隧道施工地质地震波法超前探测技术研究

论文摘要

本文以岩石(体)的物理性质及弹性性质为基础,利用交错网格有限差分数值模拟和时距曲线分析的方法,模拟隧道超前探测过程中弹性波波场的分布,总结界面反射纵波和反射横波能量分配的规律,分析和认识反射波法超前探测观测系统中不同界面反射波的特征,以指导最小偏移距的设计、数据处理与地质解译,为提高超前探测的准确性提出新的研究思路。开发具有自主知识产权的TSD(Tunnel Seismic Detecting System)隧道地震波法超前探测系统。数据处理采用高精度线性Radon变换进行波场分离,首次利用多边形滤波窗口的形式,扩大有效波的提取范围,以提取掌子面前方缓倾角界面的反射波信息。采用菲涅尔带偏移孔径约束的矢量Kirchhoff深度偏移技术计算界面的空间位置,结合纵、横波速度参数以及岩石(体)动力学参数,从不同角度,多层次进行隧道超前预报,提高预报准确性。利用弹性波场正演模拟和时距曲线特征分析的方法,对反射波法超前探测过程中弹性波场的分布特征进行了系统研究,提高了对反射波超前探测方法的认识,对于提高数据质量、数据处理水平以及地质解译能力具有一定的理论意义和参考、应用价值。

论文目录

• 论文提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 地震波法超前地质探测理论基础
• 2.1 岩石（体）的弹性性质
• 2.2 弹性波理论
• 2.2.1 介质分界面处的弹性波
• 2.2.2 弹性波的衰减
• 2.3 典型不良地质体的特征
• 2.3.1 断层及断层破碎带
• 2.3.2 岩溶及地下暗河
• 2.3.3 特殊岩性地层
• 本章小结
• 第三章 隧道超前探测弹性波波场数值模拟
• 3.1 地震波法超前探测工作方法
• 3.2 交错网格有限差分法的原理
• 3.2.1 各向同性介质中的波动方程
• 3.2.2 各向异性介质中的波动方程
• 3.2.3 速度-应力波动方程
• 3.2.4 时间及空间上的差分近似
• 3.3 隧道内弹性波场数值模拟
• 3.3.1 不同倾角两层介质弹性波场模拟
• 3.3.2 三层介质弹性波场模拟
• 本章小结
• 第四章 地震波法超前地质探测系统研究
• 4.1 时距曲线特征研究
• 4.1.1 单一界面时距曲线特征
• 4.1.2 平行多个界面时距曲线特征
• 4.2 观测系统设计
• 4.2.1 偏移距优化
• 4.2.2 采集参数选择
• 4.3 数据采集系统
• 4.3.1 测试记录仪
• 4.3.2 传感器
• 4.3.3 震源系统
• 本章小结
• 第五章 地震波法超前地质探测数据处理系统研究
• 5.1 建立观测系统
• 5.2 频率滤波
• 5.3 炮时基校正
• 5.4 能量均衡
• 5.5 波场分离
• 5.5.1 波场分析
• 5.5.2 Radon变换的原理
• 5.5.3 高精度Radon变换的原理
• 5.5.4 波场分离正演计算
• 5.6 反Q滤波
• 5.7 P、S波分离
• 5.8 反射波成像
• 5.8.1 速度分析
• 5.8.2 深度偏移成像
• 5.9 综合地质解译
• 5.9.1 提取反射界面
• 5.9.2 计算动力学参数
• 本章小结
• 第六章 工程应用
• 6.1 TSD与TSP203 同步对比
• 6.2 岩溶探测实例
• 6.3 弹性波法超前探测影响因素探讨
• 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 7.3 创新点
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 附表