煤田三维地震勘探放线测量精度的探讨与实践.pdf

第 2 9卷第 6期 2 0 0 5年 1 2月 物探与化探 GE OP HYS I C AL G EOC HEMI C AL E XP L ORA T I ON Vo 1 ． 2 9， No ． 6 D e c ． ， 2 0 0 5 煤 田三维地震勘探放线测量精度 的探讨与实践 杨文府 ， 张阳芳 ， 刘海平 ， 杨双安 1 ． 山西省煤炭地质物探测绘院， 山西 晋中0 3 0 6 0 0 ； 2 ． 中国矿业大学， 北京1 0 0 0 8 3 摘 要 讨论了煤 田三维地震勘探测量的限差关系、 精度和方法， 并应用到晋城成庄矿三维地震勘探测量放线工作 中， 提高了三维地震勘探测量的精度和工作效率， 有较高的实用价值。 关键词 三维地震勘探测量； 定位精度 ； 极限误差控制 中图分类号P 6 3 1 ． 4 ； T N 9 5 9 ． 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 08 9 1 8 2 0 0 5 0 6 0 5 4 8 0 3 煤田三维地震勘探测量工作的精确性直接影响 到资料采集、 处理、 解释的准确性 ， 其作业方法现已 发展成 以 G P S及光 电测距 导线控制测量和全 站仪 极坐标法放样测量， 精度大幅度提高， 完全满足煤炭 工业部 1 9 8 7年的 煤炭资源勘探工程测量规范 和 2 0 0 0年的 煤炭煤层气地震勘探规范 的要求。笔 者根据近年来的三维地震勘探测量工作情况及其限 差 ， 结合成庄矿煤 田三维地震勘探 ， 对其施工控制和 放线的精度和方法做一介绍。 1 各项限差关系和定位基准 1 ． 1 各项作业限差关 系 测量工作作为整个三维地震勘探的基础， 应保 证各勘探点的定位达到最低限差要求。根据极限误 差原则， 取2 倍标准中误差作为偶然误差的极限值， 即 A 阻 2 m。根据工程测量学可得标准 中误差 m为 m m m ， 其中标定误差 m标 比测量误 差 m 测 在施工中更难 以控制 ， 一般标定 误差取测量误差 的 倍 ， 其中测量误差包括控制点误差 m拈和放样点 误差 m 曲 ， 测量控制点精度高于放样点， 取放样误差 为施工控制点误差 倍 ， 即 m 2 m m 3 m 3 m m 。 1 推导出 m柠 - 4-0 ．1 7 A限； m放 0 ． 2 4 A限； 2 m标 - 4-0 ． 41 A限。 由公式 2 可知 ， 在晋城成庄矿三维地震勘 探施工 的限差要求为 2 m， 则整个施工测量控制点位限差 应不大于 0 ． 3 4 m， 三维地震勘探炮 、 检点放样限差 应不大于0 ． 4 8 m， 炮孑 L 、 检波器 的标 定误差不 大于 收稿 日期 2 0 0 50 53 0 0 ． 8 2 m， 所用仪器和施测方法， 要达到精度要求。 1 ． 2 复测较差关 系 对三维地震勘探控制点和放样点应使用相同的 仪器和方法进行 自检和复测 ， 以相 同的方法进行数 据处理后 ， 检测点 的较差应在 △ 控 √ l2 m控 一-4 - 0 ． 1 7 A m一0 ． 2 4 A 限， 3 最大不能超过 A 控 2 m控一-4 - 0 ． 3 4 A限 。 4 同理三维地震勘探放样点的较差 △ 放 ,／ 2 m 放 -4- 0 ． 3 4 A 限， 5 最大不能超过 △放 2 m放 0 ． 4 8 A限 。 6 至于检波器 、 炮孔施工标定误差及其较差 ， 应由 三维地震勘探项 目施工人员控制 ， 测量人员相配合 ， 但三维地震勘探测量控制点与放样点的精度， 在没 有勘探施工方的特殊要求下， 测量人员应使其达到 本文讨论要求， 当然这一切都是在 △ 限值确定的情 况下， 测量各项限差与精度才能确定。 1 ． 3 测量的定位基准 在煤 田三维地震勘探中矿方一般提供的是大地 坐标系 ， 而工程布置 图中炮 、 检点的线号和桩号实际 是相对坐标， 这就要求将大地坐标转换到相对坐标 系或将设计坐标转换到大地坐标系进行测量 图 1 ， 其中 、 Y为大地坐标 系坐标 ， O为大 地坐标原 点 ， A、 为相对坐标系坐标 ， O， 为相对坐标原点 o ， b 。 为 轴坐标系与 A坐标轴的正 向夹角 ， 即由 坐标 轴的北端起顺时针旋转到 A轴北端所转过 的 角度。从 图示关系中可得出如下关系式 { _ 。 A 。 。 日 s i n ， 7 ‘ I ， J 【 Y b Be o s a As i na 维普资讯 6 期 杨文府等 煤田三维地震勘探放线测量精度的探讨与实践 j _A 一 。 c o s y 一 6 s i n ， 8 【 日 Yb C O S O t 一 a s i n o t 。 在生产工作中， 一般应采用相对坐标系进行作 业。这是因为①炮、 检点的线号、 桩号与相对坐标一 致， 直观明了， 书写高效； ②地震采集仪器记录整型 易实现， 输入快； ③易满足三维地震处理软件的数据 格式的要求 。 图1 测量坐标的转换示意 2 测量的精度与作业方法 2 ． 1 布设控制点的精度与作业方法 目前， 三维地震勘探控制测量主要有 G P S控制 测量法和导线控制测量法。由公式 2 可知 ， 物探 放线平面控制点相对于起算点的点位中误差不超过 0 ． 0 8 △限 。在三维地震勘探施工 的限差为 2 m的 限定下， 按 全球定位系统 G P S 测量规范 M T ／ T 1 8 3 1 4 ． 2 0 0 1 中的 E级标准施测测区 中首级控制 点是可行的， 若限差提高可按照规范相应等级标准 进行施测 。而在 导线 测量 中， 当导线平 均长度 为 3 0 0 m， 则附合导线长度可达 3 ． 6 k m 。采用 2 ” 级测 距标称精度为 5 m m 5 1 0 D 的全站仪水平 角观测一个测 回， 垂直角往返观测 ， 边长往返观测 ， 导线全长闭合差能达到 1 ／ 1 2 0 0 0 ， 方位角闭合差在 2 4 √ 为测站数 ， 高程闭合差在 0 ． 1 m D 为导线长， 单位 k m ， 也是完全满足三维地震勘探 测量控制需要。在作业过程 中采用 哪种方法 ， 可根 据测区地形的实际情况而定 。 需要指出， 许多测量作业单位喜欢采用附合导 线进行逐级加密， 主要依据目前规范中有关一、 二、 三级导线和图根导线的规定。无疑附合导线具有许 多优点， 但由于多余观测少， 发现和抵抗粗差的能力 较弱， 不宜滥用。建立一个区域的控制， 首级网点采 用 G P S测量， 最好 用一个 等级 的导线 网做全 面加 密。从测量平差理论来看， 全面布设的导线网具有 更好的图形强度， 精密较均匀， 可靠性也较高。 2 ． 2 支导线布设的有关精度与方法 在布设支导线中， 末端点为其最弱点， 因此其末 端点精度必需满足三维地震勘探测量的精度要求 ， 当呈等边直伸形布设时， 一测回单项观测支导线末 端点相对起算点点位中误差计算公式为 m 2 末 2A 2 L L ， P u， 9 式中， m末为支导线末端点相对起算点点位中误差 ； m 为测角中误差； m 为每边测距中误差； A为单位 长度的测距 系统误差 ； L为支导线总长； 为支导线 的边数。 当用测角精度为 5 ” ， 测距标称精度为 5 m m 51 0 D 的全站仪时 ， 并设 A 0 ． 0 0 0 0 0 5 。由 公式 9 计算平均边长分别为 1 0 0 ， 2 0 0 ， 3 0 0 m， 支导 线边数取 1 ， 2 ， ⋯， 1 0时， 末端点相对起算点的点 位中误差见表 1 。 表 1 末端点相对起算点的点位中误差 m m 平均边长 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 0 0 9． 0 1 2 ． 6 1 6． 7 2 1 ． 3 2 6． 3 31 ． 8 3 7． 6 4 3． 8 5 O ． 4 2 0 0 1 3． 1 2 O． 3 2 8． 6 3 8． 0 4 8． 2 5 9． 3 71 ． 1 8 3 ． 7 9 6 ． 9 3 0 0 1 8 ． 0 28 ． 9 41 ． 5 5 5． 6 71 ． O 8 7． 7 1 0 5 ． 5 1 2 4 ． 4 1 4 4． 3 从上表可以看 出， 在限差允许范围内， 可以选择 支导线的站数 ； 由公式 9 可得 ， 当图根支导线总长 一 定时， 测站数越多， 其末端点精度就越低 ， 因此， 当 图根支导线总长一定时， 应尽量少设测站 ， 增大平均 边长以提高精度； 同时支导线检核条件少， 在施测支 导线 时应注意测左角和右角 ， 以便检核 。 2 ． 3 炮、 检点测量的精度与方法 在实际工作中， 尽管有直角坐标法、 方 向交会 法， 量距法、 极坐标法等多种放样方法， 但通常极坐 标法为全站仪放样 的主要方法 ， 因此讨论 它的精度 更有意义 。由极坐标法放样 的操作步骤 和方法可 知 ， 放样炮 、 检点 的点位误差 m放主要 由测 角误 差 m B引起 的横向误差 m 和测距误差 m 引起 的纵 向 误差 m． 和控制点位误差构成 图 2 ， 如果忽略控制 点位误差 ， 得 ． m一． ． m 2 前m mm t m 1 0 P 测距误差可分为 2部分 一部分是光速值误差 、 大气 折射率误差和测距频率误差等比例误差， 另一部分 是测相误差、 加常数误差、 对中误差等固定误差。只 要在工作前把棱镜参数设置正确 ， 仪器对 中整平 ， 取 常用测距仪标称精度为 5 m m 51 0 D ， 取放 维普资讯 5 5 0 物探与化探 图2 造成放样炮、 检点的点位误差的示意 样平均距离为 5 0 0 m， 则 m 5 5 0 0 ／1 0 0 0 5． 5 mm 测角误差 m。 包含 了仪器整平对 中误差 ， 目标偏 心 误差， 照准误差， 仪器自身测角精度以及外界因素的 影响。若所使用的仪器为 2 ， 取一测回测角中误差 为 1 2 ， 在实际放样 中， 一般只测半个测 回， 故取 m 1 2 1 7 。取横 向限差为 2 0 c m， 则 中误差为 1 0 c m， 由 尘≤1 0 c m得 s ≤1 2 1 3 m。 P 由公式 1 0 可以看出， 放样点位误差主要是测 角误差引起的， 因此在操作中应注意提高测角精度。 在三维地震勘探测量极坐标法放样炮、 检点中 应注意 1 在放样之前应对 控制点进行检查 ， 将 放样 得到的控制点坐标与已知成果进行比较， 确定差值 在精度允许范围内方可进行下一步工作， 否则应对 控制点成果及作业方法做进一步检查或对全站仪进 行检校， 直到达到要求为止； 2 在全站仪中应设置球气差改正， 以便使测 量成果 ， 特别是高程， 更接近真实值； 3 仪器在测站定 向时， 应后视 2个 已知方向 ， 以观察方位角的符合情况， 测站结束时， 应检查后视 方向归零差 ， 一般不得超过 1 7 2 级全站仪 。 3 成庄矿五盘区应用实例 晋城煤业集团成庄矿五盘区位于山西省晋城市 沁水县 ， 总施测 面积 9 ． 1 5 k m 。区内丛林密集且沟 谷发育， 最大相对高差为 3 9 1 m。若按传统方法施 测， 不仅精度难以保证， 而且工期较长， 费时费力。 用笔者介绍的方法作业， 3 个小组9人 其中6 人为 跑尺员 施测共用时4 0 d ， 效率比传统方法提高2～ 3 倍， 在日常测量工作中做到步步有检， 验收时勘探 平面点位中误差为 0 ． 2 2 m， 高程中误差为 0 ． 1 7 m， 满足了甲方的要求 ， 为后续三维地震数据采集及时 准确地提供资料， 提高了三维地震外业整体工效。 4 结语 笔者推导了煤 田三维地震测量中的各项 限差关 系， 介绍了在具体生产作业中的精度指标和作业方 法 。近 7年来 ， 开展 的 3 0多项 三维地震勘探 工作 中， 方法的有效性得到证实 ， 对今后进一步提高三维 地震测量工作的质量起到抛砖引玉作用。 参考文献 [ 1 ] 煤 炭 资源 勘探 工 程 测量 规 范 [ S ] ． 北京 煤 炭 工业 出版 社 ， 1 9 8 7． [ 2 ] M T ／ T 8 9 7 - 2 0 0 0煤炭煤层气地震勘探规范[ s ] ． 北京 煤炭工 业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] G B ／ T 1 8 3 1 4 2 0 0 1 全球定位系统 G P S 测量规范[ s ] ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4] 郝钧 ， 赵珉文 ， 姚国骧 ， 等． 三维地震勘探技 术[ M] ． 北京 石油 工业 出版社 ， 1 9 9 2 ． [ 5 ] 李青岳 ， 陈永奇． 工程测量学 [ M] ． 北京 测绘出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 6 ] 杨明强． 城市数字化测图支导线点设置问题的探讨[ J ] ． 测报 通报 ， 2 0 0 4 4 2 82 9 ． [ 7 ] 张正禄． 工程测量学的发展评述[ J ] ． 测绘世界， 2 0 0 0 1 1 2 1 4 A TENTATI VE DI S CUS SI ON ON THE PRECI S I ON OF EXPLORATI oN LI NE ARRANGEM ENT I N CoALFI ELD THREE． DI M ENSI oNAL S EI S M I C S URVEY YANG W e n- f u ， Z HANG Ya n g ． f a n g ， LI U Ha i ． p i n g ， YANG S h u a n g ． a n 1 ． S h a n x i I n s t i t u t e o fG e o p h y s i c a l S u r v e y f o r C o a l Geo l o g y， J i n z h o n g 0 3 0 6 0 0 ， C h i n a ；2 ． C h i n a U n i v e r s i t y o fMi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e l i mi t i n g e r r o r ，p r e c i s i o n a n d me t h o d o f t h r e e ． d i me n s i o n a l s e i s mi c s u r v e y i n t h e c o a l f i e l d。e x e mp l i ． fl e d b y t h e a p p l i c a t i o n o f t h e me o d t o t h e l i n e a r r an g e me n t o f t h r e e d i me n s i o n a l s e i s mi c e x p l o r a t i o n i n t h e Ch e n g z h u an g c o al mi n e o f J i n z h o n g P r e f e c t u r e ．T h e p r e c i s i o n o f t h e d a t a and t h e e f f i c i e n c y o f a c t u al o p e r a t i o n h a v e b e e n i mp r o v e d ．T h e me t h o d i s u s e d e f f e c t i v e l y i n t h e t h r e e d i me n s i o n a l s e i s mi c e x p l o r a t i o n ． Ke y wo r d s t h r e e d i me n s i o n a l s e i s mi c e x p l o r a t i o n s u rve y ； p o s i t i o n i n g p r e c i s i o n ； c o n t r o l o f l i mi t i n g e rro r 作者简介 杨文府 1 9 7 8一 ， 男 ， 山西应县人， 助理工程师，1 9 9 8年毕业于山西省煤炭工业学校工程测量专业 ， 现武汉大学武 大站工程测量专业函授学习， 主要从事基础控制， 煤田三维地震勘探测量和数字测图工作。 维普资讯