地震勘探中測(cè)量技術(shù)的運(yùn)用

王秉義

摘要：本文以剛果（金）Ndunda區(qū)塊二維石油勘探工程測(cè)量施工為例，敘述測(cè)量技術(shù)從靜態(tài)組網(wǎng)、RTK放樣、全站儀放樣等工作方式在地震勘探施工中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘探；靜態(tài)；RTK；全站儀

顧名思義，地震勘探就是指人工激發(fā)所引起的彈性波利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過(guò)觀測(cè)和分析人工地震產(chǎn)生的地震波在地下的傳播規(guī)律，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法。

地震勘探是地球物理勘探中最重要、解決油氣勘探問(wèn)題最有效的一種方法。它是鉆探前勘測(cè)石油與天然氣資源的重要手段，在煤田和工程地質(zhì)勘查、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面，也得到廣泛應(yīng)用。

測(cè)量工作是地震勘探野外工作中的一部分，如何高效、準(zhǔn)確的完成測(cè)量工作就顯得至關(guān)重要。GPS技術(shù)的引入雖在很大程度上解決了上述問(wèn)題，但由于野外工區(qū)自然環(huán)境復(fù)雜，有些時(shí)候還不得不選用全站儀對(duì)工區(qū)特殊地域進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量。

下面以本人參與施工的2010年剛果（金）Ndunda區(qū)塊二維石油勘探工程為例與大家一起分享本次測(cè)量施工：

1.二維勘探區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的建立

1.1工區(qū)介紹

Ndunda二維石油勘探區(qū)塊位于剛果（金）西部，測(cè)區(qū)西部距剛果（金）西部重鎮(zhèn)莫安達(dá)市30km，工區(qū)內(nèi)大多是平原草地，并伴有原始森林、河流、沼澤、溝谷等，小型村莊、部族分布密集。區(qū)內(nèi)交通主要以村莊土路為主，交通不便，雨季無(wú)法通行。本次勘探工程共設(shè)計(jì)二維測(cè)線18條，總計(jì)414.51km。

1.2工作依據(jù)

本次測(cè)量施工依照SY/T5171-2003《石油物探測(cè)量規(guī)范》《剛果（金）Ndunda區(qū)塊二維地震勘探施工設(shè)計(jì)》及甲方有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，具體測(cè)量基準(zhǔn)參數(shù)如下：

橢球體：WGS-84

基準(zhǔn)面：WGS-84

長(zhǎng)半軸（a）：6378137.000m

短半軸（b）：6356752.314m

扁率：298.257223563

離心率2∶0.006694380023

投影：通用橫向墨卡托投影（UTM）

帶號(hào)：33S

中央子午線經(jīng)度：15°E

起始緯度：0°S

偽東向：500000

偽北向：10000000

1.3二維測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的建立

工區(qū)內(nèi)使用的地形圖或已知控制點(diǎn)資料，均由甲方提供。本次已知控制點(diǎn)包括SURESTREAM公司提供的SS01、SS02、SS03、SS04點(diǎn)和2009年度我院提交的自建控制點(diǎn)DC04、DC06、DC09、DC11，共計(jì)8個(gè)控制點(diǎn)。已知控制點(diǎn)WGS-84大地坐標(biāo)及UTM網(wǎng)格坐標(biāo)成果分別見(jiàn)表1、表2：

本次工區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)的建立由于測(cè)區(qū)地勢(shì)、地形較復(fù)雜，地表多被樹(shù)林、沼澤、河流，草地、村莊所覆蓋，共投入Trimble5700雙頻GPS接收機(jī)7臺(tái)，歷時(shí)7天，采用靜態(tài)觀測(cè)以邊連式聯(lián)測(cè)全部已知控制點(diǎn)并加密控制點(diǎn)2個(gè)，分別命名為DC12、DC13。測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)如下圖1所示：

點(diǎn)位選擇完全B按照/相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，在點(diǎn)位確定以后，均埋設(shè)混凝土標(biāo)石，并在混凝土標(biāo)石注明“CCGPI”字樣及點(diǎn)名，首先根據(jù)GPS星歷預(yù)報(bào)、接收機(jī)臺(tái)數(shù)和交通情況制訂詳細(xì)的觀測(cè)計(jì)劃，控制測(cè)量方法及技術(shù)要求（表3、表4），

其次在施測(cè)過(guò)程中認(rèn)真填寫(xiě)控制測(cè)量點(diǎn)之記及GPS控制測(cè)量觀測(cè)記錄表，每站觀測(cè)時(shí)，在開(kāi)機(jī)前量測(cè)天線高兩次，關(guān)機(jī)后量測(cè)天線高一次，量測(cè)之差不大于3mm，取其平均值作為天線高；不測(cè)氣象元素，只記錄天氣狀態(tài)。要求觀測(cè)員須細(xì)心操作，認(rèn)真完成每一項(xiàng)工作并符合要求后再遷站。最后，靜態(tài)數(shù)據(jù)處理全部采用隨機(jī)軟件TGO處理，處理步驟包括：

（1）檢查外業(yè)數(shù)據(jù)采集是否符合調(diào)度命令和規(guī)范要求；（2）對(duì)野外原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、整理，確定解算方案，用TGO軟件進(jìn)行基線向量處理；（3）進(jìn)行WGS—84坐標(biāo)系統(tǒng)下無(wú)約束平差；（4）進(jìn)行UTM坐標(biāo)系統(tǒng)下約束平差；（5）對(duì)控制網(wǎng)資料進(jìn)行整理和檢查。經(jīng)計(jì)算，最后加密控制點(diǎn)成果滿足設(shè)計(jì)要求，WGS—84坐標(biāo)系統(tǒng)下無(wú)約束平差成果見(jiàn)表5，UTM坐標(biāo)系統(tǒng)下約束平差成果見(jiàn)表6。

2.快速靜態(tài)測(cè)量在工區(qū)的應(yīng)用

快速靜態(tài)測(cè)量即在一個(gè)已知測(cè)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星，移動(dòng)站接收機(jī)依次到各待測(cè)測(cè)站，每測(cè)站觀測(cè)數(shù)分鐘以得到相應(yīng)坐標(biāo)值?？焖凫o態(tài)測(cè)量在本工區(qū)主要應(yīng)用于測(cè)線端點(diǎn)測(cè)量及測(cè)線控制點(diǎn)（全站儀放樣基點(diǎn)）測(cè)量，本次施工中采用快速靜態(tài)方法施測(cè)滿足如下要求：（1）衛(wèi)星高度角≥10°；（2）有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)≥5顆；（3）觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度一般≥10min；（4）每時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間≥5min；（5）數(shù)據(jù)采樣方式L1、L2雙頻采集；（6）點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP≤8。

測(cè)線控制點(diǎn)及測(cè)線端點(diǎn)的野外觀測(cè)滿足規(guī)范快速靜態(tài)外業(yè)觀測(cè)要求。其檢核限差要求如下：

△X≤0.2m、△Y≤0.2m、△H≤0.4m。

全區(qū)采用快速靜態(tài)方式施測(cè)測(cè)線控制點(diǎn)及測(cè)線端點(diǎn)共計(jì)547個(gè)，全部符合規(guī)范要求。

3. RTK定線測(cè)量及全站儀導(dǎo)線測(cè)量在工區(qū)的應(yīng)用

本次測(cè)量施工因地勢(shì)、地形的原因，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范及技術(shù)要求采用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）與全站儀坐標(biāo)放樣相結(jié)合的方法進(jìn)行二維地震勘探測(cè)線物理點(diǎn)的放樣工作

RTK（Real-timekinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。GPS中繼站是對(duì)GPS參考站信息的中轉(zhuǎn)和延續(xù)系統(tǒng)。在本次測(cè)量過(guò)程中結(jié)合使用GPS中繼站，將有利于增大GPS參考站信號(hào)的覆蓋范圍，大大提高測(cè)量施工的質(zhì)量和工作效率。

RTK測(cè)量法主要適用于平原、草地等對(duì)天視角開(kāi)闊，沒(méi)有成片的障礙物，通訊方便的地區(qū)。

全站儀作業(yè)方法為導(dǎo)線結(jié)合極坐標(biāo)放樣測(cè)量方法，即利用測(cè)線控制點(diǎn)為起、閉點(diǎn)，按規(guī)范要求采取附合導(dǎo)線形式進(jìn)行導(dǎo)線布設(shè)（在特殊困難地區(qū)，可采用支導(dǎo)線形式進(jìn)行布設(shè)，導(dǎo)線布設(shè)長(zhǎng)度不超過(guò)4km），每測(cè)站觀測(cè)一測(cè)回，在導(dǎo)線測(cè)量的同時(shí)進(jìn)行物理點(diǎn)極坐標(biāo)放樣測(cè)量，物理點(diǎn)的坐標(biāo)與高程采用單站半測(cè)回測(cè)定。

全站儀主要應(yīng)用在叢林、沼澤、河流、溝谷等GPS不能進(jìn)行RTK作業(yè)的地區(qū)。

3.1 RTK測(cè)量作業(yè)

（1）GPS參考站的設(shè)置。每天施工前，根據(jù)施工測(cè)線的位置選擇合適的控制點(diǎn)作為GPS參考站，并按規(guī)范要求將GPS接收機(jī)安置在控制點(diǎn)上，正確設(shè)置儀器參數(shù)和測(cè)站坐標(biāo)。參考站一般采用外置電臺(tái)，應(yīng)盡可能加高電臺(tái)天線，加大基準(zhǔn)站信號(hào)覆蓋范圍。

GPS參考站的選擇滿足以下要求：①GPS參考站建立在控制網(wǎng)點(diǎn)或加密GPS點(diǎn)上，并保證電臺(tái)天線架設(shè)具有一定的高度。②布設(shè)參考站時(shí)，參考站至流動(dòng)站距離不超過(guò)20km。參考站每隔50km進(jìn)行一次檢核。檢核點(diǎn)可以是控制點(diǎn)，也可以是不同參考站觀測(cè)的物理點(diǎn)，需滿足復(fù)測(cè)檢查點(diǎn)限差要求。

（2）流動(dòng)站作業(yè)。每天進(jìn)行RTK作業(yè)前，先對(duì)儀器設(shè)備連接和儀器參數(shù)進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤后還在控制點(diǎn)或已測(cè)物理點(diǎn)上進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后，才進(jìn)行RTK作業(yè)。

流動(dòng)站作業(yè)基本要求如下：①流動(dòng)站作業(yè)時(shí)，距參考站距離不超過(guò)20km。②流動(dòng)站接收機(jī)觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，衛(wèi)星高度角大于10°，PDOP≤8，采樣間隔≥1s。③流動(dòng)站天線穩(wěn)定后，方可記錄物理點(diǎn)點(diǎn)位信息；④按規(guī)范要求對(duì)物理點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)檢核。

3.2全站儀測(cè)量作業(yè)

（1）測(cè)站的設(shè)置。在進(jìn)行物理點(diǎn)放樣前，首先在測(cè)線控制點(diǎn)上設(shè)置全站儀，確保儀器對(duì)中、整平、穩(wěn)固后，進(jìn)行儀器參數(shù)設(shè)置和測(cè)站坐標(biāo)設(shè)置，照準(zhǔn)后視方向并定向后，即可進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量和物理點(diǎn)放樣工作。

（2）導(dǎo)線觀測(cè)技術(shù)要求。①邊長(zhǎng)測(cè)量：野外觀測(cè)時(shí)進(jìn)行加常數(shù)、乘常數(shù)和氣象改正及儀器說(shuō)明書(shū)規(guī)定的其他改正；每一邊長(zhǎng)進(jìn)行正倒鏡往返觀測(cè)，讀數(shù)精確到0.01m，每次互差不大于0.05m，最大邊長(zhǎng)不超過(guò)2km。②角度測(cè)量：水平角和天頂距采用測(cè)回法觀測(cè)一測(cè)回，同一測(cè)回內(nèi)兩倍照準(zhǔn)差互差（2C互差）不大于45"，豎盤(pán)指標(biāo)差互差不大于45"。③野外改正：以下幾項(xiàng)改正在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行：

A、距離投影到大地水準(zhǔn)面的改正；B、距離歸算到UTM平面的改正；C、地球曲率與大氣折光差的改正。

（3）物理點(diǎn)極坐標(biāo)放樣要求。①物理點(diǎn)的坐標(biāo)高程采用半測(cè)回法進(jìn)行，與導(dǎo)線測(cè)量同時(shí)進(jìn)行；②野外改正同上；③補(bǔ)測(cè)與重測(cè)：測(cè)站及物理點(diǎn)資料不符合要求，當(dāng)站發(fā)現(xiàn)的當(dāng)站補(bǔ)測(cè)，資料處理時(shí)發(fā)現(xiàn)的必須重新設(shè)站進(jìn)行觀測(cè)。

3.3物理點(diǎn)復(fù)測(cè)作業(yè)

在GPS和全站儀放樣作業(yè)過(guò)程中，按規(guī)范要求對(duì)控制點(diǎn)和物理點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)的目的是為了檢查儀器設(shè)置是否正確，GPS參考站與流動(dòng)站之間的差分信號(hào)是否正常。

在下列情況之一時(shí)，應(yīng)復(fù)測(cè)2個(gè)以上物理點(diǎn)或復(fù)測(cè)兩次單個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行檢核后才能進(jìn)行施工。

（1）每日施工前；（2）搬遷新的基準(zhǔn)站；（3）全站儀重新對(duì)中整平或后視方向改變后；（4）儀器關(guān)機(jī)后重新開(kāi)機(jī)；（5）接收機(jī)或控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)或參數(shù)更新后。

根據(jù)規(guī)范要求，整個(gè)工區(qū)復(fù)測(cè)物理點(diǎn)數(shù)不得少于物理點(diǎn)總數(shù)1%。物理點(diǎn)復(fù)測(cè)檢核限差要求如下：

復(fù)測(cè)物理點(diǎn)的檢核限差：△X≤0.6m、△Y≤0.6m、△H≤1.0m。

RTK及全站儀放樣數(shù)據(jù)均使用BGP提供的SSOFFICE軟件進(jìn)行處理。

綜上所述，本次測(cè)量施工歷時(shí)三個(gè)多月共計(jì)完成二維測(cè)線18條、413.01km，其中全站儀導(dǎo)線放樣測(cè)線181.2km，RTK放樣231.81km；全區(qū)實(shí)測(cè)物理點(diǎn)20660個(gè)，復(fù)測(cè)物理點(diǎn)440個(gè)，全區(qū)總復(fù)測(cè)率為2.13%，點(diǎn)位精度均符合相關(guān)要求，質(zhì)量統(tǒng)計(jì)如表7所示。

通過(guò)上述實(shí)例我們不難看出：

（1）GPS測(cè)量具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的工作特點(diǎn)，具有良好的抗干擾性；（2）GPS測(cè)量高效率、高精度，操作簡(jiǎn)單可降低勞動(dòng)強(qiáng)度；（3）GPS測(cè)量受限空間小，除遇到原始森林、大型建筑、河湖、大型變電站等特殊地域以外均可正常使用；（4）全站儀放樣雖屬常規(guī)測(cè)量手段，工作效率比RTK放樣稍低，但在特殊地域因其工作不需要衛(wèi)星信號(hào)、不受室內(nèi)外環(huán)境影響，故GPS無(wú)法完全代替全站儀施工；（5）RTK+全站儀放樣相結(jié)合的工作模式取長(zhǎng)補(bǔ)短，相輔相成，即可保證測(cè)量精確、時(shí)效，又可有效地降低空點(diǎn)率，為后續(xù)工作提供有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]GPS（RTK）配合全站儀在煤礦區(qū)地震勘探中的應(yīng)用徐斌陜西煤炭2009年02期.

[2]全球定位系統(tǒng)原理及應(yīng)用劉基余測(cè)繪出版社.