R8-GNSS在泌阳凹陷油气资源勘察中的应用

2010-11-08张凤彬

石油地质与工程 2010年1期

关键词：泌阳控制点基线

张凤彬

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南南阳473132)

R8-GNSS在泌阳凹陷油气资源勘察中的应用

张凤彬

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院,河南南阳473132)

泌阳凹陷属小型山间断陷,周缘受断层严格控制,地质地貌特征复杂,随着勘探开发程度的深入,对测量精度提出了更高的要求。为此,特引进了R8-GNSS全球卫星导航与定位系统,并系统地开展了该区GPS动静态控制网的建立、坐标转换参数的求取等项研究,且在实际工作中进行了实时动态RTK测量。现场应用表明,该系统定位精度高、成果可靠,完全能够满足油气资源勘察工作需要。

R8-GNSS;泌阳凹陷;资源勘察;GPS控制网建立;实时动态测量

泌阳凹陷位于高斯-克吕格投影六度分带法的第19度带内,属小型山间断陷,周缘受断层严格控制,西北为社旗凸起,南部和东部为桐柏山系,东北部为伏牛山系,平面上呈端部北指的扇形展布,剖面上构成南深北浅的箕状凹陷[1](图1)。随着勘探开发程度的提高,对油气资源勘察中井位坐标精度的要求也越来越高,现有的测量设备已无法确保该区勘探开发井位测量的精度需求。为了确保油气资源勘察开发工作的顺利开展,引进了 TrimbleR8-GNSS全球卫星导航与定位系统,该系统具有双星接收(可同时接收美国的 GPS和俄罗斯的 GLONASS两种卫星信号)、全球性、全天候、高精度和高效率等特点,但能否在地质地貌特征复杂的丘陵地区建立高精度的GPS动静态控制网、求取满足测量精度需要的转换参数、开发出适合河南油田油气勘探开发特点的数据处理与定位解算软件,实现R8 GNSS强大功能是实践应用 TrimbleR8-GNSS系统成败的关键。

图1 泌阳凹陷区域位置

1 选取坐标转换点及确定转换参数

TrimbleR8-GNSS全球卫星导航与定位系统是将卫星作为“飞行控制点”,利用三个星-机距离空间交会求得接收机所在位置的三维坐标。该坐标是以WGS-84椭球作为参考椭球(WGS-84坐标系下)的大地坐标,而工作中用到的坐标是以克拉索夫斯椭球作为参考椭球(北京-54坐标系下)的高斯平面直角坐标,两个参考椭球体不同,它们的坐标轴之间既不重合又不平行,存在着坐标参数转换问题(图2)。其转换原理如下[2]:OXYZ与O′X′Y′Z′分别为参心坐标系和地心坐标系。

首先保持原点O′不动,依次绕X′轴旋转θx角,绕Y′轴旋转θy角,绕Z′轴旋转θz角,而成为O′X″Y″Z″,其与OXYZ坐标系相应坐标轴平行,θx、θy、θz为三个旋转参数或定向参数。经过三次旋转,两坐标系的坐标轴基本平行,但还存在坐标差δX,δY, δZ(即平移参数)。另外由于卫星网与地面网测量尺度存在差异,定向标准也不一样,因此,坐标转换后还应考虑尺度因子K和定向系统差异性影响。其中,θx、θy、θz为三参数,θx,,θy,θz和尺度因子K为四参数,θx,,θy,θz,δX,δY,δZ和尺度因子K为七参数[3]。

图2 坐标系转换示意图

根据河南油田泌阳凹陷的实际情况,分别选择了测区内三个一样等级的国家控制点(双河地区的161,王集地区的翟庙,下二门地区的132)作为基准点,该点分布相对均匀,基本覆盖了整个油区。经过野外观测、数据采集、内业数据处理,求解WGS-84到北京-54坐标系的转换参数为:

根据经验公式:

该组参数符合经验公式要求,并经过大量生产实践对比验证,较为精确,完全能够满足泌阳凹陷勘探开发井位测量精度需要。

2 GPS控制网建立

2.1 野外施工

利用测区内现有的国家高等级控制点建立GPS动静态控制网,是进行各种油气资源勘察工作的基础。针对泌阳凹陷的地质地貌特征,经过多方面资料收集和现场实地踏勘,先后共布设静态控制点34个,动态控制点62个。其动静态GPS测量参数见表1,技术指标见表2。

表1 动静态GPS测量参数

首先利用下二门地区的四等控制点132、双河地区的三等控制点161、王集地区的四等控制点119和二等控制点翟庙四个高等级国家控制点,采用边连接方式,建立点间距离小于20km的静态控制网,实现了首级控制;然后在132、161、翟庙三个控制点上同步观测120min,求出基准转换三参数;最后利用测区内所有国家高等级控制点、GPS首级控制点和所求三参数进行动态测量,建立点间距离小于8km的加密控制点,同步观测60min,在固定解状态下,稳定1～2min后记录保存数据,建立泌阳凹陷GPS控制网。

表2 动静态GPS测量技术指标

2.2 数据处理

对野外采集的原始数据检验核查无误后,使用接收机数据处理软件 TrimbleGeomaticsOffice对全部观测数据进行基线解算和网平差计算。

首先依据RMS、RDOP、RATIO、同步环闭合差、异步环闭合差和重复基线较差,选取质量好的基线向量构成闭合的几何图形[4],优选边长较短能构成边数较少的异步环基线向量,构建GPS基线向量网;然后进行GPS网WGS-84坐标系下的三维无约束平差:评定 GPS网的内部符合精度、判别处理粗差基线、提供高程拟合所需大地高程数据,当X方检测不能通过时,加入各基线向量观测值的权,再平差,直到通过为止;最后以已知边长、方位和地面点的三维大地坐标作为起算数据,引入边长、角度和方向等地面观测值,进行约束平差或联合平差。

3 实时动态RTK测量

TrimbleR8-GNSS作为新一代的全球卫星导航与定位系统,采用以载波相位测量为依据的实时动态差分(RealTimeKinematic-RTK)测量技术,既能实时提供动态用户在指定坐标系中的三维位置,又具有厘米级的高精度。

以泌369井为例,初测时在参考基准站140-2G2上设置一台GPS接收机,启动基准站接收机完全初始化后(6s初始化达99.9%),对所有可见GPS卫星进行连续观测,并将其相位观测值及坐标信息,通过无线电传输设备,实时地发送给流动站。流动站上的GPS接收机,在同步接收 GPS卫星信号的同时,通过无线电设备,接收来自基准站140-2G2传输的观测数据及坐标信息,根据相对定位原理,实时地计算并显示流动站泌369设计井口待定位置的三维坐标及其精度,定位结果显示:基准站与流动站观测成果的质量和解算结果的收敛情况良好,解算成功,测量成果可靠。然后根据导航方位和位移到泌369设计井口位置(X:959、Y:740)。现场选定井口位置后,利用流动站GPS接收机读取初测井口坐标为:(X:946.58、Y:716.15、H:7.09),移动方位:242°29′30″,移动距离:26.89m。

为达到检测目的,采用常规全站仪与国家二等控制点161、翟庙和四等控制点119、132进行联测,其抽样结果见表3。