隧道反射地震法超前探测研究.pdf

第 3 O卷第 6 期 2 O O 8年 1 2月 铁 道 学 报 J 0URNAL 0F THE CHI NA RAI LWAY S 0CI ETY Vo1 ．3 0 No． 6 De c e mbe r 2 O O8 文章编号 1 0 0 1 8 3 6 O 2 。 0 8 O 6 0 。 7 5 一 O 7 隧道反射地震法超前探测研究 沈鸿雁 ， 李庆春 ， 冯 宏 。 ， 张 鹏。 ， 邵广周 1 ．长安大学 地质工程与测绘工程学 院，陕西 西安7 1 O 0 5 4 ；2 ．西安石油大学 油气资源学 院，陕西 西安7 1 。 0 6 5 3 ．煤炭科学总院 西 安分 院，陕西 西安7 1 0 0 5 4 摘要 隧道施工地质超前预报是在地下工程施工过程中 ， 采用 一些方法 或手段 预测掌子 面前方一定 范 围内存 在的不 良地质体或地质 界面的位置 、 性质和规模 ， 为安全 、 快捷 、 持续施工采取防范措 施提供可靠的依据 。本 文在 详述隧道反射 地震法超前探测原理 的基础上 ， 分析地下 全空间情况下 ， 震源 与接 收点之 间的地震 波场运动 关系 ， 讨论观测系统 的优化设计方案 ， 较全面地总结 隧道反射 地震法超前 预报时距 曲线 规律 。同时开发一套 隧道反射 地震法超 前探 测数据处理 系统 T R s P 1 ． O ， 该 系统涵盖 波形处理 、 正演模拟 、 成像处理 和岩石动力学参 数提取等 功能模块 ， 给出合理的处理流程 。通过理论模 型和实际数据测试验证 ， 取得较理想 的效果 。 关键词 反射地震法 ； 隧道 ； 地震超前预报 ；数据处理 系统 中图分类号P 6 3 1 ． 4 2 5 ；U4 5 2 ． 1 1 文献标 志码 A S t u d y 0 n Le a d i ng Tu nn e l Re ne c t i 0 n S e i s mi c Pr e d i c t i 0 n S HEN Ho n g y a n ， L I Qi n g c h u n ， F ENG Ho n g ， ZHANG Pe n g 。 ， S HAO Gu a n g z h o u 1 ． S h 0 0 l o f Ge o 1 o g j c En g i n e e r i n g a nd Ge o me t i c s ，Ch a n An Un j v e r s i t y，Xi ．a n 7 l O O 5 4，Chi力a ； 2 ． S c h0 o l o f Pe t r 0 1 e u m Re s o u r c e s ，X a n Sh i Yo u Un i v e r s i t y，Xr a n 7 1 O O6 5 ，Ch i na ； 3 ．X a n Br a nc h o f Ch i n a C0 a l Re s e a r c h I n s t i t u t e，X a n 7 1 OO 5 4，Ch i na Ab s t r a c t Th e l e a d i n g s e i s mi c p r e d i c a t i o n f o r t u n n e l s i s t o p r e d i c t b y s o me me a n s o r me t h o d s t h e l o c a t i o n s ， c ha r a c t e r s a n d s c a l e s o f un f a vo r a b 1 e ge o 1 o g i c a 1 b od i e s or t h e i r b o und a r i e s i n u nde r gr o un d e n gi ne e r i ng c o ns t r uc t i o n a nd s o t o pr e v i d e r e 1 i a b1 e ba s i s f o r c ou nt e r m e a s ur e s t o gu a r a n t e e s a f e， q ui c k a nd c ont i no us c o ns t r u c t i o n． Th i s p a p e r d i s c u s s e s t h e b a s i c p r i n c i p l e s o f t h e 1 e a d i n g t u n n e 1 r e f l e c t i o n s e i s mi c p r e d i c a t i o n TRS P ，a n a l y z e s t he c h a r a c t e r s o f wa ve pr o p a ga t i o n，s t ud i e s t h e o pt i m u m ge ome t r y s ys t e m a n d s um a r i z e s t he t i me di s t a nc e r e 一 1 a t i o ns 1 a w o f TRS P．A s pe c i a l da t a pr oc e s s i n g s y s t e m na m e d TRS P1 ． O wa s de ve l o pe d，whi c h i nc l ud e s f u nc t i o n mo du l e s f 0r wa v e f or m pr o c e s s i n g，f o r wa r d nume r i c a l mo de 1 i ng t a r ge t s i m a gi n g a n d e x t r a c t i n g o f l i t h ol og i c pa r a m e t e r s ． Sy n t he t i c a n d r e a l d a t a ha v e t e s t i f i e d t ha t g o o d r e s u 1 t s ma y b e a c q u i r e d wi t h t hi s TRS P1 ． 0 ． Ke y w0 r d s r e f 1 e c t i o n s e i s mi c ；t u n n e l ；l e a d i n g s e i s mi c p r e d i c t i o n ；d a t a p r o c e s s i n g s y s t e m 由于掘进面 掌子面 前方地质情况不明， 潜在 隐 患较多 ， 常出现各种地质险情 ， 严重影响隧道 或井巷 施工进度 ， 甚至带来灾难性的地质灾害， 造成人员伤亡 和经济损失。另外 ， 由于隧道 的全空间 地面为半空 间 工作环境 ， 决定地震波的复杂性 ， 这为反射波地震 超前预报带来困难。因此， 要想准确对隧道地质进行 超前预报 ， 设计合理且行之有效的观测系统是超前预 收稿 日期 2 0 O 7 一 O 1 一 O 9 修回 日期2 0 0 7 1 1 0 7 基金项 目 交通部科技项 目 2 0 O 7 3 1 8 8 1 2 6 2 ； 陕西省 自然科学基础研究计划项 目 2 O O 7 D o 4 作者简介 沈鸿雁 1 9 7 9 一 ，男 ，云南 石林 人 ，讲 师 ，博士 研究 生 。 E ． ma i l h 0 n g y a n s o h u ． c o m 报的前提和基础 ； 同时数据处理方法是准确预报 的关 键和保障 ， 直接影响预报的可靠性和精确程度 。 在隧道反射波地震探测方面 ， 曾兆璜[ 】 于 1 9 9 1 年 提 出“ 地 震 负视速 度法 ” 。认 为 当反 射 面与测线 直立 正 交时 ， 所接收到的反射波呈负视速度的特征 ， 其延长线 与直达波延长线的交点即为反射面的空间位置， 其主 要思 想是 借用 VS P技 术 指导 隧道 地 质超 前 预报 。 2 O O 0年何振起、 白恒恒等又完善这套方法 ， 并用 于山 西长梁山隧道和福州飞鸾岭隧道 ， 取得 预期 的效果 和 效益l 2 ] 。虽然地震负视速度法是在较成熟 的垂直地 震剖面方法上发展起来的， 但在隧道这一高精度 、 高分 铁 道 学 报 第 3 O 卷 辨率、 高标准技术要求下 ， 其数据处理方法仍 比较粗 糙 ， 尚无专门的配套软件， 局限性是不言而喻的。首先 是分辨率低， 精度达不到 目前隧道地质预报的技术要 求和标准； 二是与隧道中轴线有一定角度的地质构造， 数据处 理时反应 不够灵 敏 ； 三是地 质解释 不够直 观 、 形 象。Ts P是瑞士 Amb e r g测量技术公司于 2 0世纪 9 0 年代初期研制开发的一套集硬件、 软件于一体的隧道 施 工地震 超前 预报 系统 ] ， 但 它 也存 在 诸 多缺 陷 ① 设备售价偏高 1 7万～1 8万美元／ 台 ， 耗材 中的传感 器套管约 3 O O ～3 5 O美元／ 支 ， 每采集一个排列数据 的 费用近 1 ． 5万元 人 民币 ； ② 固化 的一 炮 一 收观 测 系统 及一些参数， 使野外施工不灵活， 工作效率低， 另外 由 于 TS P观测方 式 的限 制 ， 不 可能 对 断 层 的产 状 、 位 置 和岩体波速等参量同时给出准确的结果 ， 特别是对于 与隧道走 向近乎平行的断裂带、 饱水带； ③数据处理软 件没有功能扩展接 口， 所有处理数据集合到一个文件 内， 使数据文件庞大 ， 影响软件处理速度 ， 另外格 式不 能转换 ， 取 出的数据 不便 用 其 他更 优 秀 的软 件模 块 配 合处理数据。 本文 在 已有 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 研 究 T R S P技 术 ， 提 出观测 系 统 的 优 化 设 计 思 路 ， 总结 T RS P 时距 曲线规律 ， 同时研发 出一套 T R s P数据处理系统， 给 出模型 和实际 资料处 理的结 果 。 l 方法原理 隧 道反射 波地震 超 前 探 测 t u n n e l r e f l e c t e d wa v e s e i s mi c p r e d i c t i o n a h e a d ，T RS P 国夕 称 Ts P _ 6 ～ ， 也 称隧道 VS P ， 国内称“ 地震负视速度法” ] ， 是一种测 试 面与被 探测 面互 为垂 直 的观 测 系统 ， 它利 用 地 震波 在不均匀地层中产生的反射波特征， 预报隧道施工掘 进面前方及周围邻近区域的地质情况。本方法在掌子 面后方侧 壁 、 底 板或 以隧道 中轴线 为 任 意角 度 的 一定 范围内布置测线 ， 进行微弱爆破， 爆破产生 的地震波信 号以球面波的形式在隧道周围岩体内传播 ， 当岩性发 生变化时， 信号的一部分就会反射 回来被检波器接收 ， 其工作 原理 见 图 1 l_ 2 ] 。如 果 从 地 下 全 空 间 角度 考 虑 ， 该原理决定了爆破点发出的信号经反射点 回到接收点 遵从椭球轨迹关系 ， 即反射点是动点， 该动点的轨迹是 以爆破点和接收点为椭球的两个焦点 ， 且入射线长度 和反射线长度之和等于 的椭球， 这个椭球面上的地 质信 息 同时被 同一检 波器 记 录 不 同的炮 点 和 接 收点 确定不同的椭球 ， 如果过震源和接收点 ， 对该椭球作 一 个切面， 就可得一椭圆， 即反射点是 动点 ， 该动点的 轨迹是以爆破点和接收点为椭 圆的两个焦点， 且入射 线长度和反射线长度之和等于 ￡ 的椭圆， 见式1 。 隧道 震 源 拦 点 一 、、 1 T R s P工作 原 理 不 葸 图 ￡一 z 2z 3 ／ 一 2 2z1 ／ 1 式中， ￡ 为反射波传播的时间 ； z 为震源到接收点的距 离 ； z 为震源到反射点 的距离； z 。为接 收点到反射点 的距 离 ； 为 地震波 速度 。 通过一种简化思路研究地下全空间情况下的地震 波场特征和规律 ， 同时借助绕射扫描叠加成像技术 ， 寻 找该椭圆的长轴切点 ， 亦 即椭球长轴的切点， 可得反射 点的真实位置 图 2 ， 通过对接收信号 的运动学和动 力学特征进行分析， 可推断出断层、 岩石破碎等不 良地 图 2 等时面扫描示意图 中轴线 质 体 的位 置 、 规模 、 产状 ， 同时获取 岩石 动力学参 数 ， 辅 助 隧道工 程施工 。 2 观测 系统优化设计 隧道施工超前探测的地质体性质完全体现在反射 波信号中， 但 T RS P波场非常复杂 ， 它不仅包含掌 子 面前方的反射波， 还包含直达波 ， 掌子面后方和隧道上 下层、 侧壁的反射波， 以及其他性质的信号。因此 ， 要 想准确预报隧道施工前方的地质构造情况、 岩体特征 ， 就必须设计一套观测系统， 使采集到 的数据能突出有 效反射信号， 或者把有效反射信号从含有其他干扰信 号的波场 中分离出来 ， 即把全空间波场转化到半空间 波场 掌子面前方半空间 进行研究 ， 从而有效突出研 究对象 ， 而且尽可能兼顾数据采集的方便 、 高效， 甚至 达到节能 、 省力等功效 。因此 ， TR S P观测系统是保证 第 6期 隧道反射地震法超前探测研究 隧道有效超前探测 的前提和基础。 就隧道工作环境而言， T Rs P观测系统可有两种 基本 布设方 式 ①炮 点 置 于 掌 子 面 远 端 ， 一 炮 多 收 系 统 ， 见图 3 a ； ②检波点置于掌子面远端， 一炮一收系 统 ， 见 图 3 b 。 a 】 炮点置于掌子面远端 ， 一炮多收系统 b 接收点置于掌子面远端 ， 一炮一收系统 ／ m 2 O 3 O 4 O 5 O 6 o 7 O 1 0 2 0 3 O 4 0 5 o 6 0 7 O 8 0 9 0 c T R s P主要波动 时距 曲线 图 3 T R s P观测系统优化设计 此二种布设方式都在于有效反射信号 掌子面前 方反射波Ⅳ 与干扰信号 直达波 工、 隧道侧面反射波 Ⅲ和掌子面后方反射波 Ⅱ 之间视速度性质完全不同， 见图 3 c 。掌子面前方反射波为负视速度特性 ， 其他 信号视速度为正， 由此可通过一 种视速度滤波 F - K 滤波， 滤波 等 把有效信 号与 干扰信号分 离。但 是 ， 一炮多收系统相对于一炮一收系统， 有诸多优点 ①可使各接收记录道在同一震源子波激发下接收和同 一 能量级上接收地震信号 ， 表现出的反射特征一样 ， 这 对高分辨率地震勘探很有 意义。②可提高施工效率。 如果一炮出现过多坏道， 可在不移动检波器的条件下， 继续另一炮激发同一排列接收； 当地质条件非常复杂 时 ， 甚至可用多炮记录 不 同炮点 ， 即不 同偏移距或不 同震源类型， 同一排列 对同一地质体从多种角度进行 预报验证 ， 提高预报精度； 如果 噪声干扰严重 ， 对多炮 数据进行叠加处理 ， 可以提高资料的信噪比。③可节 省耗材、 人力 和施工时间 ， 提高野外数据采集效率。其 不足之处是仪器配件 检波器 、 大线等 较多 ， 装备较笨 重 ， 当地下环 境狭 小时 会受 到限制 。 当然 ， 在 以上 两种 基本 观测 系统 的基础上 ， 还可 以 设计出横波勘探观测系统。常规地面横波勘探的困难 之 处是 理想 的横波 震源 难 以实现 ， 因此 ， 也就 限制 了此 方法的推广与运用 ， 但在隧道工作环境下 ， 实现横波震 源的 自然条件却简单和理想。如果采用横波勘探 ， 可 在侧壁上布置接收点、 底板布置爆破点， 或在底板上布 置接收点 、 侧壁上布置爆破点 ， 实现 S H波或 S V波勘 探 ， 如果与 P波勘探 配合使 用， 预测 效果会 更有效。 检波器可以是单分量， 也可以是多分量， 如果是后者， 得到的信息会更多 。对于 目标体 比较复杂、 一条测线 难以控制的情况下 ， 还可以设计出同一观测面、 甚至不 同观 测 面 两个侧 壁 ， 一 个底 板 布设 多 条 测 线进 行 观 测， 实现三维勘探 。当然， 观测系统的设计要依据具体 地质 问题 而定 。 3时距 曲线规律分析 地震波的传播遵从 “ 沿所需 时间最短的路径” ， 即 费马原理， 在均匀介质 中， 所需时 间最短 的路径是直 线 。设 在 。点 激发 ， 在测 线上离 开 0点距离 为 z的某 点 S接收， 见 图 4 a 。根据反射定律和虚震 源原理 ， 可得水平界面反射波时距 曲线方程 ， 一 一 兰 垒 一 r 9 、 ⋯ 设界面倾角为 a ， 激发点 0到界面的法线深度为 ，界 面上下 的介 质均 匀 ， 上部 介质 波速 为 ， 坐标 系 的 原点 在激发 点 0， 轴 正方 向与界 面 的上倾方 向一致 ， 见 图 4 b 。同理可得倾斜界面反射波时距 曲线方程 ， 一 垒 二 生 r 3 、 口 ⋯ 式 3 表 明 ， 平 滑 界 面 、 上 覆 介 质 均 匀 情 况 下 T R S P的反射波时距曲线是一条双 曲线 。根据双曲线 特性可知， 极小点是时距 曲线极小点的横坐标 ， 极小点 总是相对激发点偏 向界面上倾一侧 。在极小点上 ， 反 射波返回地面所需 的时间最短 ， 此极小时间为 一 4 一 4 由图 4 b 可见 ， 点 即虚 震源 在 测线 上 的投 影 ， 由 0到 z 的反射波射线是射线 中最短的一条 ， 并且 铁 道 学 报 第 3 O 卷 ￡ J 面 如 0 爪I、 一 ／ 一 ] ＼／ 构 造 面 ， C ， ／ ／ D’ ， ， a 水平界面时距曲线 I 掌子面 。 。 ， I 八人 八 八 b 倾斜界面时距曲线 图 4 T R S P时距 曲线 反射波时距曲线是以过 ．z 点的 f 轴为对称的。 由图 3 、 图 4和式3 ， TR S P时距 曲线有以下规 律和特点。 1 当 a 一0 。 时 ， 即构 造 面 与 隧道 中轴 线平 行 ， 此 时式3 与式 2 等价， 时距 曲线为极小值过 ．z O 的双曲线 ， 它以直达波时距 曲线为渐近线 。 2 当 a 一9 O 。 时 ， 即构造 面 与掌子 面平 行 ， 且 位 于 掌 子面正 前方 ， 此 时 式 3 可 表示 为式 5 ， 时 距 曲 线为一条直线， 其斜率为一1 ／ 口 ， 截距 为 2 ／ ， 与 轴 交 点于虚震 源处 。 f 一 二 王 二 一 一三 5 3 当 0 。 a 9 0 。 时 ， 反 射 波时距 曲线 为双 曲线 。 对于界面倾角不同、 出露点相同时， 极小点相对激发点 偏向界面上倾一侧如图 5 a ， 其极小点将 随界面视倾 角的增大而不断地往界面的上倾方 向偏移 ； 对于界面 倾角不同 ， 界面到激发点距离相同时， 极小点相对激发 点偏向界面上倾一侧如图 5 b ， 其位置随倾角的增大 而不断地往界面的上倾方 向偏移 ， 极小值 ￡ 不断减 小。两者都使极小点的左半支相对震源 0而言 仪器 接收范围 ， 具有负向时距曲线 负视速度 特征， 其极 小值见式4 。 a 】 界面倾角不同， 出露点相同 ￡』 军 一 回 ＼ 、 一 ／ 二 ， ＼ ／ ／ ／ ， ， ～一 殳 曼 ／ 一 ’ ＼ 如 - ， ＼＼ 、 苎 ／ ＼a 一 9 ＼ 、 D‘ 4 5 o ’ 、 ． D． 4 5 o b 界面倾角不同， 界面到原点距离相等 ‘ 掌 面 ／ ／ ， ／ ／ ／ 、 、 、 一 1 0 o 一 5 0 0 5 O 8 0 1 0 o c 距坐标原点不 同距离， 直立界面 图 5 T RS P不同地质情况反射波时距 曲线 4 当 a 一一9 O 。 时， 即构造面与掌子面平行 ， 且位 于掌子面后方 ， 此时式3 演变为 一 垒 生 一 互 6 时距曲线为一条直线， 其斜率为 1 ／ ， 截距为 2 ／ ， 与 z轴交点于虚震源处， 是主要干扰信号之一 。 5 当一9 O 。 口 O 。 时， 反射波 时距 曲线为双 曲 第 6期 隧道反射地震法超前探测研究 线。对于界面倾角不同、 出露点相同时， 极小点相对激 发点偏 向界面上倾一侧 掌子面后方一侧 ， 其极小点 将随界面视倾角的增大而不断地往界面的上倾方向偏 移； 对于界面倾角不 同、 界面到激发点距离相同时 ， 极 小点相对激发点偏 向界面上倾一侧如图 5 b ， 但其位 置随倾角的增大而不断地往界面的上倾方向偏移 ， 极 小值 不断减小 。两者都使极小点的右半支相对震 源 0而言 在仪器接收范围 ， 具有正向时距 曲线 正 视速度 特征 ， 是主要干扰信号之一。 6 反射界面不管是倾斜 图 5 b 还是直立 图 5 c ， 即不同产状的地质构造体， 其有效信号 掌子面 前方及周围反射信号 均具有负视速度特征 主要干扰 信 号为正 视速度 特征 ， 能充 分反 映掌 子面前 方 的地 质 构造体 ， 通过视速度滤波， 便可提取这些有效信号进行 处理和分析， 从而达到超前预测的目的。 4 数据处理系统的研制与开发 T Rs P系统数据处理是隧道地质超前预报的重要 环节 。观测数据中既包含有用信息， 也包含各种相干 和随机噪声 ， 此外 ， 有用信息也是互相交织， 相互干涉 ， 分散和隐藏在观测数 据中。因此 ， T RS P资料必须经 过处理， 获得一张地质上十分合理的剖面， 才能提供有 用信息， 并且资料处理 的效果直接影响超前预报的准 确程度 。此外 ， 要想较精确地进行岩性分类 、 了解地层 的岩性和流体等特征， 还必须运用多种参数 、 多种资料 和手段 ， 研究岩性时就必须运用地震波的动力学特征 ， 用它们 的差异 分辨 、 识 别 、 预 测 岩性 ， 从 而 更 精 细地 解 决地质问题。当然 ， 提取这些地震信息， 必须在高信噪 比、 高分辨率、 高保真度 的基 础上实现。因此 ， T RS P 资料处理的目的可归结为 4点口 ] ①增强信号 ， 压 制噪声 ， 提高信噪比； ②数据正确归位 深度偏移 ； ③ 从测量数据 中提取各种岩石弹性参 数信息 速度、 密 度 、 泊松 比、 弹性模量等 ； ④使成果资料便 于解释 ， 以 容易理解 的方式 进行显 示 。 T R S P数据 处理系统 波形处理模 块 道 集 均 衡 模 块 频 谱 分 析 、 带 通 滤 波 模 块 初 至 拾 取 模 块 炮 检 点 静 校 正 模 块 球 面 扩 散 真 振 幅 补 偿 模 道 集 编 辑 模 块 反 射 波 提 取 模 块 转 换 波 分 离 模 块 反 波 模 块 正 演 模 拟 模 块 射 线 追 踪 技 图 6 T R S P数据 处理系统 成像模块 速 度 分 析 模 块 深 度 偏 移 模 块 岩 石 物 理 学 参 数 提 取 模 块 其主要任务是信息增强与处理 和信息分 析与提 取。本文数据处 理系统 TR S P 1 ． O 的开发从 地震 资 料处理的目的和任务要求出发， 涵盖了波形处理、 正演 模拟、 成像处理和岩石动力学参数提取等一系列功能 ， 具体分为 1 3个子功能模块 图 6 。图 7为数据处理 流程 。 图 7 T R S P数据处理流程图 5 理论模型和 实际数据测试与分析 1 正演模型测试 为检 验此 数据处 理 系统 的正 确 性 ， 设 计 由 4个 直 立断层 ， ， F ， 组成的 5层地质模型 ， 第一层 位于隧道内， 其余都位于掌子面前方 ， 见图 8 a ， 地质 模型参数见表 1 ， 设炮点坐标为 0 ， O 。借助井 中射线 表 l 地质模型参数 追踪合成地震记录技术 ] ， 采用一炮多收系统， 最小 偏移距 2 0 ． O m， 道间距为 2 ． O m， 采样率 1 O O ． O s ， 共 2 4道。图 8 b 为模型合成地震记 录， 图 8 c 为有效 第 6期 隧道反射地震 法超 前探 测研究 ～ 8 0 ． 0 m 间有一明显速度异常带 ； 图 9 d 为深度偏 移剖 面 ， 在 1 。 0 ． O ～ 1 4 O ． 0 m 掌 子 面前 方 4 O ． 0 ～8 0 ． 0 m 间有一强波阻抗异常带 ， 在 1 9 0 ． 0 m 掌子面前方 1 4 O ． 0 m 附 近还 有 一 微 弱 波 阻抗 界 面 ， 通 过 开 挖 ， 此 两处异常带都得以验证 图 9 e ， 超前预报结果与其 吻合 较好 。 6 结 论 1针对 隧道 的特殊工 作环境 ， 总结 TR S P工作 原理 ， 得 到 以下结论 震 源发 出的地震 信号 被 同一检波 器记录下来的地质信息反映的是 以震源和接收点为两 个焦点的椭球面上的地质信息； 不同震源和接收点确 定的椭球不一样 ； 同一震源和接收点 ， 不同时刻确定的 椭 球也不 同 ； 而 同一 震源 、 不 同接 收点 之 间的波场 关 系 仍 然遵从球 面扩 散规 律 。 2深入 探讨 T RS P观测 系统设 计 的有 效性 、 合 理性及实用性 ， 提出隧道纵波 、 横波 、 多波以及复杂地 质体超前探测观测系统优化设计方案思路。 3针对 T RS P地 震 波场 球 面 扩 散原 理 和 观 测 系统 布设方 式 ， 推 导 TR S P地 震 波 场 时 距 曲线 ， 深 入 分析 时距 曲线 规律 ， 总结 了在 全空 间情况下 ， 不 同地质 情况对 应 的反射波 时距 曲线 特 征 ， 探讨 全 空 间这 一特 殊工作环境下， 隧道地震波场的传播规律 。 4研 发 出一套 T R S P数 据处 理系统 ， 设计 处理 流程 ， 同时给出理论模型和实际资料处理的结果 。 TR s P技术是系统工程 ， 各部分技术都是彼此相 互 联系 、 相 互渗 透的 ， 只有各 方 面技 术 都 做好 ， 才 能发 挥系统的最大潜能， 为隧道施工提供快捷、 直观 、 低成 本 、 高效率 、 高精度的地质灾害超前预报， 理论模型和 实际资料初步处理分析表明， 此系统基本具备隧道施 工超前预报的能力 。 参考文献 [ 1 ]曾兆 璜． 隧道 地震 反 射 法超 前 预 报 [ J ] ． 地 球 物 理 学报 ， 1 9 9 4， 3 7 2 2 6 8 2 7 l _ ZENG Zha 0 一 hu a ng ． Pr e d i c t i on Ahe a d o f t h e Tu nn e l Fa c e b y t h e s e i s mi c R e e l e c t i o n Me t h o d s [ J ] ． c h i n e s e J ． Ge o p h y s i c s ， 1 9 9 4， 3 7 2 2 6 8 2 7 1 ． [ 2 ]何振起， 李海 ， 等． 利用地震反射法进行隧道施工地质超前 预报 [ J ] ． 铁道工程学报 ， 2 0 。 O ， 4 8 1 8 5 ． HE Zh e n q i ，L I Ha i ，e t a 1 ．Ge o l o g i c a l S u p e r 一 1 e a d i n g F o r e c a s t d u r j n g Tun ne l Con s t r uc t i o n by Ut I 1 i z i n g Se i s mi c Re s p o n s e A n a l y s i s Me t h o d [ J ] ． J o u r n a 1 o f R a i l wa y E n g i n e e r i n g S o c i e t y， 2 O 。 0， 4 8 l 一 8 5 ． [ 3 ]白恒恒 ， 辛 民高． 浅谈 长梁 山隧道 F 5断层 的地质超前 预报 [ J ] ． 铁 道工程 学报， 2 。 0 O ， 1 8 7 9 O ． BAI He ng he n g，XI N Mi n ga o ． Pr e l i mi n a r y Ta l ki n g a b ou t Ge o l o g i c a d v a n c e Fo r e c a s t o n F5 Fa u l t i n Ch a n g l i a n g s h a n Tu n n e 1 [ J ] ．J 0 u r n a 1 0 f R a i l w a y E n g i n e e r i n g s 0 c i e t y ， 2 O O O ， 1 8 7 9 O ． [ 4 ] Amb e r g Me a s u r i n g Te c h n i q u e L t d ． Op e r a t i o n Ma n u a 1 1 9 ． 6 1 [ M] ．Ku n mi n g Ku n mi n g s h a p e R e g a l e s c i e n c e a n d Te c hno I og y Lt d， 2 O O3 ． [ 5 ]A mb e r g Me a s u r i n g Te c h n i q u e L t d ． s o f t w a r e Ma n u a l 1 9 ． 6 2 [ M] ．Ku n mi n g K u n mi n g s h a p e R e g a l e s c i e n c e a n d T e c h no l o gy Lt d， 2 00 3． [ 6 ]刘志刚 ， 刘秀峰． Ts P 隧道地震勘探 在隧道隧洞超 前预报 中的应 用与发展 [ J ] ． 岩 石力 学与 工程学 报 ， 2 。 O 3 ， 2 2 8 1 39 9 1 4 O2 ． LI U Zhi ga n g，LI U Xi u f e ng ．TSP Appl i c a t i 0 n a nd De ve 卜 o p me n t i n t u n n e l l e a d F o r e c a s t [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k M e c h a n i c s a n d E n g i n e e r i n g， 2 。 0 3 ， 2 2 8 1 3 9 9 1 4 O 2 ． [ 7 ]沈鸿雁 ， 冯宏 ， 等． 井巷掘进超前地震 探测 资料 处理方法 系 统研制与 开发 [ c] ／ ／ 地下 工 程 中的地 球 物 理探测 技 术研 究． 西安 西安地 图出版社 ， 2 O 0 5 1 2 7 1 3 4 ． [ 8 ]Yu z R，A s h i d a ，e t a 1 ．s e i s mi c I ma g i n g Ah e a d o f T u n n e l F a c e w i t h Th r e e C 0 mp o n e n t G e o p h o n e s [ c] ／ ／s E G ． E x p a nd e d Ab s t r a c t o f t he 7 2n d SEG Annu a l Me e t i ng．Sa l t La k e Ci t y S EG ， 2 。 O 2 5 2 ． [ 9 ]P a u l A． Hy d r o p h 0 n e Vs P I ma n g a s A s h a l l o w s i t [ J ] ． G e 0 p h y s i c s ， 1 9 9 7 ， 6 2 3 8 4 2 ． [ 1 O ]沈鸿雁 ， 李 庆春 ， 等． 反射 波法 隧道地 震超 前探 测 中波场 分离与成像技术 研究 [ c ] ／ ／ 中国地 球物 理 年会 2 O O 6 ． 成 都 四川科 学技术 出版社 ， 2 O O 6 6 7 2 6 7 3 ． [ 1 1 ]沈鸿雁． 反射波法隧道地震超前预报研 究[ D] ． 西安 长安 大学 ， 2 0 0 6 ． [ 1 2 ]朱光明． 垂直地震剖面方法 [ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 1 9 88 ． [ 1 3 ]王庆海 ， 徐 明才． 抗干 扰高 分辨 率浅层 地震 勘探 [ M] ． 北 京 地质出版社 ， 1 9 9 1 ． [ 1 4 ]R j c h a r d 0， E d wa r d B， He 1 f r i e d B， e t a l I T h e Ap p l i c a t j o n o f TRT Tr u e Re f l e c t i o n To mo g r a p h y a t t h e Un t e r wa 1 d T u n n e l L J ] ．Ge o p h y s i c s ， 2 O O 2 ， 7 7 2 5 1 5 6 ． [ 1 5 ]Ge r d s ， B e r n b b a r d s ，F e l i x A，e t a 1 ．P r e d i c t i n g a h e a d o f t h e f a c e[ J ] ． Tu n n e l s＆ T u n n e l l i n g ， 1 9 9 6 ， 2 8 4 2 4 3 0 ． [ 1 6 ]B o r m G， Gi e s e R．I n t e g r a t e d S e i s mi c I ma g i n g s y