隧道不良地質體地震與地質雷達正演偏移數(shù)值模擬及物探信號處理研究.pdf

1、隧道超前地質預報到現(xiàn)在已有幾十年的發(fā)展歷史,出現(xiàn)了多種物探方法,有反射地震波類(如TSP、HSP、陸地聲納)、電磁波類(如地質雷達)、感應電磁法(如瞬變電磁法)。隧道超前地質預報總體取得了長足的發(fā)展,但是也出現(xiàn)不少漏報、誤報的事件。由此可見,隧道超前地質預報在如何提高預報準確性方面還需要進一步的研究。通過數(shù)值模擬技術進一步加深對相關物探方法的正確認識以及進行相應的物探信號處理分析研究是進一步提高隧道超前地質預報準確性的主要研究手段。本文

2、進行了與隧道超前預報相關的地震、地質雷達正演模擬和相應的物探信號分析以及數(shù)據(jù)處理方法研究。
　　 在前人的研究基礎上,較詳細地闡述了地震反射波的頻率.波速(f-k)正演與偏移處理方法的原理和計算步驟,通過自主編程(C語言)實現(xiàn)了該方法的正演與偏移處理計算程序,并進行了簡單和復雜模型的正演模擬和偏移處理。通過正演模擬和偏移處理證明該種方法計算速度快、穩(wěn)定性好,能適用于橫向均有一定速度變化的地震模型模擬,且偏移的結果波場歸位好、成像

3、清晰,并對正演模擬結果進行了相應的理論分析,從中看出含水空洞和干空洞的縱波相位具有很大相似性,以此進一步從原理上說明地震波對地下水的不敏感性。
　　 本文對地質雷達的基本原理做了較為詳細的闡述,分析了其理論結果的實際工程運用價值。在前人的基礎上,重新推導出有限差分的電磁波模擬正演計算算法。通過自主編程(C語言)實現(xiàn)地質雷達的正演模擬計算程序。該程序能進行包含介電常數(shù)、電導率、磁導率等多個電磁參數(shù)綜合作用的任意不規(guī)則模型的正演模擬

4、,且能交互式地輸出多種指定數(shù)據(jù)。用該程序進行了電磁波傳播特征模擬和剖面正演模擬,得到直觀的電磁波傳播規(guī)律圖和在隧道開挖復雜地質模型中的正演傳播圖像以及多種隧道典型不良地質體的正演結果,并對正演結果進行了分析總結。
　　 結合理論分析、正演模擬結論和實際典型例子分析總結了地質雷達數(shù)據(jù)的物探信號的分析參數(shù)和判斷依據(jù)。其主要認識有:
　　 ①反射波相位特征:地質雷達反射的相位是對不良地質體定性判斷的準確參數(shù)。如對含水的高介電常

5、數(shù)介質會出現(xiàn)負相位特征,空洞的低介電常數(shù)介質會有相反的正相位特征；
　　 ②反射波能量大小:反射波能量強弱是對不良地質體變化大小定量判斷依據(jù)。但是受采集時候的儀器的增益處理影響其反射系數(shù)難以復原,使用時只能是參考判斷不能準確計算；
　　 ③反射波形態(tài)特征:反射波同相軸形態(tài)基本能反應不良地質體的形態(tài),但是受速度變化影響以及部分點狀或者尖滅反射體的繞射波影響,其形態(tài)會出現(xiàn)畸變和模糊,需進一步做成像處理；
　　 ④反射

6、波頻率:反射波在遇到含水等高電導率介質時候會出現(xiàn)低頻現(xiàn)象。這是遇水特征的典型判斷依據(jù)。
　　 常用處理方法得到剖面解譯需要注意以下方面:
　　 ①含水破碎帶寬度的解釋誤差:由于電磁波常規(guī)處理軟件是勻速處理,因而使得含水破碎帶的寬度變大,解譯時要做適當?shù)目s短。
　　 ②電導率影響:由于實際巖體尤其是含水軟弱巖體中電導率較高,不能簡化為高阻巖體,按常規(guī)解譯精簡公式解釋。高含水巖體的高電導率會使后面電磁波的能量快速衰減