3S技術(shù)在LG地區(qū)油氣勘探中的應(yīng)用

摘 要

摘要：LG地區(qū)三維地震勘探是中國石油的重點(diǎn)勘探工程，三維滿覆蓋面積為2500km2、連附加段施工面積約5000km2；需測各類控制點(diǎn)近千個(gè)、導(dǎo)線5227km，放樣激發(fā)、接收點(diǎn)近40萬個(gè)。為此，全
摘要：LG地區(qū)三維地震勘探是中國石油的重點(diǎn)勘探工程，三維滿覆蓋面積為2500km2、連附加段施工面積約5000km2；需測各類控制點(diǎn)近千個(gè)、導(dǎo)線5227km，放樣激發(fā)、接收點(diǎn)近40萬個(gè)。為此，全面地采用了3S(RS、GPS、GIS)技術(shù)，一方面從總體上運(yùn)用衛(wèi)星遙感(RS)影像成圖技術(shù)和數(shù)字高程模型系統(tǒng)(DEM)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)對地震勘探的精確設(shè)計(jì)和對野外施工質(zhì)量過程監(jiān)控；用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)采取“首級控制、分期(區(qū))布網(wǎng)、首分網(wǎng)整體平差”方法布測物探GPS控制點(diǎn)，采用曲面擬合技術(shù)建立區(qū)域高程異常改正的數(shù)字模型；應(yīng)用GPS RTK和全站儀導(dǎo)線測量等方法實(shí)現(xiàn)激發(fā)、接收點(diǎn)放樣測量，利用區(qū)域高程異常改正數(shù)字模型對GPS RTK測量的激發(fā)、接收點(diǎn)進(jìn)行高程擬合。另一方面在引進(jìn)《地震勘探信息管理系統(tǒng)(SeisPIMS)》物探專用GIS系統(tǒng)對測量等施32信息進(jìn)行管理的基礎(chǔ)上，對這些技術(shù)數(shù)據(jù)的相互鏈接進(jìn)行周密設(shè)計(jì)，并進(jìn)行科學(xué)合理的施工組織，優(yōu)質(zhì)、高效地完成了這一龐大的物探測量工程。
0 引言
    LG地區(qū)油氣勘探是中國石油的重點(diǎn)勘探工程，包括迄今為止國內(nèi)最大的陸上山地三維地震勘探項(xiàng)目(滿覆蓋面積2500km2、連附加段施工面積約5000km2)和二維勘探項(xiàng)目(剖面總長度超過600km)?？碧絽^(qū)域位于四川盆地東北部，由川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司獨(dú)立承擔(dān)資料采集、處理和解釋工作。測量上共投入雙頻GPS定位儀98臺(tái)，其中物探控制點(diǎn)布測20臺(tái)，物探放樣測量78臺(tái)；Leica Tps1100、1200系列全站儀43臺(tái)，其中二維勘探10臺(tái)、三維勘探33臺(tái)。參與測量施工的人員近1000人。按工程進(jìn)度總體要求，測量必須在4個(gè)多月的時(shí)間內(nèi)完成各類控制點(diǎn)近千個(gè)，導(dǎo)線5227km以及近40萬個(gè)激發(fā)、接收的放樣工作。工作量之大、工期之短、投入設(shè)備之多，前所未有。要組織好這一龐大的測量工程，實(shí)屬不易。為此，全面、充分地采用了3S(RS、GPS、GIS)等技術(shù)(RS另有專題論述)，進(jìn)行了科學(xué)、細(xì)致、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)和組織施工，優(yōu)質(zhì)、高效、按期地完成了測量工作。
1 物探GPS控制測量
    物探GPS控制測量[1]按《石油物探測量規(guī)范》SY/T5171石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用20臺(tái)雙頻GPS定位儀，采用靜態(tài)相位差分相對定位、邊(網(wǎng))連接模式布測控制點(diǎn)，作為激發(fā)、接收點(diǎn)放樣測量的依據(jù)。
1.1 放樣測量對物探GPS控制點(diǎn)的要求
    1) 及時(shí)分期、分片提供地震資料采集所需的激發(fā)、接收點(diǎn)放樣測量成果。
    2) 78臺(tái)GPS和43臺(tái)全站儀同時(shí)鋪開實(shí)施激發(fā)、接收點(diǎn)放樣測量，在工區(qū)內(nèi)需要大量的物探控制點(diǎn)。
    3) 山地地勢起伏較大、植被發(fā)育，GPS RTK數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)信號傳輸距離受限制，采用符合導(dǎo)線測量時(shí)導(dǎo)線應(yīng)盡快閉合平差處理。
    4) 便于GPS RTK放樣測量時(shí)對基準(zhǔn)站使用控制點(diǎn)及參數(shù)輸入正確性檢校和常規(guī)導(dǎo)線測量啟閉點(diǎn)的需要，在每處布測1對GPS控制點(diǎn)(兩點(diǎn)距離800～1500m，并通視)。
    基于以上諸多因素，提出了“首級控制、分期(區(qū))布網(wǎng)，首分網(wǎng)整體平差”的施工原則。即：首先在整個(gè)工區(qū)建立GPS骨架網(wǎng)，根據(jù)施工順序在骨架網(wǎng)基礎(chǔ)上分兩期(區(qū))進(jìn)行GPS控制點(diǎn)加密；兩期(區(qū))加密GPS網(wǎng)分別連接骨架網(wǎng)的布測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理。這樣既能及時(shí)提供施工所需的物探控制點(diǎn)，又能保證整個(gè)網(wǎng)點(diǎn)精度的一致性。
1.2 國控點(diǎn)的聯(lián)測檢校
    探區(qū)可用的國家Ⅰ、Ⅱ等級三角點(diǎn)13個(gè)、國家B級GPS控制點(diǎn)2個(gè)和國家Ⅱ級水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)(圖1、2)，圖中綠色三角為三角點(diǎn)、五角星為GPS點(diǎn)、藍(lán)色圓圈為水準(zhǔn)點(diǎn)。
 
    為驗(yàn)證這些國家控制點(diǎn)精度的一致性，對上述所有點(diǎn)進(jìn)行了GPS靜態(tài)同步4h連續(xù)觀測，并分別進(jìn)行了以下3方面檢驗(yàn)：
    1) 13個(gè)三角點(diǎn)間平面坐標(biāo)(基于BJ54系統(tǒng))精度符合性檢驗(yàn)。
    2) 2個(gè)B級GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)(基于WGS84系統(tǒng))精度符合性檢驗(yàn)。
    3) 采用固定8個(gè)點(diǎn)建立高程模型擬合推算其他7個(gè)點(diǎn)的高程，將推算高程與已知高程值進(jìn)行對比，驗(yàn)證13個(gè)三角點(diǎn)和2個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)高程(基于HH65系統(tǒng))精度符合性檢驗(yàn)。
    通過上述檢校，各項(xiàng)參數(shù)均符合SY/T 5171《石油物探測量規(guī)范》的技術(shù)要求，3類17個(gè)國家控制點(diǎn)可作為GPS控制網(wǎng)的起算依據(jù)。
1.3 骨架GPS網(wǎng)的建立
    為保證分期(區(qū))GPS網(wǎng)具有同等精度，及時(shí)提供GPS整網(wǎng)平差后的控制點(diǎn)成果，便于野外施工組織和GPS設(shè)備、車輛等資源的合理調(diào)配，在工區(qū)內(nèi)布設(shè)了包括17個(gè)國家控制點(diǎn)在內(nèi)的共49個(gè)GPS骨架網(wǎng)點(diǎn)(見圖1、2中較為分散的綠色小圓點(diǎn))，該網(wǎng)承擔(dān)了以下兩方面工作：①建立整個(gè)探區(qū)高程異常改正數(shù)學(xué)模型；②作為兩期(區(qū))GPS網(wǎng)的共同起算數(shù)據(jù)，該網(wǎng)的GPS觀測數(shù)據(jù)將納入后兩期(區(qū))GPS網(wǎng)各自進(jìn)行整體平差。
1.4 分期(區(qū))GPS網(wǎng)
1.4.1一期(區(qū))網(wǎng)
    要求在探區(qū)西北部放樣測量開始前，完成該區(qū)的GPS網(wǎng)的加密布測。一期(區(qū))網(wǎng)共加密568個(gè)物探控制點(diǎn)，其觀測數(shù)據(jù)與骨架GPS網(wǎng)點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)實(shí)施整體平差，作為該區(qū)域物探控制點(diǎn)的最終測量成果。
1.4.2二期(區(qū))網(wǎng)
    采用類似一期(區(qū))網(wǎng)的方法，完成探區(qū)東南三維勘探及周邊二維勘探放樣測量所需的GPS控制點(diǎn)布測。二期(區(qū))網(wǎng)共加密物探控制點(diǎn)418個(gè)，該網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)與首級GPS網(wǎng)點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)實(shí)施整體平差，如期提供了物探控制點(diǎn)最終測量成果。
    采用兩期(區(qū))物探GPS控制測量的施工和各自與骨架GPS網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行整體平差的方法，使兩期成果互不影響，既及時(shí)提供了高精度的控制點(diǎn)，且兩期(區(qū))GPS加密網(wǎng)點(diǎn)的精度具有高度的一致性。
1.5 GPS控制測量的數(shù)據(jù)處理及精度分析
    在施工及數(shù)據(jù)處理過程中為及時(shí)發(fā)現(xiàn)、整改問題，GPS測量基線解算等處理均采用兩套軟件各自并行處理，即：以Leica Geo Office軟件處理結(jié)果為主，以GeoGenius2000軟件處理結(jié)果作為檢校。
    處理流程為：GPS觀測數(shù)據(jù)下載及質(zhì)量檢查→基線處理→基線及閉合環(huán)精度分析→(無約束、約束)網(wǎng)平差及精度分析→質(zhì)量檢核→提交成果。
    通過兩期(區(qū))骨架GPS網(wǎng)點(diǎn)的兩套處理成果比較表明，其差值最大為：△x=0.05m、△y=0.01m、△h=-0.09m?？梢钥闯?，兩期(區(qū))成果精度的一致性。
1.6 建立高程異常改正數(shù)字模型[2]
    根據(jù)國控點(diǎn)的兩套不同高程系統(tǒng)(WGS84及HH56)的高程成果，采用二次曲面建立探區(qū)高程異常改正數(shù)學(xué)模型。
    經(jīng)最小二乘法平差處理后建立的高程異常數(shù)值模型展繪的等值線與國家測繪局提供的1:100萬高程異常等值圖是一致的，但局部刻畫更為準(zhǔn)確。同時(shí)以數(shù)字模型方式建立的高程異常改正系統(tǒng)，便于計(jì)算軟件對觀測點(diǎn)WGS84大地高的統(tǒng)一改正。
    經(jīng)空點(diǎn)法驗(yàn)證用此數(shù)學(xué)模型解算的HH56高程與已知高程最大差值：一期(區(qū))為0.11m、二期(區(qū))為0.046m，完全滿足物探GPS RTK放樣測量高程異常改正的精度要求。
2 物探放樣測量
    探區(qū)屬山地地形，最大相對高差760m，陡崖遍布工區(qū)，地形較為平緩地段又多為民居及其他建筑物。既要安全施工又要均勻覆蓋，因此在放樣測量前需確定激發(fā)、接收點(diǎn)放樣范圍。
2.1 GPS RTK物探放樣測量
    為更好的協(xié)調(diào)生產(chǎn)，將78臺(tái)GPS分為3個(gè)作業(yè)組，每作業(yè)組26臺(tái)GPS，按3套1(個(gè)基準(zhǔn)站)+7(個(gè)流動(dòng)站)基本組合形式組織實(shí)施。在施工前對所有GPS數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)的頻點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一，要求在各自施工區(qū)內(nèi)使用自己的頻段；在交界的區(qū)域流動(dòng)的電臺(tái)可使用鄰區(qū)作業(yè)組GPS基準(zhǔn)站的頻點(diǎn)，如此既各自為戰(zhàn)又相互兼顧，也提高了生產(chǎn)時(shí)效。
2.1.1施工技術(shù)措施
    1) 根據(jù)GPS控制測量求解轉(zhuǎn)換參數(shù)和建立區(qū)域高程異常改正模型。
    2) 利用GPS RTK相對定位技術(shù)特點(diǎn)，基準(zhǔn)站的GPS參數(shù)中輸入BJ54平面坐標(biāo)和WGS84大地高；流動(dòng)站與基準(zhǔn)站輸入同樣的WGS84與BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，這樣流動(dòng)站在實(shí)時(shí)放樣測量時(shí)可獲得BJ54平面坐標(biāo)，及時(shí)檢校放樣標(biāo)定的坐標(biāo)位置是否滿足設(shè)計(jì)的要求。
    3) 放樣激發(fā)、接收點(diǎn)的高程基于WGS84系統(tǒng)的大地高，通過高程異常改正數(shù)字模型對所有激發(fā)、接收點(diǎn)的WGS84系統(tǒng)大地高的改正，獲得準(zhǔn)確的HH56高程值。
2.1.2 RTK測量資料處理
    Leica GPS定位測量資料以其特有的數(shù)據(jù)庫形式保存，因此需先采用Leica Geo Office軟件對RTK測量數(shù)據(jù)處理并導(dǎo)出激發(fā)、接收點(diǎn)的BJ54平面坐標(biāo)和WGS84大地高。
    使用川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司自主開發(fā)的《物探測量工具》軟件對激發(fā)、接收點(diǎn)平面坐標(biāo)放樣是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行判定，對符合放樣要求的激發(fā)、接收點(diǎn)統(tǒng)一進(jìn)行WGS84大地高的改正。
2.2 全站儀導(dǎo)線、極坐標(biāo)放樣測量[3]
    由于受山地地形及植被影響，區(qū)內(nèi)部分地段GPS RTK無法施工或施工效率極低，因此在LG工程中仍投入了一定數(shù)量的全站儀施工。
    在施工中，使用了“物探專用全站儀”——基于Leica TPS系列用戶軟件開發(fā)平臺(tái)(GeoBasic)，這是專為物探測量開發(fā)的導(dǎo)線測量及極坐標(biāo)放樣測量機(jī)載軟件——“石油物探TPSGeoSv”，實(shí)現(xiàn)了野外測量、數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算及質(zhì)量檢核等功能于一體，不合格的觀測數(shù)據(jù)能在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和返測，杜絕了事后返工，提高了質(zhì)量和效率。
    常規(guī)導(dǎo)線測量及激發(fā)、接收點(diǎn)放樣測量資料，統(tǒng)一采用川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司自主研發(fā)的《WinGeoSv物探導(dǎo)線資料處理》軟件進(jìn)行處理，流程如下：建立文件名→控制點(diǎn)引用→磁卡數(shù)據(jù)錄入→原始數(shù)據(jù)站點(diǎn)名編輯→數(shù)據(jù)檢查→導(dǎo)線平差計(jì)算→支導(dǎo)線計(jì)算及檢校→激發(fā)、接收點(diǎn)平面及工程坐標(biāo)推算→檢核激發(fā)、接收點(diǎn)的放樣范圍→處理報(bào)告。
    由于該軟件自動(dòng)化、智能化程度高，可很快完成資料的分析、處理。
2.3 完成工作量及質(zhì)量分析
    LG工程實(shí)際放樣測量激發(fā)點(diǎn)112775個(gè)、接收點(diǎn)267657個(gè)，采用GPS RTK放樣的激發(fā)、接收點(diǎn)264671個(gè)，占總工作量的69.57%。
    GPS RTK放樣測量點(diǎn)位中誤差±0.06m，高程中誤差±0.05m。
    測線交叉聯(lián)測9 046點(diǎn)，聯(lián)測點(diǎn)位中誤差±0.46m，高程中誤差±0.19m；各級復(fù)測檢查8608點(diǎn)，復(fù)檢點(diǎn)位中誤差±0.27m、高程中誤差±0.13m。
3 SeisPIMS系統(tǒng)的運(yùn)用
    SeisPIMS系統(tǒng)全稱為“地震勘探信息管理系統(tǒng)”，是專為油氣勘探實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、野外施工數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)過程監(jiān)控、質(zhì)量分析及輔助決策開發(fā)的一套物探專用GIS系統(tǒng)平臺(tái)，該系統(tǒng)不只是針對某一個(gè)勘探項(xiàng)目做的GIS，而是作為對項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合管理建立的一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)E4-53。
    通過SeisPIMS系統(tǒng)的使用，實(shí)現(xiàn)了以下6方面的管理：
    1) 項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，包括測線設(shè)計(jì)坐標(biāo)、物探參數(shù)、測量控制點(diǎn)、障礙物及圖形管理。系統(tǒng)直接引用JPG等格式的圖形文件作為底圖，直接導(dǎo)入或手工輸入測線設(shè)計(jì)坐標(biāo)、控制點(diǎn)坐標(biāo)、障礙邊界坐標(biāo)(可來源于手持GPS文件)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可視化勘探信息管理。
    2) 以測線為單位建立激發(fā)、接收點(diǎn)測量成果、探鉆信息、資料采集(激發(fā)、接收)信息庫。
    3) 建立二、三維勘探炮檢關(guān)系、推算二維測線覆蓋次數(shù)，并實(shí)現(xiàn)可視化管理三維束線及排列片的炮、檢關(guān)系，輔助驗(yàn)證施工炮、檢關(guān)系的正確性。
    4) 測量數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)不僅對物探信息進(jìn)行管理，同時(shí)具備常規(guī)導(dǎo)線測量及GPS RTK放樣測量資料的處理功能。用該系統(tǒng)建立的區(qū)域高程模型與我公司自己開發(fā)軟件對RTK測量成果高程的處理完全一致。
    5) 可視化二維勘探測線的設(shè)計(jì)。根據(jù)測線剖面、滿覆蓋端點(diǎn)以及井控端點(diǎn)等要求，可直接在圖形上進(jìn)行測線設(shè)計(jì)；同時(shí)具備測線過障礙物時(shí)對拐點(diǎn)設(shè)計(jì)、測線平移、伸長縮短等變更及單點(diǎn)偏移設(shè)計(jì)等功能。
    6) GPS導(dǎo)航功能。與手持GPS連接可實(shí)現(xiàn)本機(jī)導(dǎo)航。
    除上述等功能在LG工程實(shí)現(xiàn)對物探信息成功管理外，還測試了系統(tǒng)自主導(dǎo)航、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、生產(chǎn)進(jìn)度管理、各類報(bào)表(圖)的輸出等功能，取得了良好效果。
4 結(jié)束語
    通過3S技術(shù)的充分、合理運(yùn)用及科學(xué)、嚴(yán)密的施工組織，按期、優(yōu)質(zhì)、高效完成了LG工程物探測量工作，資料于2007年4月27～28日順利通過專家組的驗(yàn)收。
    P6數(shù)據(jù)分辨只有5.8m，一定程度上影響到高精度地震勘探激發(fā)、接收點(diǎn)平面位置的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
    GPS RTK技術(shù)正向VRS(虛擬參考站)方向發(fā)展，它使有限的設(shè)備覆蓋更大區(qū)域，且定位精度穩(wěn)定、誤差分布均勻；但對于物探測量這類設(shè)備投入密集、流動(dòng)性大的施工方法，采用GPRS/CDMA通信建立單基站網(wǎng)絡(luò)RTK測量將更為高效。
    SeisPIMS系統(tǒng)集物探采集數(shù)據(jù)處理、信息管理分析、計(jì)算機(jī)輔助成圖等功能于一體，構(gòu)成了一套具備施工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)指揮、質(zhì)量監(jiān)控、領(lǐng)導(dǎo)決策等多種能力的物探專業(yè)綜合信息管理平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng)，等.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1998.
[2] 吉淵明，趙水泉.曲面擬合法求GPS網(wǎng)正常高的幾點(diǎn)認(rèn)識[J].測繪通報(bào)，1998，34(7)：18-20.
[3] 楊柳，YANG LIU.全站儀的二次開發(fā)——兼談TPS1000系列全站儀機(jī)載物探測量軟件[J].測繪通報(bào)，2000，36(10)：38-40.
[4] 樊紅，詹小國.Arc/Info應(yīng)用與開發(fā)技術(shù)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.
[5] 費(fèi)鮮蕓，張志國，高祥偉，等.SPOT5城區(qū)影像幾何精校正點(diǎn)位和面積精度研究[J].測繪科學(xué)，2007，32(1)：105-107.
 
(本文作者：楊柳 劉文榮 周彬 王南力 鄒光彬 川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司)