遙感數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)在地震數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

摘 要

摘要：在復(fù)雜地表條件下，如何優(yōu)化地J震測線部署和觀測系統(tǒng)設(shè)計，合理選擇試驗點(diǎn)，監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織、安排生產(chǎn)設(shè)備與施工班組以及HSE管理等系列問題一直是野外采集工作的難
摘要：在復(fù)雜地表條件下，如何優(yōu)化地J震測線部署和觀測系統(tǒng)設(shè)計，合理選擇試驗點(diǎn)，監(jiān)控野外施工質(zhì)量，合理組織、安排生產(chǎn)設(shè)備與施工班組以及HSE管理等系列問題一直是野外采集工作的難點(diǎn)。為此，利用高分辨率遙感影像與數(shù)字高程模型(DEM)，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)，形成一套綜合技術(shù)；探討了其在油氣地震勘探采集設(shè)計、監(jiān)控生產(chǎn)動態(tài)和生產(chǎn)質(zhì)量等方面的應(yīng)用情況。應(yīng)用結(jié)果表明，采用該套技術(shù)后地震勘探采集設(shè)計更加科學(xué)，采集設(shè)備和施工班組的安排更加合理，有助于在復(fù)雜地表條件下獲得高品質(zhì)的地震資料。
關(guān)鍵詞：地震數(shù)據(jù)；野外記錄；遙感圖像；采集數(shù)據(jù)；設(shè)計；監(jiān)視控制；技術(shù)；應(yīng)用
0 引言
    地理信息系統(tǒng)(GIS)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門新技術(shù)，即在計算機(jī)的支持下，將空間數(shù)據(jù)錄入存儲，并可對大量的空間數(shù)據(jù)及其屬性信息進(jìn)行高效的分析。遙感技術(shù)則是一種從遠(yuǎn)距離、高空乃至外層空間的平臺上，利用可見光、紅外線、電磁波等探測儀器，通過影像掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理等技術(shù)過程，識別地面物體的性質(zhì)和運(yùn)動狀態(tài)的現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)[1]。利用遙感技術(shù)獲取的高分辨率遙感數(shù)據(jù)為GIS提供了高質(zhì)量的空間數(shù)據(jù)，而GIS則為處理和分析這些空間數(shù)據(jù)提供了一個良好的平臺，并有效提升遙感圖片的信息獲取能力。將經(jīng)過融合處理和正射糾正后的遙感影像及數(shù)字高程模型(DEM)加載到GIS軟件中，可以準(zhǔn)確為地震勘探施工設(shè)計和野外采集提供地貌特征、地表巖性、人文、交通、水文、構(gòu)造特征等直觀性信息。因此，該項技術(shù)在油氣地震勘探野外采集中發(fā)揮了越來越重要的作用。遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)在地震勘探野外采集中應(yīng)用主要有以下兩大方面。
1 指導(dǎo)地震勘探采集設(shè)計
1.1 優(yōu)選探區(qū)與調(diào)整測線部署
    利用經(jīng)過不同波段組合處理后的遙感數(shù)據(jù)能夠解譯出某一地區(qū)的地表巖性、地面構(gòu)造(斷層、裂縫以及圈閉)、隱伏構(gòu)造以及重要的含油氣信息。由光譜特征還能夠揭示油氣微滲漏引起的地表土壤蝕變信息[2]等，再對影像進(jìn)行正射糾正、地面精校[3]等處理。以GIS軟件為平臺，可以根據(jù)需要將歷年的勘探部署(包括測線部署)圖、地質(zhì)研究成果圖(如儲層預(yù)測展布圖)與遙感影像數(shù)據(jù)疊合在一起，據(jù)此可以分析以下幾方面：①不同區(qū)帶的勘探程度；②不同區(qū)帶的勘探前景，可以對擬進(jìn)行地震勘探的區(qū)帶進(jìn)行優(yōu)選，選擇那些勘探程度低、具有良好勘探前景的區(qū)塊進(jìn)行勘探；③可對擬部署的地震測線進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)[4～5]。
1.2 指導(dǎo)和優(yōu)化觀測系統(tǒng)的設(shè)計
    觀測系統(tǒng)的設(shè)計是地震勘探野外采集施工的重要工作之一，也就是優(yōu)選激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)的位置。觀測系統(tǒng)的設(shè)計是否優(yōu)化對能否獲取高品質(zhì)的地震資料具有重要的影響。
    把高分辨率遙感影像和高程數(shù)字模型疊入GIS系統(tǒng)中。利用這些直觀的信息，可在室內(nèi)精心做好各種復(fù)雜地表如高陡山區(qū)、丘陵、水網(wǎng)及城鎮(zhèn)等地區(qū)的觀測系統(tǒng)設(shè)計。充分利用有利于激發(fā)或接收的地表條件，預(yù)先做好激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)的偏移設(shè)計工作，使激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)盡可能分布均勻，并且分布在巖性單一、地形高差變化小、地表相對濕度較大、表層相對堅硬的地表之上，以保證觀測系統(tǒng)屬性的一致性和地震采集的資料品質(zhì)，并減少野外施工的盲目性和重復(fù)工作。
    在此基礎(chǔ)上，利用克浪軟件、綠山軟件或山地之星等觀測系統(tǒng)設(shè)計軟件對地下目標(biāo)地質(zhì)體的覆蓋次數(shù)進(jìn)行模擬論證，通過調(diào)整激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的位置，使得覆蓋次數(shù)能夠滿足地質(zhì)任務(wù)的要求，從而達(dá)到優(yōu)化觀測系統(tǒng)的目的。
2007年，在海南臨高三維勘探項目中，購買了Spot 2.5m(成像時間為2006年12月)遙感影像，通過對多光譜和全色的融合和地面精校后，導(dǎo)入綠山軟件中對激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)設(shè)計(見圖1)。通過調(diào)整激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的位置，使觀測系統(tǒng)覆蓋次數(shù)達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計。并將其坐標(biāo)導(dǎo)出，上載到測量設(shè)備(GPS)中，大大減少野外測繪人員盲目選井，極大地方便了野外測量施工，提高了作業(yè)效率。
 
1.3 合理、科學(xué)選擇試驗點(diǎn)
    野外表層結(jié)構(gòu)調(diào)查、激發(fā)井深試驗和激發(fā)藥量試驗結(jié)果是地震勘探野外采集設(shè)計、施工和資料處理的重要依據(jù)。為了獲取最佳的激發(fā)參數(shù)(激發(fā)井深、激發(fā)巖性和激發(fā)藥量)和準(zhǔn)確的地表靜校正數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行表層結(jié)構(gòu)調(diào)查、激發(fā)井深試驗和激發(fā)藥量試驗。而激發(fā)井深試驗方案必須依據(jù)野外表層結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果而定，激發(fā)藥量試驗往往在激發(fā)井深試驗之后進(jìn)行。開展表層結(jié)構(gòu)調(diào)查首先必須合理、科學(xué)選擇野外表層結(jié)構(gòu)調(diào)查試驗點(diǎn)位。以往常常通過現(xiàn)場實地調(diào)查來確定試驗點(diǎn)位，但由于工區(qū)范圍廣，需要投入較多的人力、物力和財力，工作效率低，而且往往不能把握全局，控制精度低，不能滿足快速、高效的施工要求。
    而遙感影像能夠準(zhǔn)確提供工區(qū)內(nèi)豐富而又詳細(xì)的區(qū)域地質(zhì)地貌信息，包括地貌類型、巖石類型(巖性)、斷裂、褶皺、古河道、沖(洪)積扇、地表相對濕度(即地表含水性)等。據(jù)此，可以快速選擇表層結(jié)構(gòu)調(diào)查的試驗點(diǎn)位，整體設(shè)計表層結(jié)構(gòu)調(diào)查控制點(diǎn)的密度，每個不同的地貌-沉積單元均有試驗點(diǎn)控制，在兩種不同沉積單元的過渡部位適當(dāng)增加表層結(jié)構(gòu)調(diào)查點(diǎn)位并采用精度較高的微測井或雙井微測井的施工方法，在含水性較差的部位采用深井微測井進(jìn)行施工，這樣既達(dá)到宏觀控制全工區(qū)表層結(jié)構(gòu)變化的目的又保證了表層結(jié)構(gòu)調(diào)查試驗結(jié)果的精度。
    在完成表層結(jié)構(gòu)調(diào)查之后，就可以依據(jù)地表巖性的分布情況和表層結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果，針對不同的地層、不同的巖性，在巖性相對較為單一并且分布穩(wěn)定的地方優(yōu)選激發(fā)井深、藥量的試驗點(diǎn)位，從而為地震勘探野外采集提供最佳的激發(fā)參數(shù)。
1.4 指導(dǎo)做好HSE管理工作
    在復(fù)雜地表如高陡構(gòu)造區(qū)、水網(wǎng)、城鎮(zhèn)等工區(qū)進(jìn)行地震勘探野外施工作業(yè)，必然會遇到陡崖、滑坡、水庫、河流、湖泊、城鎮(zhèn)、輸氣(水、油)管線、通訊光纜、煤礦坑道等施工困難地段或施工安全隱患地段。利用遙感影像和GIS可以快速、準(zhǔn)確獲取上述信息，并從HSE管理理念出發(fā)，在開始施工之前對這些安全隱患進(jìn)行施工作業(yè)風(fēng)險識別和風(fēng)險評估，在此基礎(chǔ)上預(yù)先做好施工穿越上述安全隱患地段的應(yīng)急(或避險)預(yù)案；同時根據(jù)安全施工的原則，合理確定激發(fā)點(diǎn)(或接收點(diǎn))與危險障礙之間的安全距離，指導(dǎo)野外施工，保證施工人員、財產(chǎn)的安全，進(jìn)而確保施工的順利進(jìn)行。
1.5 合理配置施工設(shè)備
    遙感影像可以準(zhǔn)確提供工區(qū)內(nèi)的地表地貌類型、地表巖石類型(巖性)、地表含水性、水系發(fā)育狀況和公路等信息，據(jù)此可以合理配置施工設(shè)備。包括：①根據(jù)地表出露的巖石類型(巖性)和地表含水性，合理選擇鉆機(jī)的類型和數(shù)量；②根據(jù)工區(qū)的地表地貌發(fā)育狀況、交通狀況，合理選擇交通運(yùn)輸車輛類型和數(shù)量；③根據(jù)工區(qū)地形變化大小、植被發(fā)育程度和城鎮(zhèn)等施測障礙分布狀況，合理選擇測量設(shè)備(GPS測量儀和全站儀)和數(shù)量；④根據(jù)工區(qū)內(nèi)大型水系發(fā)育情況，配備數(shù)量足夠的救生設(shè)備。
2 監(jiān)控野外施工的生產(chǎn)動態(tài)和記錄質(zhì)量
2.1 合理安排施工班組，指導(dǎo)野外施工
    在GIS中利用數(shù)字高程模型，合理布設(shè)測量控制點(diǎn)，提前進(jìn)行GPS基準(zhǔn)站的信號覆蓋情況模擬(圖2)，并結(jié)合交通路線的分布情況，合理安排導(dǎo)線小組開始施測的位置，從而保證每個GPS施測小組在交通最方便的地方開始施測并能最大范圍地接收到來自GPS基準(zhǔn)站的GPS信號。如遇深溝或夾溝等信號盲區(qū)，利用地形高差變化和交通情況，合理調(diào)配和架設(shè)中繼站，提高施測效率。
 
    為了合理配置鉆機(jī)資源，實現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)、合理的情況下盡快完成一條測線的鉆井工作，使后續(xù)的采集工作能夠順利展開，鉆機(jī)的安排、調(diào)度顯得尤為重要。通過分析遙感圖像上的交通、地形、地表及井位的施測和施鉆完成情況等信息，可以合理安排和調(diào)度鉆機(jī)進(jìn)行施鉆。在水源缺乏地區(qū)，水源是鉆井施工的一大難題，而由于機(jī)場多、分布散、部分地段無公路等情況造成機(jī)場供水困難。利用遙感影像可以快速查找到水庫、河流分布情況及其距離測線的位置，為野外機(jī)場提供準(zhǔn)確的水源信息。機(jī)場根據(jù)室內(nèi)提供的這些水源信息采用階梯式抽水方式解決部分供水問題，從而提高了鉆井進(jìn)度。
2.2 監(jiān)控野外施工質(zhì)量
    當(dāng)野外施測工作完成后，將處理后的實測物理點(diǎn)(激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn))成果加載入GIS軟件中，并疊合在遙感影像之上，據(jù)此可以檢查理論設(shè)計點(diǎn)與實測點(diǎn)的符合率；并通過實測激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的位置分布情況對實測物理點(diǎn)的偏移合理性進(jìn)行監(jiān)控，從而確定野外質(zhì)量檢查的重點(diǎn)。
    監(jiān)控物理點(diǎn)的分布是監(jiān)控野外施工質(zhì)量的一個重要方面。根據(jù)激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)所處的地形條件、地表地震地質(zhì)條件、構(gòu)造部位，分析和確定影響資料品質(zhì)的主要因素，并提出改善相應(yīng)條件下資料質(zhì)量的針對性措施。
3 結(jié)束語
    地震勘探野外采集應(yīng)根據(jù)勘探精度選擇不同分辨率的遙感影像，分辨率優(yōu)于2.5m的影像可滿足精細(xì)三維逐點(diǎn)設(shè)計。目前遙感影像產(chǎn)品主要有Quick Bird(美國)、Spot(法國)、IRS(印度)等，分辨率分別為0.6m、2.5m和5.8m。高分辨率遙感影像價格昂貴，如Quick Bird售價為200元/km2，Spot5售價為44700元/景。近年來，遙感影像價格不斷下降，影像產(chǎn)品不斷增多。2006年10月，中國衛(wèi)星地面接收站開始代理接收Et本ALOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，其分辨率高達(dá)2.5m，但價格卻是Spot影像的1/10。隨著衛(wèi)星傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感影像價格持續(xù)下降，遙感技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用更為廣闊。
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(本文作者：周彬 楊柳 謝滔滔 向體剛 鄭家志 川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司)