基于谷歌地球的三维地震勘探技术的应用

孟凡彬，张晨林，马宁

（中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北 涿州 072750）

0 引言

谷歌地球（Google Earth）是由谷歌公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上，是一套基于卫星拍摄及全球定位数据的软件，可以计算得出三维地图。作为目前最流行的数字地球平台之一，它具有很多先进的技术和海量卫星影像信息数据库，在地震及地质勘探中的开发与应用也越来越广泛。当前煤田三维地震勘探正向高密度、高精度方向发展，工作量日益增大，利用谷歌地球的高精度卫星图片来指导地震勘探项目招标、设计和野外施工，能达到设计和指导生产的目的，对野外地震勘探的施工效率和质量有很大的帮助。本文通过探索谷歌地球软件的相关功能，结合煤田地震勘探的经验，介绍了如何在煤田三维地震勘探中充分利用谷歌地球软件来指导煤田地震勘探的每个环节，并在实际生产应用中取得了较好的效果。

1 谷歌地球软件简介

谷歌地球是一款全球卫星地图集成软件，通过访问庞大的卫星图片扩展数据库，直观地显示地球上的地形及建筑物，其最大特点就是能够提供大量清晰度很高的卫星图片。

谷歌地球是一款全球卫星地图集成软件，经过计算可以得出三维地图及 WGS－84坐标。谷歌地球的高分辨影像资料可以广泛用于地图定位、户外野游、卫星航天等领域。用户可以通过下载一个谷歌地球客户端软件，就能免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片。

谷歌地球的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合，其卫星影像部分来自于美国DigitalGlobe公司的QuickBird（快鸟）商业卫星与EarthSat公司，影像来源于陆地卫星LANDSAT－7微星居多，航拍部分的来源有英国BlueSky公司（以航拍、GIS／GPS相关业务为主）、Sanborn公司、美国IKONOS及法国SPOT5，其中SPOT5可以提供解析度为2.5m的影像、IKONOS可提供1m左右的影像、而快鸟能够提供最高为0.61m的高精度影像，是全球商用的最高水平。

谷歌地球上的全球地貌影像的有效分辨率至少为l00m，通常为30m（例如中国大陆），山区、军事禁区等分辨率较低，视角海拔高度（为15km左右，但针对大城市、著名风景区、建筑物区域会提供分辨率为lm和0.5m左右的高精度影像，视角高度分别约为500m和350m，但并不提供免费的数据下载服务。目前提供高精度影像的城市多集中在北美和欧洲，其它地区往往是首都或极重要城市才提供。中国大陆有高精度影像的地区有很多，几乎所有大城市都有。由于卫星照片数量的不断增加，高精度影像覆盖的地区也在成倍增加。

2 谷歌地球在煤田三维地震勘探中的应用

由于煤田三维地震勘探属于野外施工，工区的地形地貌对野外施工和施工质量有很大的影响，只有对勘探区域的地形地貌有深入的了解，才能更好更快地完成任务。在地震勘探的踏勘、项目投标、设计、施工过程中需要借阅大量的地形图，来指导野外生产。由于这些地形图大多是20世纪70～80年代绘制的，与工区的实际地形有较大的差别，已不能真实地反映工区地形地表状况。这不仅增加了工区的施工设计难度，而且由于和实际的地形地物不一致，在施工过程中还可能引起生产事故。谷歌地球正好弥补了这种不足，它公布的数据一般都是1～3年前的卫星照片，但由于它和真实的地球物理信息做了匹配，也就是说它的地形、海拔、经纬度信息和GPS输出的经纬度信息是完全重合的，所以对于地震勘探来说，有很高的实用价值。

2.1 利用谷歌地球进行工区野外现场踏勘

在已知勘探区域内，可以把区域位置标注在谷歌地球上（图1）。在现场踏勘前，仔细阅读图片，查找可能影响线路的各种因素，量出相应的距离，做出多种方案，综合比较多种方案的优劣性。如果使用GPS终端，可以从谷歌地球中直接查到地区的经纬度，并直接输入需要重点踏勘位置和转角的位置坐标，可以节约大量的现场时间，提高踏勘效率。

图1 工区位置及踏勘线路

针对工区内存在的村庄及防护林带都可以圈定面积（图2），了解障碍物的规模、青赔的难点区域及工区内岩石出露、黄土覆盖范围，对现场青赔选择成孔工艺均具有指导意义。

2.2 在施工设计中利用谷歌地球辅助

图2 谷歌地球地图上圈定的地貌特征及面积圈定示意图

可以把谷歌地球的高精度影像图保存下来，作为克朗、绿山等其他辅助施工设计软件的底图（图3），从而更精确、合理地做好施工设计。也可以把测线的物理点信息直接加载到影像图上，为物探施工设计提供依据。

图3 设计的炮点检波点在谷歌地球底图上的显示

2.2.1 下载谷歌地球卫星属性图片

谷歌地球自带的保存图片功能并不能满足大家下载大图的需求。这里介绍一款软件GetScreen截图工具，它可以截取任意大小的影像图，也可以调整图像的清晰度。

在谷歌地球6.0中需要做如下设置才能正常截取：①首先GE6.0左边侧栏应与GEtscreen的侧栏一样宽或小于；②GE6.0一＞工具一＞选项一＞3D视图一＞图形模式一＞选择DirectX和使用安全模式；③关闭地形即可。

2.2.2 三维地震勘探炮点检波点的批量展布

通过谷歌地球提供的gpx（Key－hole Markup Language）语言接口，制作gpx格式的文件，实现炮点、检波点的批量展布，绘制航迹线和多功能线等功能。通过第三方软件Global Mapper13.0调用设计检波点、炮点数据，然后制成gpx格式的文件，在谷歌地球中打开gpx文件，可以实现三维测线、测点、边界等功能，程序界面如图4所示。

图4 生成GPX格式文件Global Mapper程序界面

把工区内测线的每个测点都部署在卫星图上（图5），对工区测线的重点、难点进行详细的分析，采取相应的对策。测线过障碍物时可以提前进行设计，经过实地踏勘，采集特殊点的坐标，并展布在卫星图上，可以对测线进行科学、合理的调整。

图5 谷歌地球批量展布测点

2.2.3 图像分辨率对施工设计的影响

谷歌地球的图像分辨率分为100、30、1和0.5m，当所在地区的分辨率较低时，将对施工设计有很大的影响。例如为30m时，视角海拔高度（Eye alt）为15km左右（即宽度为30m的物品在影像上就有一个像素点，再放大就是马赛克了），将无法准确判断测点周围的地形地貌，给施工设计增加难度。这时可以将野外测得的障碍物特征点展布在谷歌地球上，结合踏勘资料以及以往的地形图来综合分析，确定工区内障碍物的分布情况，对观测系统进行合理优化，对炮点位置进行合理调整，从而使剖面叠加次数达到要求。

3 利用谷歌地球指导野外采集生产

3.1 辅助进行线束设计

由于谷歌地球提供了三维立体影像，可以旋转视角达到不同的立体效果（图6）。施工组人员可以根据测线经过的地物地貌结合小折射资料来确定最佳的激发因素，包括确定炮点位置、井深、避开障碍物等。

图6 立体效果

3.2 指导各班组野外作业

测量人员可以优选行车路线，预知测线的障碍物以及地表情况，在复杂地段优选炮点的位置。

仪器人员可以及时了解测线中的干扰和障碍物，及早做好应对措施。爆炸组人员可以预先知道炮点的分布情况，安排合理的路线，节省寻找炮点位置的时间。

各班组每日施工前分析卫星影像图，研究测线经过复杂地表情况下，测点的分布，工作量的分配，以及具体的行车路线。在野外充分利用谷歌地球卫星影像图，不但可以提高工作效率，而且可以节约大量的人力、物力和财力。

4 谷歌地球在煤田地震勘探中的应用效果分析

在2012年大同煤矿集团有限责任公司潘家窑井田三维地震商务谈判及采集项目中，国际公司充分利用谷歌地球卫星影像图来指导施工的各个环节，使项目能够顺利完成。工区中部穿过一个居民密集的张祥村，禁炮区范围大，炮点布设困难。工区东北部由于地表切割严重，地形起伏剧烈，车辆通行困难，多数地段无法使用机械化装备施工，严重制约施工效率。工区南部有防火森林，在密林区施工，炮、检点放样及施工组织难度大。地表条件变化多样，根据谷歌地球地图，指导我们采取相应的措施。

4.1 工区现场踏勘及施工设计

首先，在谷歌地球上将探区的位置标注出来，利用GetScreen截图工具将工区的卫星影像图进行下载，作为踏勘和施工设计的依据。踏勘前，认真研究影像图，制定合理的踏勘路线。依据影像图，选取适当的试验点，通过验证，选取的试验点基本代表了本工区的表层地表条件，如图7所示。

图7 工区位置

由于工区比较复杂，利用从谷歌地球上下载的卫星图来作为设计辅助软件的底图，对重点地区进行精细设计。例如过村庄和密林区时，进行了合理的炮点变观，如图8所示。

图8 过张祥村炮点变观

4.2 测量及分线设计

测量人员利用程序将每个测点的理论坐标都展布到谷歌地球的卫星影像图上，找出需要变动的测点，在复杂地段优选测点位置，为进行野外测量做好充分的准备，提高工作效率。以往分线设计需要大量的人力物力，现在用程序将测量数据展布到卫星影像图，设计人员根据影像图就可以进行炮点的设计，包括井深及药量等，节省了成本并提高了效率。

4.3 野外采集生产

每天施工前，施工组人员将生产中需要的物理点信息用程序展布到谷歌地球的卫星影像图上（图3），把影像图分发到野外各班组，各班组仔细分析图片，研究制定相应的对策，包括具体的行车路线、工作量如何分配等。钻机组可以从影像图中分析炮点的分布情况，了解炮点周围的地物地貌，做好工作安排；爆炸组可以从影像图中分析炮点的位置，节省在野外寻找炮点的时间；仪器组可以预知障碍物信息，提前做好准备。

在潘家窑三维地震采集项目中，各班组都学会使用谷歌地球，通过紧密配合，科学合理地安排工作，顺利圆满地完成了该项目，节约了大量的成本。

5 结语

通过现成的软件，结合煤田三维地震勘探的特点，充分利用谷歌地球所提供的高精度卫星影像图来指导地震勘探的各个环节。利用影像图可以直观地了解测区地貌特征，为招标设计、商务标谈判、施工设计、现场测量、成孔施工、青赔等环节提供依据，可以很大程度地提高工作效率和制定针对性措施。谷歌地球的免费版是对全球公众开放的软件，任何人都可以下载并安装使用，对于节省费用、降低成本也有一定的意义。由于谷歌地球不是在所有的地区都有高清晰度的卫星图片，如果工区所在位置没有高精度卫星影像图，它的作用会受到很大限制。

（略）