較Tab.1 Comparison of the ellipsoid parameters used in different coordinate systems

2.1 1954年北京坐標(biāo)系

1954年北京坐標(biāo)系采用的參考橢球體是克拉索夫斯基橢球。建國(guó)初期,由于缺乏橢球定位的必要資料,我國(guó)引用了前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸,它的原點(diǎn)不在北京而是在前蘇聯(lián)的普爾科沃。

1954年北京坐標(biāo)系建立以來(lái),我國(guó)依據(jù)北京54坐標(biāo)系建成了全國(guó)天文大地網(wǎng),完成了大量的測(cè)繪任務(wù)。但北京54坐標(biāo)系存在著如下主要的缺點(diǎn):

(1)橢球參數(shù)有較大誤差?？死鞣蛩够鶛E球參數(shù)與現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)相比,長(zhǎng)半軸約大109 m。克拉索夫斯基橢球只有兩個(gè)參數(shù)(長(zhǎng)半軸a,橢球扁率f)。

(2)參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜,在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)到68 m。

(3)幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。

(4)定向不明確。橢球與現(xiàn)在通用的地球極不一致。

2.2 1980年西安大地坐標(biāo)系

1980年西安大地坐標(biāo)系(GDZ80)也叫1980國(guó)家大地坐標(biāo)系,它采用1975年IUGG第十六屆大會(huì)推薦的4個(gè)參考橢球參數(shù):地球橢球長(zhǎng)半徑a=6 378 140 m,地心引力常數(shù)GM=3.986 005 ×1014m3/s2,地球重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù)J2= 1.082 63×10-8,地球自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292 115 ×10-5rad/s。由這四個(gè)參數(shù)可以算得地球橢球扁率f=1/298.257。

與1954年北京坐標(biāo)系相比,1980年西安大地坐標(biāo)系的特點(diǎn)[1-2]是:

(1)大地原點(diǎn)地處我國(guó)中部,位于西安市以北60 km處的涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn),簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)。

(2)采用1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG)第16屆大會(huì)上推薦的4個(gè)橢球基本參數(shù)(a,J2,GM,ω)。橢球參數(shù)與克拉索夫斯基橢球參數(shù)相比精度高,并且橢球有4個(gè)參數(shù),是一套完整的數(shù)值,既確定了幾何形狀,又表明了地球的基本物理特征,從而將大地測(cè)量學(xué)與大地重力學(xué)的基本參數(shù)統(tǒng)一起來(lái)。

(3)橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為彌合,是多點(diǎn)定位。橢球定位時(shí)按我國(guó)范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)。

(4)定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)J YD1968.0的方向,起始大地子午面平行于我國(guó)起始天文子午面。

(5)大地高程以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均水面為基準(zhǔn)。

2.3 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)

以傳統(tǒng)大地測(cè)量為基礎(chǔ)的的參心、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)已不能適應(yīng)空間技術(shù)的發(fā)展,只有建立以空間技術(shù)為基礎(chǔ)的地心三維大地坐標(biāo)系,才能適應(yīng)科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。

2008年6月18日,國(guó)家測(cè)繪局發(fā)布2008年第2號(hào)公告:經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),根據(jù)《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》,我國(guó)自2008年7月1日起啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)的具體體現(xiàn),其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下:長(zhǎng)半軸a=6 378 137 m,扁率f=1/298.257 222 101,地心引力常GM= 3.986 004 418×1014m3/s2,自轉(zhuǎn)角速度ω= 7.292 115×10-5rad/s。CGCS2000的定義符合IERS定義的協(xié)議地球參考系(CTRS)[3]。

2.4 ITRS(國(guó)際地球參考系統(tǒng))

ITRS是目前國(guó)際上最精確、最穩(wěn)定的全球性地心坐標(biāo)系[4],它的定義遵循IERS(國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織)定義協(xié)議地球坐標(biāo)系的法則,它的定義為:

(1)原點(diǎn)為地心,并且是指包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)心。

(2)長(zhǎng)度單位為米(m),并且是在廣義相對(duì)論框架下的定義。

(3)Z軸從地心指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)。

(4)X軸從地心指向格林尼治平均子午面與CTP赤道的交點(diǎn)。

(5)Y軸與XOZ平面垂直而構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

(6)時(shí)間演變基準(zhǔn)是使用滿足無(wú)整體旋轉(zhuǎn)NNR條件的板塊運(yùn)動(dòng)模型,來(lái)描述地球各塊體隨時(shí)間的變化。

ITRS的建立和維持是由IERS全球觀測(cè)網(wǎng)(由VLBI、SLR、GPAS、DORIS組成),以及觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)綜合分析后得到的站坐標(biāo)和速度場(chǎng)來(lái)具體實(shí)現(xiàn)的,即國(guó)際地球參考框架ITRF。ITRS幾乎每年向世界各國(guó)公布新的ITRF,現(xiàn)有的ITRF版本有ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005。

與傳統(tǒng)的大地測(cè)量參考框架不同,ITRF提供一種動(dòng)態(tài)的地心坐標(biāo)框架系統(tǒng),這種動(dòng)態(tài)地心坐標(biāo)框架通過(guò)分布全球的一組GPS跟蹤站的站坐標(biāo)和站速度來(lái)體現(xiàn)。每個(gè)跟蹤站點(diǎn)不僅有坐標(biāo),還有該站坐標(biāo)變化的速度,并且跟蹤站的坐標(biāo)都是動(dòng)態(tài)變化的。這種站坐標(biāo)和站速度是通過(guò)高精度的空間大地測(cè)量觀測(cè)手段獲得。世界各國(guó)將自己的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到IERS,由IERS下屬的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理,計(jì)算出各測(cè)站的坐標(biāo)和速度,計(jì)算結(jié)果由IERS統(tǒng)一發(fā)布。同時(shí),各國(guó)可以利用這些跟蹤站的數(shù)據(jù)、站坐標(biāo)和速度,結(jié)合本國(guó)的連續(xù)跟蹤站數(shù)據(jù),建立起各自國(guó)家的地心坐標(biāo)框架系統(tǒng)。

2.5 WGS84(World Geodetic System 1984)

1972年,美國(guó)國(guó)防部制圖局NIMA、美國(guó)空軍與海軍武器實(shí)驗(yàn)室和海軍海洋局等研究單位,利用光學(xué)和電子觀測(cè)資料,聯(lián)合建立1972年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)WGS72。

1984年美國(guó)國(guó)防部制圖局在WGS72的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)多年的修正和不斷完善,發(fā)展了一套新的世界大地坐標(biāo)系,稱為1984年世界大地坐標(biāo)系,即WGS84。

自1978年2月美國(guó)發(fā)射第一顆GPS衛(wèi)星以后,美國(guó)海軍水面武器中心、美國(guó)國(guó)防部制圖局測(cè)定的廣播星歷和精密星歷均采用WGS72坐標(biāo)系。1987年1月1日起,GPS衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷和精密星歷開(kāi)始采用WGS84坐標(biāo)系。即1978年2月～1987年1月用GPS接收機(jī)接收的是WGS72坐標(biāo)系的坐標(biāo),1987年1月以后用GPS接收的是WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

WGS84采用的地球橢球參數(shù)如下:長(zhǎng)半軸a =6 378 137 m,扁率f=1/298.257 223 563,地心引力常數(shù)GM=3.986 004 418×1014m3/s2,自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292 115×10-5rad/s。

WGS84符合IERS定義的協(xié)議地球參考系(CTRS),即[5]:

(1)中心在地球質(zhì)心。

(2)采用廣義相對(duì)論下地心參照系中的尺度。

(3)指向符合IERS(事實(shí)上是其前身國(guó)際時(shí)間局,簡(jiǎn)稱BIH)1984.0指向。

(4)指向隨時(shí)間的變化使它相對(duì)地殼沒(méi)有整體轉(zhuǎn)動(dòng)。

WGS84的建立利用了美國(guó)海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NNSS)和子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多普勒單點(diǎn)定位結(jié)果,他們的絕對(duì)精度約為1～2 m,這是因?yàn)閷?dǎo)航衛(wèi)星星歷的精度為1 m左右。為了提高WGS84的定位精度,美國(guó)國(guó)防部制圖局對(duì)WGS84先后進(jìn)行了三次優(yōu)化改進(jìn)。第一次改進(jìn)在1994年1月,WGS84完全根據(jù)GPS觀測(cè)結(jié)果重新確定,得到了WGS84(G730),G表示由GPS測(cè)量得到,730表示為GPS時(shí)間第730個(gè)周,此次改進(jìn)使得WGS84(730)與ITRF92之間符合的很好,兩者之間的差異小于10 cm。第二次改進(jìn)在1996年,采用13個(gè)IGS全球站作控制點(diǎn),對(duì)WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)重新作數(shù)據(jù)處理,得到WGS84 (G873),歷元是1997.0。WGS84(G873)采用的坐標(biāo)框架為ITRF94,與ITRF94比較,WGS84 (G873)的誤差為±5 cm(一個(gè)坐標(biāo)分量)[6]。2001年,NIMA(美國(guó)國(guó)家影像與制圖局)第三次對(duì)WGS進(jìn)行精化,為了和ITRF2000保持一致, NIMA利用ITRF2000框架下IGS的49個(gè)樞紐站作為控制點(diǎn),選用26個(gè)GPS永久性追蹤站(包括2個(gè)IGS站,其中一個(gè)是北京房山站),以ITRF2000為坐標(biāo)框架,采用歷元2001.0,采用NIMA精密星歷,統(tǒng)一進(jìn)行平差計(jì)算,得到WGS84最新的版本W(wǎng)GS84(G1150)。WGS84 (G1150)與ITRF2000符合程度為±1 cm。

3 國(guó)際坐標(biāo)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)、人衛(wèi)激光測(cè)距(SLR)、甚長(zhǎng)基線干涉(VLBI)等空間大地測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,使得ITRS越來(lái)越精確、穩(wěn)定。IAG(國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì))在遵循IERS定義的協(xié)議地球參考系,幫助各大洲或區(qū)域協(xié)調(diào)建立了一些區(qū)域性參考框架。歐洲參考框架(EUREF)、中南美洲參考框架(SIRGAS)、北美洲參考框架(NAREF)、非洲參考框架(AFREF)、東南亞和太平洋參考框架都在穩(wěn)步發(fā)展和推進(jìn)之中[7]。

另外,世界各國(guó)都在不斷更新和完善各自的大地測(cè)量參考框架,空間地心坐標(biāo)框架逐漸取代傳統(tǒng)的大地測(cè)量坐標(biāo)框架已成為一種趨勢(shì)。越來(lái)越多的國(guó)家將各自的地心坐標(biāo)系與ITRS的某一具體實(shí)現(xiàn)或者WGS84聯(lián)系在一起。

北美早在1986年就完成了北美大地坐標(biāo)系NAD83的建立,對(duì)遍布美國(guó)、加拿大、墨西哥以及中美地區(qū)的26萬(wàn)余個(gè)大地點(diǎn)進(jìn)行了整體平差,獲得了26萬(wàn)余個(gè)大地點(diǎn)的地心坐標(biāo)。NAD83努力使它與WGS84保持一致。同WGS84一樣,俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用也很廣, GLONASS采用的的地心坐標(biāo)系是PZ-90。澳大利亞建立了地心坐標(biāo)系GDA94,以替代原先使用的參心坐標(biāo)系A(chǔ)GD66和AGD84,GDA94與ITRF92相符合,采用歷元1994.0。歐洲也通過(guò)空間網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合數(shù)據(jù)處理,建立了ED87 (1987歐洲大地基準(zhǔn))。日本從2000年4月開(kāi)始使用新的大地基準(zhǔn)J GD2000,正式取代了具有百年歷史的東京大地基準(zhǔn),J GD2000采用ITRS的定義,歷元定為1997.0。蒙古近年建立了新的國(guó)家大地坐標(biāo)框架MONREF97。新西蘭建立了新的大地坐標(biāo)系NZGD2000,參考?xì)v元為2000.01. 01。韓國(guó)在1998年建立了與ITRF97為參照的地心大地坐標(biāo)系統(tǒng)KGD2000,歷元采用2000.0。馬來(lái)西亞也建立了新的大地坐標(biāo)框架NGRF2000[8-9]。

4 海洋油氣勘探中坐標(biāo)系統(tǒng)的應(yīng)用

目前國(guó)家在不斷加大海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的力度,同時(shí)也鼓勵(lì)石油企業(yè)走出去尋找油氣資源。而在油氣勘探中,坐標(biāo)系統(tǒng)的研究是必須要做的基礎(chǔ)工作。

在國(guó)內(nèi)海洋油氣勘探區(qū)域研究中,由于已經(jīng)在很多勘探區(qū)域精耕細(xì)作了幾十年,時(shí)間跨度比較大,前后采用過(guò)多種不同的坐標(biāo)系統(tǒng),如:北京54坐標(biāo)系、WGS72坐標(biāo)系、WGS84坐標(biāo)系等。目前很多石油單位對(duì)坐標(biāo)系的使用比較混亂,同一勘探區(qū)塊存在著多種坐標(biāo)系混用的局面,其中很重要的原因是缺少統(tǒng)一坐標(biāo)系下空間信息數(shù)據(jù)的整理統(tǒng)一,其工作量較大。另外,由于過(guò)去在地震資料采集時(shí)使用了北京54坐標(biāo)系和WGS72坐標(biāo)系,使得很多解釋工作都在這兩個(gè)坐標(biāo)系下完成,并積累了大量的數(shù)據(jù)資料。因?yàn)楦鞣N原因,目前仍然有一些項(xiàng)目因?yàn)樾枰眠@些過(guò)去的研究成果,仍然在使用北京54坐標(biāo)系和WGS72坐標(biāo)系,給研究工作帶來(lái)諸多不便。隨著目前采集數(shù)據(jù)越來(lái)越多的采用WGS84坐標(biāo)系,也為了加強(qiáng)對(duì)外合作,WGS84已經(jīng)成為我們研究中采用的主要坐標(biāo)系。另外,在向國(guó)土資源部等上級(jí)部門上交成果圖件時(shí),還經(jīng)常需要使用西安80坐標(biāo)系,因?yàn)樵?000國(guó)家大地坐標(biāo)系產(chǎn)生之前,西安80坐標(biāo)系是國(guó)家的法定坐標(biāo)系。

在海外不同國(guó)家、地區(qū)海域的勘探區(qū)塊研究中,涉及的坐標(biāo)系統(tǒng)就更多,如果不能理清這些坐標(biāo)系之間聯(lián)系與區(qū)別,將給我們的研究工作都帶來(lái)了很多的困擾。目前大部分地區(qū)采集、處理和解釋時(shí)采用的坐標(biāo)系都統(tǒng)一為WGS84,同時(shí)也遇到很多坐標(biāo)系不是WGS84的情況。比如筆者曾經(jīng)參加的澳大利亞某一海上勘探區(qū)塊的項(xiàng)目,該項(xiàng)目涉及的坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜,主要有:AGD66, AGD84,WGS84,GDA94。其中AGD66和AGD84是參心坐標(biāo)系,兩者使用相同的參考橢球,但大地原點(diǎn)的坐標(biāo)不同。WGS84和GDA94是地心坐標(biāo)系。這幾個(gè)坐標(biāo)系的基本信息見(jiàn)表2。同一點(diǎn)在AGD66和GDA94坐標(biāo)系下UTM投影得到的坐標(biāo)相差200 m左右,GDA和WGS84兩者的坐標(biāo)相差很少,基本上在1 m以內(nèi)[10]。由于很多數(shù)據(jù)源(比如工區(qū)邊界、井位數(shù)據(jù))采用的是AGD66或者AGD84的坐標(biāo)系,我們?cè)谑褂脮r(shí)必須將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到澳大利亞要求的GDA94坐標(biāo)系下,在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)必須注意誤差,以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,由于WGS84和GDA94的差異在1 m之內(nèi),可以忽略其中的差異。

表2 AGD、WGS84、G DA94坐標(biāo)系的比較Tab.2 Comparison of AG D,WG S84,G DA94 coordinate systems

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前,國(guó)家測(cè)繪局要求[2]:2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過(guò)渡期為8年至10年;現(xiàn)有各類測(cè)繪成果,在過(guò)渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國(guó)家大地坐標(biāo)系;2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測(cè)繪成果應(yīng)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系;現(xiàn)有地理信息系統(tǒng),在過(guò)渡期內(nèi)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系;2008年7月1日后新建設(shè)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。

今后,國(guó)內(nèi)的測(cè)繪成果將越來(lái)越多的采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系,在向上級(jí)部門匯報(bào)成果的時(shí)候,也會(huì)需要將很多成果轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系中。因此,需要加強(qiáng)對(duì)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的研究。在文獻(xiàn)11中,魏子卿院士指出CGCS2000和WGS84(1150)是相容的,在坐標(biāo)系的實(shí)現(xiàn)精度范圍內(nèi),CGCS2000坐標(biāo)和WGS84是一致的[11]。文獻(xiàn)12認(rèn)為,同一點(diǎn)在CGCS2000坐標(biāo)系和WGS84坐標(biāo)系下經(jīng)度相同,緯度的最大差值約為3.6×10-6″,相當(dāng)于0.11 mm。所以,在油氣勘探領(lǐng)域,考慮到油氣勘探對(duì)點(diǎn)位精度的要求并不是特別高,我們可以把WGS84坐標(biāo)當(dāng)作CGCS2000坐標(biāo)來(lái)使用。

北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系和WGS84坐標(biāo)系的差異很大。西安80坐標(biāo)系更換為WGS84坐標(biāo)系,在中國(guó)境內(nèi)地面點(diǎn)大地緯度和大地經(jīng)度的高斯平面縱坐標(biāo)X值和橫坐標(biāo)Y值的變動(dòng)區(qū)間分別為-48.6 m～+22.7 m和-115.7 m～-75.7 m[13],可見(jiàn)該差異還是很大的。而北京54坐標(biāo)系和WGS84的差異就更大了。鑒于目前我們?nèi)匀淮嬖谥罅康谋本?4和WGS72坐標(biāo)系下的空間信息數(shù)據(jù),我們需要加強(qiáng)對(duì)定位數(shù)據(jù)庫(kù)的管理以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的研究,爭(zhēng)取將更多的研究成果轉(zhuǎn)換到WGS84的坐標(biāo)系下,以便在研究中更好使用。

另外,在海外油氣勘探的研究過(guò)程中,將會(huì)遇到更多復(fù)雜的坐標(biāo)系統(tǒng)。我們尤其要重視具體研究區(qū)域所屬國(guó)家的參心坐標(biāo)系的研究,因?yàn)檫^(guò)去使用的大多數(shù)參心坐標(biāo)系與WGS84差異都比較大。由于目前很多國(guó)家都將ITRS的某一實(shí)現(xiàn)(例如ITRF2000)采納為自己國(guó)家的地心坐標(biāo)系,WGS84也在努力與ITRS保持一致,這就使得目前大部分地心坐標(biāo)系之間的差異都很小,就石油勘探而言,影響較小。

由于目前GPS已經(jīng)成為最主要的大地測(cè)量手段,今后我們的數(shù)據(jù)源也將主要采用WGS84坐標(biāo)系,因此WGS84坐標(biāo)系將會(huì)是我們今后主要使用的坐標(biāo)系。

[1]孔祥元,郭際明,劉宗泉.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].湖北武漢:武漢大學(xué)出版社,2001.

[2]董鴻聞,李國(guó)智,陳士銀,等.地理空間定位基準(zhǔn)及其應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社,2004.

[3]國(guó)家測(cè)繪局.國(guó)家測(cè)繪局2008年第2號(hào)公告[EB/OL]. 2008.http://www.sbsm.gov.cn/Article/tzgg/200806/ 20080600037863.shtml.

[4]楊元喜.中國(guó)大地坐標(biāo)系建設(shè)主要進(jìn)展[J].測(cè)繪通報(bào),2005 (1):6-9.

[5]寧津生.現(xiàn)代大地測(cè)量參考系統(tǒng)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2002,31(5): 7-11.

[6]陳俊勇.世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)1984的最新精化[J].測(cè)繪通報(bào), 2003(2):1-3.

[7]黨亞民,陳俊勇.國(guó)際大地測(cè)量參考框架技術(shù)進(jìn)展[J].測(cè)繪科學(xué),2008,33(1):33-36.

[8]陳俊勇.鄰近國(guó)家大地基準(zhǔn)的現(xiàn)代化[J].測(cè)繪通報(bào),2003 (9):1-3.

[9]顧旦生,張莉,程鵬飛,等.我國(guó)大地坐標(biāo)系發(fā)展目標(biāo)[J].測(cè)繪通報(bào),2003(3):1-4.

[10]Inter-governmental Committee on Surveying and Mapping. Geocentric Datum of Australia Technical Manual Version 2.3[R/ OL].http://www.icsm.gov.au/gda/gdatm/Gdav2.3.pdf

[11]魏子卿.2000中國(guó)大地坐標(biāo)系及其與WGS84的比較[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2008,28(5):1-5.

[12]程鵬飛,文漢江,成英燕,等.2000國(guó)家大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)與GRS80和WGS84的比較[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2009,38(3):189 -194.

[13]陳俊勇.采用地心3維坐標(biāo)系統(tǒng)對(duì)中國(guó)地圖的影響[J].測(cè)繪通報(bào),2004(4):1-5.

Characteristics and application of geodetic coordinate system to petroleum exploration

Xie Chunyu,Zhu Lixin,Zhao Yiping
(Institute of SINOPEC Shanghai Of fshore Oil&Gas Company,Shanghai200120)

In this paper a brief introduction has been given to the definition and main features of the common geodetic coordinate system at home and abroad,the differences and similarities between them have been discussed,and application results of geodetic coordinate system in the field of offshore petroleum exploration are finally presented.There is minimal error between WGS84 coordinate and CGCS2000 coordinate,which can be used both in oil and gas exploration.WGS84 will still remain the main coordinate system used in petroleum exploration.

geodetic coordinate system;BJ54;GDZ80;CGCS2000;ITRS;WGS84

book=2,ebook=66

P226+.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.035

1008-2336(2010)02-0035-06

2010-04-01;改回日期:2010-04-13

謝春雨,1982年生,男,助理工程師,2005年畢業(yè)于武漢大學(xué)測(cè)繪工程專業(yè),現(xiàn)從事導(dǎo)航定位和物探解釋工作。E-mail: xiechunyu@shopc.com.cn。