地震勘探中測量技術的運用

王秉義

摘要：本文以剛果（金）Ndunda區塊二維石油勘探工程測量施工為例，敘述測量技術從靜態組網、RTK放樣、全站儀放樣等工作方式在地震勘探施工中的運用。

關鍵詞：地質勘探；靜態；RTK；全站儀

顧名思義，地震勘探就是指人工激發所引起的彈性波利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析人工地震產生的地震波在地下的傳播規律，推斷地下巖層的性質和形態的地球物理勘探方法。

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

測量工作是地震勘探野外工作中的一部分，如何高效、準確的完成測量工作就顯得至關重要。GPS技術的引入雖在很大程度上解決了上述問題，但由于野外工區自然環境復雜，有些時候還不得不選用全站儀對工區特殊地域進行導線測量。

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

1.二維勘探區首級控制網的建立

1.1工區介紹

Ndunda二維石油勘探區塊位于剛果（金）西部，測區西部距剛果（金）西部重鎮莫安達市30km，工區內大多是平原草地，并伴有原始森林、河流、沼澤、溝谷等，小型村莊、部族分布密集。區內交通主要以村莊土路為主，交通不便，雨季無法通行。本次勘探工程共設計二維測線18條，總計414.51km。

1.2工作依據

本次測量施工依照SY/T5171-2003《石油物探測量規范》《剛果（金）Ndunda區塊二維地震勘探施工設計》及甲方有關規定進行，具體測量基準參數如下：

橢球體：WGS-84

基準面：WGS-84

長半軸（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：33S

中央子午線經度：15°E

起始緯度：0°S

偽東向：500000

偽北向：10000000

1.3二維測區首級控制網的建立

工區內使用的地形圖或已知控制點資料，均由甲方提供。本次已知控制點包括SURESTREAM公司提供的SS01、SS02、SS03、SS04點和2009年度我院提交的自建控制點DC04、DC06、DC09、DC11，共計8個控制點。已知控制點WGS-84大地坐標及UTM網格坐標成果分別見表1、表2：

本次工區首級控制網的建立由于測區地勢、地形較復雜，地表多被樹林、沼澤、河流，草地、村莊所覆蓋，共投入Trimble5700雙頻GPS接收機7臺，歷時7天，采用靜態觀測以邊連式聯測全部已知控制點并加密控制點2個，分別命名為DC12、DC13。測區首級控制網如下圖1所示：

點位選擇完全B按照/相關規范進行，在點位確定以后，均埋設混凝土標石，并在混凝土標石注明“CCGPI”字樣及點名，首先根據GPS星歷預報、接收機臺數和交通情況制訂詳細的觀測計劃，控制測量方法及技術要求（表3、表4），

其次在施測過程中認真填寫控制測量點之記及GPS控制測量觀測記錄表，每站觀測時，在開機前量測天線高兩次，關機后量測天線高一次，量測之差不大于3mm，取其平均值作為天線高；不測氣象元素，只記錄天氣狀態。要求觀測員須細心操作，認真完成每一項工作并符合要求后再遷站。最后，靜態數據處理全部采用隨機軟件TGO處理，處理步驟包括：

（1）檢查外業數據采集是否符合調度命令和規范要求；（2）對野外原始記錄數據進行編輯、整理，確定解算方案，用TGO軟件進行基線向量處理；（3）進行WGS—84坐標系統下無約束平差；（4）進行UTM坐標系統下約束平差；（5）對控制網資料進行整理和檢查。經計算，最后加密控制點成果滿足設計要求，WGS—84坐標系統下無約束平差成果見表5，UTM坐標系統下約束平差成果見表6。

2.快速靜態測量在工區的應用

快速靜態測量即在一個已知測站上安置一臺GPS接收機作為基準站，連續跟蹤所有可見衛星，移動站接收機依次到各待測測站，每測站觀測數分鐘以得到相應坐標值。快速靜態測量在本工區主要應用于測線端點測量及測線控制點（全站儀放樣基點）測量，本次施工中采用快速靜態方法施測滿足如下要求：（1）衛星高度角≥10°；（2）有效觀測衛星總數≥5顆；（3）觀測時段長度一般≥10min；（4）每時段中任一衛星有效觀測時間≥5min；（5）數據采樣方式L1、L2雙頻采集；（6）點位幾何圖形強度因子PDOP≤8。

測線控制點及測線端點的野外觀測滿足規范快速靜態外業觀測要求。其檢核限差要求如下：

△X≤0.2m、△Y≤0.2m、△H≤0.4m。

全區采用快速靜態方式施測測線控制點及測線端點共計547個，全部符合規范要求。

3. RTK定線測量及全站儀導線測量在工區的應用

本次測量施工因地勢、地形的原因，按照相關技術規范及技術要求采用GPS實時動態（RTK）與全站儀坐標放樣相結合的方法進行二維地震勘探測線物理點的放樣工作

RTK（Real-timekinematic，實時動態）載波相位差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標。GPS中繼站是對GPS參考站信息的中轉和延續系統。在本次測量過程中結合使用GPS中繼站，將有利于增大GPS參考站信號的覆蓋范圍，大大提高測量施工的質量和工作效率。

RTK測量法主要適用于平原、草地等對天視角開闊，沒有成片的障礙物，通訊方便的地區。

全站儀作業方法為導線結合極坐標放樣測量方法，即利用測線控制點為起、閉點，按規范要求采取附合導線形式進行導線布設（在特殊困難地區，可采用支導線形式進行布設，導線布設長度不超過4km），每測站觀測一測回，在導線測量的同時進行物理點極坐標放樣測量，物理點的坐標與高程采用單站半測回測定。

全站儀主要應用在叢林、沼澤、河流、溝谷等GPS不能進行RTK作業的地區。

3.1 RTK測量作業

（1）GPS參考站的設置。每天施工前，根據施工測線的位置選擇合適的控制點作為GPS參考站，并按規范要求將GPS接收機安置在控制點上，正確設置儀器參數和測站坐標。參考站一般采用外置電臺，應盡可能加高電臺天線，加大基準站信號覆蓋范圍。

GPS參考站的選擇滿足以下要求：①GPS參考站建立在控制網點或加密GPS點上，并保證電臺天線架設具有一定的高度。②布設參考站時，參考站至流動站距離不超過20km。參考站每隔50km進行一次檢核。檢核點可以是控制點，也可以是不同參考站觀測的物理點，需滿足復測檢查點限差要求。

（2）流動站作業。每天進行RTK作業前，先對儀器設備連接和儀器參數進行檢查，檢查無誤后還在控制點或已測物理點上進行檢測，檢測合格后，才進行RTK作業。

流動站作業基本要求如下：①流動站作業時，距參考站距離不超過20km。②流動站接收機觀測的衛星數不少于5顆，衛星高度角大于10°，PDOP≤8，采樣間隔≥1s。③流動站天線穩定后，方可記錄物理點點位信息；④按規范要求對物理點進行復測檢核。

3.2全站儀測量作業

（1）測站的設置。在進行物理點放樣前，首先在測線控制點上設置全站儀，確保儀器對中、整平、穩固后，進行儀器參數設置和測站坐標設置，照準后視方向并定向后，即可進行導線測量和物理點放樣工作。

（2）導線觀測技術要求。①邊長測量：野外觀測時進行加常數、乘常數和氣象改正及儀器說明書規定的其他改正；每一邊長進行正倒鏡往返觀測，讀數精確到0.01m，每次互差不大于0.05m，最大邊長不超過2km。②角度測量：水平角和天頂距采用測回法觀測一測回，同一測回內兩倍照準差互差（2C互差）不大于45"，豎盤指標差互差不大于45"。③野外改正：以下幾項改正在野外現場進行：

A、距離投影到大地水準面的改正；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）物理點極坐標放樣要求。①物理點的坐標高程采用半測回法進行，與導線測量同時進行；②野外改正同上；③補測與重測：測站及物理點資料不符合要求，當站發現的當站補測，資料處理時發現的必須重新設站進行觀測。

3.3物理點復測作業

在GPS和全站儀放樣作業過程中，按規范要求對控制點和物理點進行復測，復測的目的是為了檢查儀器設置是否正確，GPS參考站與流動站之間的差分信號是否正常。

在下列情況之一時，應復測2個以上物理點或復測兩次單個控制點進行檢核后才能進行施工。

（1）每日施工前；（2）搬遷新的基準站；（3）全站儀重新對中整平或后視方向改變后；（4）儀器關機后重新開機；（5）接收機或控制器內的數據或參數更新后。

根據規范要求，整個工區復測物理點數不得少于物理點總數1%。物理點復測檢核限差要求如下：

復測物理點的檢核限差：△X≤0.6m、△Y≤0.6m、△H≤1.0m。

RTK及全站儀放樣數據均使用BGP提供的SSOFFICE軟件進行處理。

綜上所述，本次測量施工歷時三個多月共計完成二維測線18條、413.01km，其中全站儀導線放樣測線181.2km，RTK放樣231.81km；全區實測物理點20660個，復測物理點440個，全區總復測率為2.13%，點位精度均符合相關要求，質量統計如表7所示。

通過上述實例我們不難看出：

（1）GPS測量具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的工作特點，具有良好的抗干擾性；（2）GPS測量高效率、高精度，操作簡單可降低勞動強度；（3）GPS測量受限空間小，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測量手段，工作效率比RTK放樣稍低，但在特殊地域因其工作不需要衛星信號、不受室內外環境影響，故GPS無法完全代替全站儀施工；（5）RTK+全站儀放樣相結合的工作模式取長補短，相輔相成，即可保證測量精確、時效，又可有效地降低空點率，為后續工作提供有力的支撐。

參考文獻：

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

[2]全球定位系統原理及應用劉基余測繪出版社.