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反射波法隧道、井巷地震超前预报研究

沈鸿雁  
【摘要】:由于掘进面(掌子面)前方地质情况不明,潜在和无法预知的地质因素较多,常出现各种地质险情,严重影响隧道、井巷施工进度,甚至带来灾难性的地质灾害,造成严重的人员伤亡和经济损失。国内外地球物理学家和工程技术人员都为此付出了艰辛的努力,一直希望寻求到一种简单且行之有效的办法来预先探明掌子面前方地质情况,减少或降低损失。 经过多年实践和摸索,也探索出不少方法和技术,反射波法隧道、井巷地震超前预报(Reflected-Wave Tunnel Seismic Prediction,简称RTSP)是近年发展起来的一种简单且行之有效的超前预报掘进面前方地质情况的地球物理探测新技术,主要用来超前预报交通隧道、煤田矿山井巷、水电隧洞及地下工程等掘进面前方不明地质情况,为地质灾害作好提前预防措施,尽最大可能地减少损失。 但是,由于隧道、井巷的全空间(地面为半空间)复杂工作环境,决定了地震波的复杂性,这为实际地质超前预报工作带来了相当大的困难。因此要想准确超前预报,设计出合理且行之有效的观测系统是隧道超前预报的前提和基础;同时,数据处理方法和技术也非常关键,是隧道、井巷准确超前预报的前提和保证,除常规处理步骤外,有效反射波提取和深度偏移成像是隧道、井巷地震超前预报的两大关键技术所在,直接影响到隧道、井巷超前预报的可靠性和精确程度。 本文在简单回顾了反射波法隧道、井巷地震超前预报的地球物理学基本理论和工作原理的基础上,详细讨论了观测系统的设计,较全面地推导、总结了反射波法隧道、井巷地震超前预报法时距曲线的规律,同时研制开发了一套适用于隧道、井巷地震超前探测数据处理系统(RTSP1.0),并详细介绍了各功能模块原理。另外,对下列问题进行了重点研究:在提取有效反射波模块中,研究了F-K和τ-p联合滤波技术,取得了良好的效果;在转换波分离模块中,采用τ-p变换三分量联合滤波;在正演模块中借助井中地震合成记录技术,采用两点射线追踪方法模拟二维不同地质模型合成地震记录;成像模块依据绕射叠加原理和镜像原理,实现直接从时间域到空间域的成像,从理论模型和实际资料处理的结果来看,取得了良好的效果:针对多波勘探数据处理,在已取得速度分析结果的前提下,计算出多种动力学参数,丰富了解释内容,保证了多角度、多层次、高精度


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