山东科技大学学报重复率

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三维地震测线定测方法的研究与实践

1 引言

随着地震勘探技术的不断提高，三维地震勘探已成为煤矿采区勘探的主要手段，而三维地震测线的布置和精度对测量工作又提出了新的要求。作为煤田地震勘探的生产部门，应对自己的测量技术方法进行不断的改进和更新，这就要求我们针对不同测区的实际情况进行分析研究，并采取相应的措施，以保证和提高地震野外施工效率和精度。

2 几种测线定测方法分析

我们要分析三维地震测线的布设特点，其主要表现在以下几个方面：

（1）炮线和检波线布设密度较大；

（2）炮点和检波点分布均匀且规则；

（3）检波线和炮线互相平行且线间距点间距相等；

（4）三维地震勘探为束状勘探技术，即需要同时使用几条测线；

（5）点号和线号的编号都是非常规则的。

以上的几个特点说明，三维测线的点线关系是较规则的正交网状关系，即不同测线上的同一点号的点所连成的线与测线是相互垂直的。以下对我们曾采用过的三种方法进行分析研究。

2.1 逐线定测法

三维地震勘探技术刚刚兴起的时候，由于对测线的布设方法研究不透而采用的这种测线定测方法，与二维勘探线放样方法相同。如图1所示，根据设计提供的测线端点坐标，计算端点与勘探控制点的相关位置，然后用经纬仪配合测绳进行放样定测，到测线的另一端再与勘控点闭合，组成符合导线，要求坐标相对闭合差小于1/1000，方位角闭合差小于±45″为折角数）。按照这一方法，一束测线逐条测线定测完毕后，才能进行地震勘探施工，使测量工作出现繁琐、工作量大、容易出错、精度差（最大达1m左右）、返工率高及工作效率低等问题，也使地震施工效率低下，很难满足地震报告的需要。根据本人对其他单位的了解，有些在山区施工时还采用此方法。

图1

图2

2.2 端点定测法

发现逐线定测法有诸多弊端后，我们根据三维地震测线的特点进行分析研究，设计出了端点定测法，这是我们前几年在两淮平原地区普遍使用的方法。如图2所示，首先用符合导线法测出每条测线的端点，要求坐标相对闭合差小于1/4000，方位角闭合差小于土25″为折角数）。然后根据地表情况，每隔几条测线（一般不超过3条）用经纬仪配合测绳定测一条检波线（我们叫观测线），要求坐标闭合差小于1/1200，再根据所定测的检波点用横向内插法将其他测线内插出来。用这种方法比第一种方法定测速度要快得多，日工作量能提高一倍，精度也较好（一般在0.5～1m之间）。但这种方法对地形条件要求较高（如地势相对较为平坦、地面障碍物较少等），同时要求人员要经常来回插标志旗，仪器搬站次数多，从而浪费了许多工作时间，另外还要强调测量人员的整体协调。如果遇到水面、山区或障碍物较密集（如村庄、厂矿区、树林等）的地区，这种方法就难以施行，只能用支导线或估测法进行，这样有时也难以保证测线精度。

2.3 极坐标法

近年来，随着煤矿采区的不断延伸，有许多三维地震勘探项目的地表条件十分复杂。我们接受了微山湖、泗河等水上三维地震勘探项目后，经过实地踏勘，确认使用上述两种方法均不能完成测线的定测。我们利用测距仪和全站仪测边方便的优势，同时充分利用了三维地震测线的分布特点，又设计出了用全站仪（或测距仪）极坐标法定测线，并配合微机编制程序来进行，这也是本文推出的最好的测线定测方法。

物探技术人员确定了施工方法后，只要给出了该区的0号线0号点（称为测线原点）的理论坐标和测线方位角，根据三维测线的布设特点和点线矩形关系，以线号、点号、线距和点距为基础，用解直角三角形的方法求出所定测点与原点的距离和方位角，也就推算出了任一测线上任一点L（x1，y1）的理论坐标。通过计算出的定测点L（x1，y1）坐标再反算其与勘控点K 1（x，y）的距离和方位角，当在勘控点K 1（x，y）点上设站时，则任一被定测点L（x1，y1）和勘控点K 1（x，y）之间就有如下关系式：

中国煤矿物探研究

式中：S为被定测点L和勘控点K1的距离；R为二点连线的方位角。而勘控点K1和K2之间的方位角为已知。有了上述的已知数据（或叫放样数据），就可以用全站仪（或测距仪）极坐标法将被定测点L在实地测出。按照这样的设想，并在E500（或PC 1500）机上编制了程序，简化了计算过程，使定测方法更为简捷，从而实现了水上测线的定测，其精度比GPS动态定位精度高，用同一方法在陆地上施工时定测速度约为第二种方法的1.5～2倍，数据精度也有较大的提高，坐标点位中误差一般在0.1m以内，是三种方法中最高的。因此我们认为，极坐标定测法其优点主要体现在以下几个方面。

（1）解决了在水面上等复杂条件下不能架设仪器和做控制点的问题；

（2）充分发挥了全站仪的优势，可以利用全站仪自动改平、自动测高差，从而解决了山区定测时需要测高程和距离改正的问题。

（3）利用全站仪的自动记录坐标功能，可以直接输出定测点的坐标，来进行检查和绘图。

（4）进行程序编制时，我们也充分考虑了测距仪的局限性，使程序有室内检查坐标误差的功能。

（5）在密集的居民地放样时，程序中又增加了设立支站的功能，减少了支导线和估测的误差。

（6）人员安排十分自由，无须整体协调。

我们的具体做法是：在每条测线上安排两人配一把测绳，前尺带一个棱镜，负责报号和定位，后尺配合前尺把好方向和做桩号标记，这样可同时定测几条测线。一条线上根据通视条件，可适当增减定测点点数。在精度上，我们一般要求每隔80～160m必须定测一点，定点绝对误差控制在0.2m以内。方位角定向误差控制在30″以内，定测边不超过定向边的三倍，支点次数不多于三次。根据我们对多个测区的检查，每个测区所定的测线控制点为1000个左右，其相对于勘控点的坐标中误差均在0.1m以内，精度比上述两种方法都有了极大的提高。我们的这种作业方式也得到了矿方的认同和高度评价。在山区进行三维地震勘探施工时全站仪的作用将得到更充分的发挥，使定线与测高程可以同时进行。

3 结论

通过对这几种定测测线方法的分析，我们认为，逐线定测法已经不能满足地震生产的要求，是最原始的生产方式。端点定测法能提高测线定测速度，虽然也有其局限性，但能解决有些单位设备不足的问题。全站仪已经广泛应用于工程测量工作，采用极坐标法定测，不但可以解决在复杂条件下的三维地震测线的定测问题，而且在地形条件较好时，减少了做端点的重复工作，也解决了有时无法做端点的难题，这种方法我们已经在水上、村庄密集区等测区进行了施工实践，充分体现了定测速度快，数据精度高，减少计算过程，降低测量人员的劳动强度等优点。以定点代替定线，从而提高了施工效率。今后，我们可以以极坐标法定测为基础，配合全站仪、计算机、绘图仪和相关软件等设备，完全实现测量定线工作自动化。

（本文发表于2001年第1期《山东科技大学学报》）

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山东科技大学源起于1951年在淄博洪山设立的山东矿区第二煤矿职业学校和1956年建立的济南煤矿学校，两所学校分别发展为淮南矿业学院与山东煤矿学院。1963年，淮南矿业学院撤销并入山东煤矿学院。1971年，山东煤矿学院与泰安煤矿学校在泰安组建山东矿业学院。1999年，山东矿业学院与山东煤炭教育学院合并组建山东科技大学。2001年，山东省财政学校并入。2004年，学校主体搬迁至青岛。