遙感數據和地理信息系統在地震數據采集中的應用

摘 要

摘要：在復雜地表條件下，如何優化地J震測線部署和觀測系統設計，合理選擇試驗點，監控野外施工質量，合理組織、安排生產設備與施工班組以及HSE管理等系列問題一直是野外采集工作的難
摘要：在復雜地表條件下，如何優化地J震測線部署和觀測系統設計，合理選擇試驗點，監控野外施工質量，合理組織、安排生產設備與施工班組以及HSE管理等系列問題一直是野外采集工作的難點。為此，利用高分辨率遙感影像與數字高程模型(DEM)，并結合地理信息系統(GIS)，形成一套綜合技術；探討了其在油氣地震勘探采集設計、監控生產動態和生產質量等方面的應用情況。應用結果表明，采用該套技術后地震勘探采集設計更加科學，采集設備和施工班組的安排更加合理，有助于在復雜地表條件下獲得高品質的地震資料。
關鍵詞：地震數據；野外記錄；遙感圖像；采集數據；設計；監視控制；技術；應用
0 引言
    地理信息系統(GIS)是20世紀60年代發展起來的一門新技術，即在計算機的支持下，將空間數據錄入存儲，并可對大量的空間數據及其屬性信息進行高效的分析。遙感技術則是一種從遠距離、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、傳輸和處理等技術過程，識別地面物體的性質和運動狀態的現代技術系統[1]。利用遙感技術獲取的高分辨率遙感數據為GIS提供了高質量的空間數據，而GIS則為處理和分析這些空間數據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。將經過融合處理和正射糾正后的遙感影像及數字高程模型(DEM)加載到GIS軟件中，可以準確為地震勘探施工設計和野外采集提供地貌特征、地表巖性、人文、交通、水文、構造特征等直觀性信息。因此，該項技術在油氣地震勘探野外采集中發揮了越來越重要的作用。遙感技術和地理信息系統在地震勘探野外采集中應用主要有以下兩大方面。
1 指導地震勘探采集設計
1.1 優選探區與調整測線部署
    利用經過不同波段組合處理后的遙感數據能夠解譯出某一地區的地表巖性、地面構造(斷層、裂縫以及圈閉)、隱伏構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，再對影像進行正射糾正、地面精校[3]等處理。以GIS軟件為平臺，可以根據需要將歷年的勘探部署(包括測線部署)圖、地質研究成果圖(如儲層預測展布圖)與遙感影像數據疊合在一起，據此可以分析以下幾方面：①不同區帶的勘探程度；②不同區帶的勘探前景，可以對擬進行地震勘探的區帶進行優選，選擇那些勘探程度低、具有良好勘探前景的區塊進行勘探；③可對擬部署的地震測線進行優化布設[4～5]。
1.2 指導和優化觀測系統的設計
    觀測系統的設計是地震勘探野外采集施工的重要工作之一，也就是優選激發點、接收點的位置。觀測系統的設計是否優化對能否獲取高品質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字模型疊入GIS系統中。利用這些直觀的信息，可在室內精心做好各種復雜地表如高陡山區、丘陵、水網及城鎮等地區的觀測系統設計。充分利用有利于激發或接收的地表條件，預先做好激發點、接收點的偏移設計工作，使激發點、接收點盡可能分布均勻，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，以保證觀測系統屬性的一致性和地震采集的資料品質，并減少野外施工的盲目性和重復工作。
    在此基礎上，利用克浪軟件、綠山軟件或山地之星等觀測系統設計軟件對地下目標地質體的覆蓋次數進行模擬論證，通過調整激發點和接收點的位置，使得覆蓋次數能夠滿足地質任務的要求，從而達到優化觀測系統的目的。
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，導入綠山軟件中對激發點和接收點進行逐點設計(見圖1)。通過調整激發點和接收點的位置，使觀測系統覆蓋次數達到最優化設計。并將其坐標導出，上載到測量設備(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，提高了作業效率。
 
1.3 合理、科學選擇試驗點
    野外表層結構調查、激發井深試驗和激發藥量試驗結果是地震勘探野外采集設計、施工和資料處理的重要依據。為了獲取最佳的激發參數(激發井深、激發巖性和激發藥量)和準確的地表靜校正數據，必須進行表層結構調查、激發井深試驗和激發藥量試驗。而激發井深試驗方案必須依據野外表層結構調查結果而定，激發藥量試驗往往在激發井深試驗之后進行。開展表層結構調查首先必須合理、科學選擇野外表層結構調查試驗點位。以往常常通過現場實地調查來確定試驗點位，但由于工區范圍廣，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。
    而遙感影像能夠準確提供工區內豐富而又詳細的區域地質地貌信息，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。據此，可以快速選擇表層結構調查的試驗點位，整體設計表層結構調查控制點的密度，每個不同的地貌-沉積單元均有試驗點控制，在兩種不同沉積單元的過渡部位適當增加表層結構調查點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行施工，這樣既達到宏觀控制全工區表層結構變化的目的又保證了表層結構調查試驗結果的精度。
    在完成表層結構調查之后，就可以依據地表巖性的分布情況和表層結構調查結果，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定的地方優選激發井深、藥量的試驗點位，從而為地震勘探野外采集提供最佳的激發參數。
1.4 指導做好HSE管理工作
    在復雜地表如高陡構造區、水網、城鎮等工區進行地震勘探野外施工作業，必然會遇到陡崖、滑坡、水庫、河流、湖泊、城鎮、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、準確獲取上述信息，并從HSE管理理念出發，在開始施工之前對這些安全隱患進行施工作業風險識別和風險評估，在此基礎上預先做好施工穿越上述安全隱患地段的應急(或避險)預案；同時根據安全施工的原則，合理確定激發點(或接收點)與危險障礙之間的安全距離，指導野外施工，保證施工人員、財產的安全，進而確保施工的順利進行。
1.5 合理配置施工設備
    遙感影像可以準確提供工區內的地表地貌類型、地表巖石類型(巖性)、地表含水性、水系發育狀況和公路等信息，據此可以合理配置施工設備。包括：①根據地表出露的巖石類型(巖性)和地表含水性，合理選擇鉆機的類型和數量；②根據工區的地表地貌發育狀況、交通狀況，合理選擇交通運輸車輛類型和數量；③根據工區地形變化大小、植被發育程度和城鎮等施測障礙分布狀況，合理選擇測量設備(GPS測量儀和全站儀)和數量；④根據工區內大型水系發育情況，配備數量足夠的救生設備。
2 監控野外施工的生產動態和記錄質量
2.1 合理安排施工班組，指導野外施工
    在GIS中利用數字高程模型，合理布設測量控制點，提前進行GPS基準站的信號覆蓋情況模擬(圖2)，并結合交通路線的分布情況，合理安排導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基準站的GPS信號。如遇深溝或夾溝等信號盲區，利用地形高差變化和交通情況，合理調配和架設中繼站，提高施測效率。
 
    為了合理配置鉆機資源，實現在經濟、合理的情況下盡快完成一條測線的鉆井工作，使后續的采集工作能夠順利展開，鉆機的安排、調度顯得尤為重要。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，可以合理安排和調度鉆機進行施鉆。在水源缺乏地區，水源是鉆井施工的一大難題，而由于機場多、分布散、部分地段無公路等情況造成機場供水困難。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，為野外機場提供準確的水源信息。機場根據室內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，從而提高了鉆井進度。
2.2 監控野外施工質量
    當野外施測工作完成后，將處理后的實測物理點(激發點和接收點)成果加載入GIS軟件中，并疊合在遙感影像之上，據此可以檢查理論設計點與實測點的符合率；并通過實測激發點和接收點的位置分布情況對實測物理點的偏移合理性進行監控，從而確定野外質量檢查的重點。
    監控物理點的分布是監控野外施工質量的一個重要方面。根據激發點、接收點所處的地形條件、地表地震地質條件、構造部位，分析和確定影響資料品質的主要因素，并提出改善相應條件下資料質量的針對性措施。
3 結束語
    地震勘探野外采集應根據勘探精度選擇不同分辨率的遙感影像，分辨率優于2.5m的影像可滿足精細三維逐點設計。目前遙感影像產品主要有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，影像產品不斷增多。2006年10月，中國衛星地面接收站開始代理接收Et本ALOS衛星數據，其分辨率高達2.5m，但價格卻是Spot影像的1/10。隨著衛星傳感器技術的不斷發展，遙感影像價格持續下降，遙感技術在油氣勘探中的應用更為廣闊。
參考文獻
[1] 周成虎，駱劍承，楊曉梅.遙感影像地學理解與分析[M].北京：科學出版社，1999.
[2] 朱亮濮.遙感地質學[M].北京：地質出版社，1994.
[3] 閻世信，劉懷山，姚雪根.山地地球物理勘探技術[M].北京：石油工業出版社，2000.
[4] 黨安榮，王小棟，陳小峰，等.Erdas Imagine遙感圖像處理方法[M].北京：清華大學出版社，2003.
[5] 丁偉.鎮巴復雜山地地震采集質量影響因素分析[J].石油物探，2006，45(4)：418-422.
 
(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)