地震勘探中测量技术的运用

陈育林

身份证号：441622199307205479

摘要：本文以刚果（金）Ndunda区块二维石油勘探工程测量施工为例，叙述测量技术从静态组网、RTK放样、全站仪放样等工作方式在地震勘探施工中的运用。

关键字：地质勘探 静态 RTK 全站仪

顾名思义，地震勘探就是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。

地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

测量工作是地震勘探野外工作中的一部分，如何高效、准确的完成测量工作就显得至关重要。GPS技术的引入虽在很大程度上解决了上述问题，但由于野外工区自然环境复杂，有些时候还不得不选用全站仪对工区的内特殊地域进行导线测量。

下面以本人参与施工的2010年刚果（金）Ndunda区块二维石油勘探工程为例与大家一起分享本次测量施工：

1、二维勘探区首级控制网的建立

1. 1、工区介绍

Ndunda二维石油勘探区块位于刚果（金）西部，测区西部距刚果（金）西部重镇莫安达市30KM，工区内大多是平原草地，并伴有原始森林、河流、沼泽、沟谷等，小型村庄、部族分布密集。区内交通主要以村庄土路为主，交通不便，雨季无法通行。本次勘探工程共设计二维测线18条，总计414.51KM。

1.2、工作依据

本次测量施工依照SY/T5171-2003《石油物探测量规范》、《刚果（金）Ndunda区块二维地震勘探施工设计》及甲方有关规定进行，具体测量基准参数如下：

椭球体: WGS-84

基准面: WGS-84

长半轴(a): 6 378 137.000m

短半轴(b): 6 356 752.314m

扁  率:298.257223563

离心率2:0.006694380023

投  影:通用横向墨卡托投影  (UTM)

带  号: 33S

中央子午线经度：15°E

起始纬度：0°S

伪东向：500000

伪北向：10000000

1.3、二维测区首级控制网的建立

工区内使用的地形图或已知控制点资料，均由甲方提供。本次已知控制点包括SURESTREAM公司提供的SS01、SS02、SS03、SS04点和2009年度我院提交的自建控制点DC04、DC06、DC09、DC11,共计8个控制点。已知控制点WGS-84 大地坐标及UTM网格坐标成果分别见表1、表2：

本次工区首级控制网的建立由于测区地势、地形较复杂，地表多被树林、沼泽、河流，草地、村庄所覆盖，共投入Trimble5700双频GPS接收机7台，历时7天，采用静态观测以边连式联测全部已知控制点并加密控制点2个，分别命名为DC12、DC13。测区首级控制网如下图所示：

图1  Ndunda测区2010年度GPS控制网示意图

点位选择完全按照相关规范进行，在点位确定以后，均埋设混凝土标石，并在混凝土标石注明“CCGPI”字样及点名，首先根据GPS星历预报、接收机台数和交通情况制定详细的观测计划，控制测量方法及技术要求（表3、表4），

其次在施测过程中认真填写控制测量点之记及GPS控制测量观测记录表，每站观测时，在开机前量测天线高两次，关机后量测天线高一次，量测之差不大于3mm，取其平均值作为天线高；不测气象元素，只记录天气状态。要求观测员须细心操作，认真完成每一项工作并符合要求后再迁站。最后，静态数据处理全部采用随机软件TGO处理，处理步骤包括：

（1）检查外业数据采集是否符合调度命令和规范要求；

（2）对野外原始记录数据进行编辑、整理，确定解算方案，用TGO软件进行基线向量处理；

（3）进行WGS—84坐标系统下无约束平差；

（4）进行UTM坐标系统下约束平差；

（5）对控制网资料进行整理和检查。经计算，最后加密控制点成果满足设计要求，WGS—84坐标系统下无约束平差成果见表5，UTM坐标系统下约束平差成果见表6。

2、快速静态测量在工区的应用

快速静态测量即在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站，连续跟踪所有可见卫星，移动站接收机依次到各待测测站，每测站观测数分钟以得到相应坐标值。快速静态测量在本工区主要应用于测线端点测量及测线控制点（全站仪放样基点）测量，本次施工中采用快速静态方法施测应满足如下要求：

（1）卫星高度角≥10°；

（2）有效观测卫星总数≥5颗；

（3）观测时段长度一般≥10分钟；

（4）每时段中任一卫星有效观测时间≥5分钟；

（5）数据采样方式L1、L2双频采集；

（6）点位几何图形强度因子PDOP≤8。

测线控制点及测线端点的野外观测应满足规范快速静态外业观测要求。其检核限差要求如下：

△X≤0.2m、△Ｙ≤0.2m、△Ｈ≤0.4m。

全区采用快速静态方式施测测线控制点及测线端点共计547个，全部符合规范要求。

3、RTK定线测量及全站仪导线测量在工区的应用

本次测量施工因地势、地形的原因，按照相关技术规范及技术要求采用GPS实时动态(RTK)与全站仪坐标放样相结合的方法进行二维地震勘探测线物理点的放样工作

RTK(Real - time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。GPS中继站是对GPS参考站信息的中转和延续系统。在本次测量过程中结合使用GPS中继站，将有利于增大GPS参考站信号的覆盖范围，大大的提高测量施工的质量和工作效率。

RTK测量法主要适用于平原、草地等对天视角开阔，没有成片的障碍物，通讯方便的地区。

全站仪作业方法为导线结合极坐标放样测量方法，即利用测线控制点为起、闭点，按规范要求采取附合导线形式进行导线布设（在特殊困难地区，可采用支导线形式进行布设，导线布设长度不超过4Km），每测站观测一测回，在导线测量的同时进行物理点极坐标放样测量，物理点的坐标与高程采用单站半测回测定。

全站仪主要应用在丛林、沼泽、河流、沟谷等GPS不能进行RTK作业的地区。

3.1、RTK 测量作业

3.1.1、GPS参考站的设置

每天施工前，根据施工测线的位置选择合适的控制点作为GPS参考站，并按规范要求将GPS接收机安置在控制点上，正确设置仪器参数和测站坐标。参考站一般采用外置电台，应尽可能加高电台天线，加大基准站信号覆盖范围。

GPS参考站的选择应满足以下要求：

（1）GPS参考站应建立在控制网点或加密GPS点上，并保证电台天线架设具有一定的高度。

（2）布设参考站时，参考站至流动站距离不超过20km。参考站每隔50km进行一次检核。检核点可以是控制点，也可以是不同参考站观测的物理点，需满足复测检查点限差要求。

3.1.2、流动站作业

每天进行RTK作业前，应先对仪器设备连接和仪器参数进行检查，检查无误后还应在控制点或已测物理点上进行检测，检测合格后，才能进行RTK作业。

流动站作业基本要求如下：

（1）流动站作业时，距参考站距离不超过20Km。

（2）流动站接收机观测的卫星数不少于5颗，卫星高度角大于10°，PDOP≤8，采样间隔 ≥1秒。

（3）流动站天线稳定后，方可记录物理点点位信息；

（4）按规范要求对物理点进行复测检核。

3.2、全站仪测量作业

3.2.1、测站的设置

在进行物理点放样前，首先在测线控制点上设置全站仪，确保仪器对中、整平、稳固后，进行仪器参数设置和测站坐标设置，照准后视方向并定向后，即可进行导线测量和物理点放样工作。

3.2.2、导线观测技术要求

（1）边长测量：野外观测时应进行加常数、乘常数和气象改正及仪器说明书规定的其它改正；每一边长进行正倒镜往返观测，读数精确到0.01m，每次互差不大于0.05m，最大边长不超过2Km。

（2）角度测量：水平角和天顶距采用测回法观测一测回，同一测回内两倍照准差互差（2C互差）不大于45〞，竖盘指标差互差不大于45〞。

（3）野外改正：以下几项改正应在野外现场进行：

A、距离投影到大地水准面的改正；

B、距离归算到UTM平面的改正；

C、地球曲率与大气折光差的改正。

3.2.3、物理点极坐标放样要求

（1）物理点的坐标高程采用半测回法进行，与导线测量同时进行；

（2）野外改正同上；

（3）补测与重测：测站及物理点资料不符合要求，当站发现的当站补测，资料处理时发现的必须重新设站进行观测。

3.3、物理点复测作业

在GPS和全站仪放样作业过程中，按规范要求对控制点和物理点进行复测，复测的目的是为了检查仪器设置是否正确，GPS 参考站与流动站之间的差分信号是否正常。

在下列情况之一时,应复测2个以上物理点或复测两次单个控制点进行检核后才能进行施工。

（1）每日施工前；

（2）搬迁新的基准站；

（3）全站仪重新对中整平或后视方向改变后；

（4）仪器关机后重新开机；

（5）接收机或控制器内的数据或参数更新后。

根据规范要求，整个工区复测物理点数不得少于物理点总数1％。物理点复测检核限差要求如下：

复测物理点的检核限差：△X≤0.6m、△Ｙ≤0.6m、△Ｈ≤1.0m。

RTK及全站仪放样数据均使用BGP提供的SSOFFICE软件进行处理。

综上所述，本次测量施工历时三个多月共计完成二维测线18条、413.01Km，其中全站仪导线放样测线181.2Km，RTK放样231.81Km；全区实测物理点20660个，复测物理点440个，全区总复测率为2.13％，点位精度均符合相关要求,质量统计如表7所示。

表7 2010年度Ndunda区块测量质量统计表

通过上述实例我们不难看出：

（1）GPS测量具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的工作特点，具有良好的抗干扰性；

（2）GPS测量高效率、高精度，操作简单可降低劳动强度；

（3）GPS测量受限空间小，除遇到原始森林、大型建筑、河湖、大型变电站等特殊地域以外均可正常使用；

（4）全站仪放样虽属常规测量手段，工作效率比RTK放样稍低，但在特殊地域因其工作不需要卫星信号、不受室内外环境影响，故GPS无法完全代替全站仪施工；

（5）RTK+全站仪放样相结合的工作模式取长补短，相辅相成，即可保证测量精确、时效，又可有效的降低空点率，未后续工作提供有力的支撑。

 

参考文献：

【1】GPS（RTK）配合全站仪在煤矿区地震勘探中的应用 徐斌 陕西煤炭 2009年02期

【2】全球定位系统原理及应用 刘基余 测绘出版社