3S技術在LG地區(qū)油氣勘探中的應用

摘 要

摘要：LG地區(qū)三維地震勘探是中國石油的重點勘探工程，三維滿覆蓋面積為2500km2、連附加段施工面積約5000km2；需測各類控制點近千個、導線5227km，放樣激發(fā)、接收點近40萬個。為此，全
摘要：LG地區(qū)三維地震勘探是中國石油的重點勘探工程，三維滿覆蓋面積為2500km2、連附加段施工面積約5000km2；需測各類控制點近千個、導線5227km，放樣激發(fā)、接收點近40萬個。為此，全面地采用了3S(RS、GPS、GIS)技術，一方面從總體上運用衛(wèi)星遙感(RS)影像成圖技術和數字高程模型系統(DEM)，實現室內對地震勘探的精確設計和對野外施工質量過程監(jiān)控；用GPS衛(wèi)星定位技術采取“首級控制、分期(區(qū))布網、首分網整體平差”方法布測物探GPS控制點，采用曲面擬合技術建立區(qū)域高程異常改正的數字模型；應用GPS RTK和全站儀導線測量等方法實現激發(fā)、接收點放樣測量，利用區(qū)域高程異常改正數字模型對GPS RTK測量的激發(fā)、接收點進行高程擬合。另一方面在引進《地震勘探信息管理系統(SeisPIMS)》物探專用GIS系統對測量等施32信息進行管理的基礎上，對這些技術數據的相互鏈接進行周密設計，并進行科學合理的施工組織，優(yōu)質、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勘探工程，包括迄今為止國內最大的陸上山地三維地震勘探項目(滿覆蓋面積2500km2、連附加段施工面積約5000km2)和二維勘探項目(剖面總長度超過600km)。勘探區(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立承擔資料采集、處理和解釋工作。測量上共投入雙頻GPS定位儀98臺，其中物探控制點布測20臺，物探放樣測量78臺；Leica Tps1100、1200系列全站儀43臺，其中二維勘探10臺、三維勘探33臺。參與測量施工的人員近1000人。按工程進度總體要求，測量必須在4個多月的時間內完成各類控制點近千個，導線5227km以及近40萬個激發(fā)、接收的放樣工作。工作量之大、工期之短、投入設備之多，前所未有。要組織好這一龐大的測量工程，實屬不易。為此，全面、充分地采用了3S(RS、GPS、GIS)等技術(RS另有專題論述)，進行了科學、細致、準確地設計和組織施工，優(yōu)質、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)標準，使用20臺雙頻GPS定位儀，采用靜態(tài)相位差分相對定位、邊(網)連接模式布測控制點，作為激發(fā)、接收點放樣測量的依據。
1.1 放樣測量對物探GPS控制點的要求
    1) 及時分期、分片提供地震資料采集所需的激發(fā)、接收點放樣測量成果。
    2) 78臺GPS和43臺全站儀同時鋪開實施激發(fā)、接收點放樣測量，在工區(qū)內需要大量的物探控制點。
    3) 山地地勢起伏較大、植被發(fā)育，GPS RTK數據鏈電臺信號傳輸距離受限制，采用符合導線測量時導線應盡快閉合平差處理。
    4) 便于GPS RTK放樣測量時對基準站使用控制點及參數輸入正確性檢校和常規(guī)導線測量啟閉點的需要，在每處布測1對GPS控制點(兩點距離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，首分網整體平差”的施工原則。即：首先在整個工區(qū)建立GPS骨架網，根據施工順序在骨架網基礎上分兩期(區(qū))進行GPS控制點加密；兩期(區(qū))加密GPS網分別連接骨架網的布測數據進行平差處理。這樣既能及時提供施工所需的物探控制點，又能保證整個網點精度的一致性。
1.2 國控點的聯測檢校
    探區(qū)可用的國家Ⅰ、Ⅱ等級三角點13個、國家B級GPS控制點2個和國家Ⅱ級水準點2個(圖1、2)，圖中綠色三角為三角點、五角星為GPS點、藍色圓圈為水準點。
 
    為驗證這些國家控制點精度的一致性，對上述所有點進行了GPS靜態(tài)同步4h連續(xù)觀測，并分別進行了以下3方面檢驗：
    1) 13個三角點間平面坐標(基于BJ54系統)精度符合性檢驗。
    2) 2個B級GPS控制點坐標(基于WGS84系統)精度符合性檢驗。
    3) 采用固定8個點建立高程模型擬合推算其他7個點的高程，將推算高程與已知高程值進行對比，驗證13個三角點和2個水準點高程(基于HH65系統)精度符合性檢驗。
    通過上述檢校，各項參數均符合SY/T 5171《石油物探測量規(guī)范》的技術要求，3類17個國家控制點可作為GPS控制網的起算依據。
1.3 骨架GPS網的建立
    為保證分期(區(qū))GPS網具有同等精度，及時提供GPS整網平差后的控制點成果，便于野外施工組織和GPS設備、車輛等資源的合理調配，在工區(qū)內布設了包括17個國家控制點在內的共49個GPS骨架網點(見圖1、2中較為分散的綠色小圓點)，該網承擔了以下兩方面工作：①建立整個探區(qū)高程異常改正數學模型；②作為兩期(區(qū))GPS網的共同起算數據，該網的GPS觀測數據將納入后兩期(區(qū))GPS網各自進行整體平差。
1.4 分期(區(qū))GPS網
1.4.1一期(區(qū))網
    要求在探區(qū)西北部放樣測量開始前，完成該區(qū)的GPS網的加密布測。一期(區(qū))網共加密568個物探控制點，其觀測數據與骨架GPS網點的觀測數據實施整體平差，作為該區(qū)域物探控制點的最終測量成果。
1.4.2二期(區(qū))網
    采用類似一期(區(qū))網的方法，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控制點布測。二期(區(qū))網共加密物探控制點418個，該網觀測數據與首級GPS網點的觀測數據實施整體平差，如期提供了物探控制點最終測量成果。
    采用兩期(區(qū))物探GPS控制測量的施工和各自與骨架GPS網觀測數據進行整體平差的方法，使兩期成果互不影響，既及時提供了高精度的控制點，且兩期(區(qū))GPS加密網點的精度具有高度的一致性。
1.5 GPS控制測量的數據處理及精度分析
    在施工及數據處理過程中為及時發(fā)現、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軟件處理結果為主，以GeoGenius2000軟件處理結果作為檢校。
    處理流程為：GPS觀測數據下載及質量檢查→基線處理→基線及閉合環(huán)精度分析→(無約束、約束)網平差及精度分析→質量檢核→提交成果。
    通過兩期(區(qū))骨架GPS網點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字模型[2]
    根據國控點的兩套不同高程系統(WGS84及HH56)的高程成果，采用二次曲面建立探區(qū)高程異常改正數學模型。
    經最小二乘法平差處理后建立的高程異常數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，但局部刻畫更為準確。同時以數字模型方式建立的高程異常改正系統，便于計算軟件對觀測點WGS84大地高的統一改正。
    經空點法驗證用此數學模型解算的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)、接收點放樣范圍。
2.1 GPS RTK物探放樣測量
    為更好的協調生產，將78臺GPS分為3個作業(yè)組，每作業(yè)組26臺GPS，按3套1(個基準站)+7(個流動站)基本組合形式組織實施。在施工前對所有GPS數據鏈電臺的頻點進行統一，要求在各自施工區(qū)內使用自己的頻段；在交界的區(qū)域流動的電臺可使用鄰區(qū)作業(yè)組GPS基準站的頻點，如此既各自為戰(zhàn)又相互兼顧，也提高了生產時效。
2.1.1施工技術措施
    1) 根據GPS控制測量求解轉換參數和建立區(qū)域高程異常改正模型。
    2) 利用GPS RTK相對定位技術特點，基準站的GPS參數中輸入BJ54平面坐標和WGS84大地高；流動站與基準站輸入同樣的WGS84與BJ54坐標系統的轉換參數，這樣流動站在實時放樣測量時可獲得BJ54平面坐標，及時檢校放樣標定的坐標位置是否滿足設計的要求。
    3) 放樣激發(fā)、接收點的高程基于WGS84系統的大地高，通過高程異常改正數字模型對所有激發(fā)、接收點的WGS84系統大地高的改正，獲得準確的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據庫形式保存，因此需先采用Leica Geo Office軟件對RTK測量數據處理并導出激發(fā)、接收點的BJ54平面坐標和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)、接收點平面坐標放樣是否符合設計要求進行判定，對符合放樣要求的激發(fā)、接收點統一進行WGS84大地高的改正。
2.2 全站儀導線、極坐標放樣測量[3]
    由于受山地地形及植被影響，區(qū)內部分地段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(GeoBasic)，這是專為物探測量開發(fā)的導線測量及極坐標放樣測量機載軟件——“石油物探TPSGeoSv”，實現了野外測量、數據記錄、計算及質量檢核等功能于一體，不合格的觀測數據能在施工現場發(fā)現和返測，杜絕了事后返工，提高了質量和效率。
    常規(guī)導線測量及激發(fā)、接收點放樣測量資料，統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物探導線資料處理》軟件進行處理，流程如下：建立文件名→控制點引用→磁卡數據錄入→原始數據站點名編輯→數據檢查→導線平差計算→支導線計算及檢校→激發(fā)、接收點平面及工程坐標推算→檢核激發(fā)、接收點的放樣范圍→處理報告。
    由于該軟件自動化、智能化程度高，可很快完成資料的分析、處理。
2.3 完成工作量及質量分析
    LG工程實際放樣測量激發(fā)點112775個、接收點267657個，采用GPS RTK放樣的激發(fā)、接收點264671個，占總工作量的69.57%。
    GPS RTK放樣測量點位中誤差±0.06m，高程中誤差±0.05m。
    測線交叉聯測9 046點，聯測點位中誤差±0.46m，高程中誤差±0.19m；各級復測檢查8608點，復檢點位中誤差±0.27m、高程中誤差±0.13m。
3 SeisPIMS系統的運用
    SeisPIMS系統全稱為“地震勘探信息管理系統”，是專為油氣勘探實現計算機輔助設計、野外施工數據管理、生產過程監(jiān)控、質量分析及輔助決策開發(fā)的一套物探專用GIS系統平臺，該系統不只是針對某一個勘探項目做的GIS，而是作為對項目數據信息進行綜合管理建立的一個基礎平臺E4-53。
    通過SeisPIMS系統的使用，實現了以下6方面的管理：
    1) 項目基礎數據管理，包括測線設計坐標、物探參數、測量控制點、障礙物及圖形管理。系統直接引用JPG等格式的圖形文件作為底圖，直接導入或手工輸入測線設計坐標、控制點坐標、障礙邊界坐標(可來源于手持GPS文件)等數據，實現可視化勘探信息管理。
    2) 以測線為單位建立激發(fā)、接收點測量成果、探鉆信息、資料采集(激發(fā)、接收)信息庫。
    3) 建立二、三維勘探炮檢關系、推算二維測線覆蓋次數，并實現可視化管理三維束線及排列片的炮、檢關系，輔助驗證施工炮、檢關系的正確性。
    4) 測量數據處理。該系統不僅對物探信息進行管理，同時具備常規(guī)導線測量及GPS RTK放樣測量資料的處理功能。用該系統建立的區(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計。根據測線剖面、滿覆蓋端點以及井控端點等要求，可直接在圖形上進行測線設計；同時具備測線過障礙物時對拐點設計、測線平移、伸長縮短等變更及單點偏移設計等功能。
    6) GPS導航功能。與手持GPS連接可實現本機導航。
    除上述等功能在LG工程實現對物探信息成功管理外，還測試了系統自主導航、坐標系統轉換、生產進度管理、各類報表(圖)的輸出等功能，取得了良好效果。
4 結束語
    通過3S技術的充分、合理運用及科學、嚴密的施工組織，按期、優(yōu)質、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收。
    P6數據分辨只有5.8m，一定程度上影響到高精度地震勘探激發(fā)、接收點平面位置的精準設計。
    GPS RTK技術正向VRS(虛擬參考站)方向發(fā)展，它使有限的設備覆蓋更大區(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備投入密集、流動性大的施工方法，采用GPRS/CDMA通信建立單基站網絡RTK測量將更為高效。
    SeisPIMS系統集物探采集數據處理、信息管理分析、計算機輔助成圖等功能于一體，構成了一套具備施工設計、生產指揮、質量監(jiān)控、領導決策等多種能力的物探專業(yè)綜合信息管理平臺。
參考文獻
[1] 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1998.
[2] 吉淵明，趙水泉.曲面擬合法求GPS網正常高的幾點認識[J].測繪通報，1998，34(7)：18-20.
[3] 楊柳，YANG LIU.全站儀的二次開發(fā)——兼談TPS1000系列全站儀機載物探測量軟件[J].測繪通報，2000，36(10)：38-40.
[4] 樊紅，詹小國.Arc/Info應用與開發(fā)技術[M].武漢：武漢大學出版社，2002.
[5] 費鮮蕓，張志國，高祥偉，等.SPOT5城區(qū)影像幾何精校正點位和面積精度研究[J].測繪科學，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)