中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分析.pdf

第 2 1 卷第 l 0期 2 0 0 6年 l 0月 地球 科学 进展 ADVANCES I N EARTH S CI ENCE Vo 1 ． 2l Nt ． 1 0 Oc t ．， 2 00 6 文章编号 1 0 0 1 8 1 6 6 2 0 0 6 1 0 - 1 0 3 3 0 6 中国隧道及 井巷地震波法超前探 测技术研 究分析 张平松 ， 吴健 生 1 ． 同济大学海洋与地球科学学院， 上海2 0 0 0 9 2 ； 2 安徽理工大学资源与环境工程系， 安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘 要 自2 0世 纪9 0年代 以来， 反射地震波法作为一种主要的超前探测技术在我 国国内隧道及井 巷工程中取得 了诸 多成功应用的探测 实例 ， 同时在应用中不 同探测 方法也存在不 少问题。文章结 合国内外超前探测 中应用较为广泛的 T S P法、 负视速度法、 H S P法、 T R T法、 I S I S系统等反射波探测 技 术加 以 阐明 ， 分析 了国 内超 前探 测技 术应 用 与研 究的现 状 ， 指 出隧道及 井巷 超前 探测 数据 采 集与 处理过程 中存在的不足 ， 并进一步提 出超前探 测研 究在正反 演理论、 数据采集、 偏移成像技术等方 面应该 注意 的 问题 ， 超 前探测 的 目标是 要 建立 和完善 一 套 实时的巷 道 前 方地 质体 的 动 态监 测 与预 报 系统 。 关键词 反 射 波法 ； 超 前探 测 ； 数据 采 集 ； 偏 移成像 中图分 类号 P 6 3 l 文 献标 识码 A 1 引 言 影响隧道及井巷工程掘进 安全的地质因素较 多 ， 其中断层构造 、 破碎带、 软弱层 及含水体是最主 要的异常体 ， 因此必须能够对此进行 超前探测与预 报 ， 为工程掘进提供可靠的技术保障。 目前用于隧 道及井巷超前探测 的方法较多 ， 但仍未有一种方法 可以对掘进前方所遇到的地质异常体进行全面有效 的判断与预报。应该说在所有 的探测方法中， 地震 反射波法是最可靠 、 探测距离最远的物探手段之一。 但由于隧道及井巷超前预报工作受观测条件 的限制 以及三维空间岩体 内不 同方向的反射波影响 ， 使得 超前地质解释同样存在很大的困难。从 2 0世纪 9 0 年代初 ， 我国铁道系统就开始进行反射波法超前探 测系统及数据处理方法技术 的研究， 并取得 了较好 的成果。经过近 2 0年的发展 ， 目前的反射波法超前 探测技术研究状况如何 ， 值得所有地球物理工作者 去思考和总结。我国当前正在进行大规模的基础设 施建设 ， 其中包括大量 的铁路 、 公路、 地铁 、 引水等隧 道 洞 建设 ， 隧道钻孔机 T B M 的施工应用也正在 兴起 ， 加上各种矿山开采巷道 ， 尤其是大量 的煤矿掘 进巷道 ， 地面勘探资料较少 ， 这样隧道及井巷工程施 工过程中对前方地质条件 的不可预见性增强 ， 所造 成的掘进头遭遇断层 构造 、 煤 与瓦斯突 出、 老 区、 软弱岩层坍塌 、 突水等事故频频发生 ， 带来了大 的 人员和经济损失。应该说这些问题对地质地球物理 工作者提出了更加严 峻的挑战 ， 提高对超前探测方 法技术的准确性、 可操作性 、 适用性以及长距离顶测 研究是所要解决的重要问题。文章结合国内外的隧 道及井巷工程反射波超前探测方法技术研究成果进 行讨论与分析， 并对其未来 的发展提 出 自己的思考 和认 识 。 2 隧道及 井巷 工程 反射波超前探 测技 术研 究方法 对于隧道工程勘察及矿山开发勘探阶段 ， 一般 都要进行工程地质测绘 、 水文地质调查 、 综合地球物 理勘探 、 深孔钻探等大量地面调查和勘探测试． I 作 。 这样可基本查清隧道及井巷区域内的工程地质和水 文地质条件 ， 为设计部 门提供基础的地质资料进行 收稿 日期 2 0 0 6 -0 4 - 0 4 ； 修 回日期 2 0 0 6 -0 7 - 2 4 ． 作者简介 张平松 1 9 7 1 一 ， 男， 安徽六安人 ， 副教授 ， 博士研究生 ， 现从 事地质工程及地球物理勘探教学与科研工作 E m a i l p s z h a n g 7 1 1 6 3． c o rn 维普资讯 1 0 3 4 地 球科 学进展 第 2 1 卷 工程设计。但 由于隧道及井巷多为隐蔽工程 ， 且深 埋于地下， 其岩体的工程地质 、 水文地质条件复杂多 变。加 隧道工程 的山地条件增多， 井巷I [ 程 的开 采深度加大 ， 通常在工程勘探 阶段杏明其相关 的岩 体特征以及可能存在 的不 良地质体 的位置 、 规模和 性质是极其困难 的。因此 ， 这些 问题都必须依靠掘 进过程中的地质超前预报来解决 。目前用于超前探 测的方法主要有直接钻探法、 地震波法、 井巷电阻率 法 、 电磁波法等。其中反射地震波法是应用最多的 一 种方法， 具体来说 ， 依据反射波原理超前探测的方 法主要有隧道地震剖面系统 、 隧道垂直地震剖面法、 水平声波剖面法、 真反射成像法、 综合地震成像系统 以及陆地声纳法等 ， 下面就各方法简介如下。 2 ． 1 隧道地 震超 前预 报 系统 隧道地震超前预报系统 T u n n e l S e i s mi c P r e d i c t i o n ， T S P系统 ； 最新 款为 T S P 一 2 0 3型 ， 是 由瑞士安 伯格 A m b e r g 测量技术 公司研制 的一套先进 的地 质超前预报探测系统 ’ ， 我国是从 2 0世纪9 0年代 引进这套设备 ， 目前主要用于隧道部门， 因仪器设备 不防爆未在煤矿超前探测 中应用。T S P和其它反射 地 震波 方法 一样 ， 采用 了回声测 量原 理 ， 通 过分 析反 射地震波信号的运动学和动力学特征 ， 对断层 、 岩石 破碎等不良地质体的位置 、 规模 、 产状及岩石力学参 数进行计算与界面提取成图。其成果解释依据 正 反射振幅表明硬岩层 ， 负反射振 幅表明软岩层 ； 若 s 波反射较 P波强 ， 则表明岩层饱含水 ； 若 V p ／ V s 增加 或泊松 比突然增大， 常常由于流体的存在而引起 ； 若 下降， 则表明裂 隙度或孔 隙度增加 ； 该方法有效 探 测距 离在 2 0 0 m左 右 。 2 ． 2负视速 度法 、 垂直 地震 剖面 法 地 震负 视速 度 法 类 似 于 T S P法 ， 2 0世 纪 9 0年 代初 由 曾兆 璜 提 出， 或 称 隧 道 垂 直地 震 剖 面法 T V S P 。它 利用 地震 波 在 不 均 匀地 层 中产 生 的反射波特征 ， 来预报隧道施 工开挖 面前方及周 围 区域的地质情况。同样在隧道洞室侧壁的一定范围 内布点进行激发与接收反射波 ， 反射界面与测线直 立正交时， 所接收的反射波与直达波在记录图像上 呈负视速度 。其延长线与直达波延长线交点即为反 射界面的位置。当所得 记录中没有明显反射波时 ， Ⅱ 丁 预 测开挖 面前 方 的岩 质是均 质 的。通 常负视 速 度 法是测 试 面与所 要 探 测 的地 质 界 面 相 互垂 直 ， 这 种 方法对与巷道夹角大于 7 0 。 的异常界面适用性强。 负视 速 度法 的数 据处 理 是 根 据几 何 原 理进 行 ， 未能对 此深 入 研 究 。因 为 三维 空 间反 射 界 面较 多 ， 单纯几何分析时距关系很难进行复杂构造 削断。而 T S P法在资料处理上不是采用走 时曲线分析方法 ， 而采用深度偏移成像技术 ， 对探测 区域 内I倚方一定 范围内地质条件进行成像 ， 同时综合纵 、 枞波特征 ， 能全 面利用 地 震波信 息 。 2 ． 3水平 声 波剖面 法 水 平 声 波 剖 面 法 H o r i z o n t a l S e i s m i c P r o f i l i n g ． H S P ， 最 早 由 日本 O Y O公 司 在 2 0世 纪 5 年 代 用 于隧道前方地质探查 。其工作 原理与地表反 射 地震类似 ， 是分析反射 波走 时计算地层 界 面位置。 HS P施工布置在距隧道迎头 5 0～ 7 0 m范Ⅲ内， 同样 在一侧帮取 2 m左右深裸孔放置炸药 ， 激发地震波 ， 2 4个左右高频传感 器接收地震波。H S P数据处理 经过 波场 分离 和叠 前 偏 移 可 获得 清 晰 的成 像 结 果 。 图 1为 H S P法偏 移结 果 的三维 切片 。 ／ ／ ／ 图 1 l l S P法二维切片图 Fi g． 1 2D s l i c e ofHSP 国内根据其原理有多种变通布置方法 ， 如地震 横排列法 ， 是在巷道对等位置两边 布置激 发与接收 系统 ， 将发射源和接收换能器布设 在隧道 侧的浅 孔 内， 发 、 收位置均在平行于隧道地面的刷 一水平面 E， 构 成 “ 水 平声 波剖 面 ” 。这 种方 法 的特 点是 各 检 测点所接受 的反射波路径相 等， 因此反射波组合形 态与反射界面形态相同 ， 通常是直 达波呈 双曲线形 态， 反射波呈直线形 ， 其图像直观。其另一优点是对 反射界面倾角没有限制 ， 适用的范围比负视速度法 广泛 。 2 ． 4真反 射成像 法 真反 射 层 析 成 像 T r u e R e fl e c t i o n T o m o g r a p h y ， T R T 是 由美 国 N S A工程公 司 2 0世纪 9 0年代后期 开发完成 ， 目前在欧洲 、 亚洲开始应用 ， 其巾 日本 、 澳 大利亚和香港隧道 工程中应用最 多 。 F R T方法 在观测方式 和资料处 理方法上 与 T S P法有很大不 维普资讯 第 9期 张平松等 中国隧道及井巷地震波法超前探测技术研究分 析 l 0 3 5 同 。在观 测上 ， 它 采用 的是 空 间 多 点 接 收 和激 发 系 统。检波器和激发 的炮点呈空间分布 ， 布置在巷道 迎头 、 顶板及两个侧 帮上 ， 以充分 获得空 间波场信 息， 提高对前方不 良地质体 的定位精度。在资料处 理方法上是通过速度扫描和偏移成像。该方法对岩 体中反射界面位置 的确定 、 岩体波速和工程类别的 划分等都有较高的精度。图 2为 T R T法在 U t e r w a l d 隧道的观测系统布置图， 其中 A 1～A1 0为接收点位 置 ， 且 A 4 、 A 9在隧道顶上 ； S 1～s 6为激发点位 置， 且 s 1 、 s 2布置在迎头 ； 图 3为 T R T成像结果图。 2 ． 5综合 地震 成像 系统 综合地震成像 系统 I n t e g r a t e d S e i s mi c I m a g i n g S y s t e m， I S I S ， 是 1 9 9 9年由德 国 G F Z公 司与基尔大 学合作完成的一套地震测试系统 ⋯。它将 3个相 互垂直状态的检波器 ， 利用粘固剂固定在锚杆上 ， 按 一 定间距安装在 隧道的墙 面上。并利 用 T B M作 为 震源激发地震波 ， 从而接收地震记录。数据处理是 采用 F r e s n e l V o l u m e偏移成像技术完成的。该方法 可对隧道及井巷工程掘进前方以及顶部的复杂地质 2 0 0 1 9 2 1 隧道迎头位置 S 3 S 5 A 3．A 8 S 3 S 5 S 4 S 6 A5．Al 0 图 2 T R T法观 测布 置图 Fi g． 2 Ob s e r v a t i o n l a y out o f TRT 图 3 T R T方法成 像结果图 Fi g． 3 I m a g i n g r e s ul t o f TRT 构造 进行 较为 全 面的预 报 。 2 6陆地声 纳法 陆地声纳法 也叫高频地震 反射法 是钟世航 1 9 9 2年提出的， 其实质是垂直地震波反射法 。该 方法在隧道掌子面上采用极小偏移距 ， 单点采集高 频地震反射信号形成连续剖面 ， 通过十字形观测系 统和宽频带脉冲接收技术 ， 预报掌子面前方断层及 其它地质界面的位置和产状。该方法优点是分辨率 高 ， 但需 占用掌子面。此方 法在羊寨隧道和铝厂隧 道超前探测时， 成功地探查 出掌子面前方 4 O～8 0 m 距 离 范围 的溶洞 。 3 我 国反射波法超前探 测技术研 究现 状分析与认识 3 ． 1 现状分 析 各种反射波勘探方法都有 自己的特点 ， 不同 的工程应用 中均取得 了成功的实例 ， 但是受物探方 法本身的技术限制 ， 以及在有限的场地条件下进行 攀豳 维普资讯 l 0 3 6 地 球科 学进展 第 2 1 卷 长距离 、 高精度 、 快速准确 的超前预报， 现有的反射 波超前探测技 术都难 以全面满 足。目前来说 ， 反射 地 震波 法超 前探 测距 离虽 然 可 长 达 米 以 但 探 测精度较低 ， H因探测对象复杂多变 ， 各种杂波干扰 严 重 ， 有效 波 的识别 与分 离十分 困难 ， 因而有 时难 以 获得好 的结 果 。对 应 用 较 多 的 T S P系统 ， 在 地 质结 构复 杂 、 波 阻抗 差 异 不 大 的情 况 下 就 存 在这 样 的问题。因此要提高超前探测预报准确率不是一朝 一 夕的事 ， 必须地质地球物理工作者不断深入地研 究， 同时必须具有正确的方法和思路 。 纵观 目前国内超前探测技术研究成果 ， 认为存 在 的几个 问题值 得探 讨一 下 。 1 国 内开展 超 前探 测技 术应 用型 研 究 多， 方 法理 论研 究 少。 国 内进 行 超前 探 测 ， 应 用 最 多 的是 T S P系统 ， 而 T R T和 I S I S方法 还 未 见 有 相关 应 用文 章。应该说我国是最早开展隧道超前探测研究的国 家之一， 但是除曾昭璜 、 何振起 ’ 等进行了负视速 度法的理论及处理算法研究外 ， 对隧道及井巷中超 前探测技术原理开展的研究很少 ， 特别是对反射地 震波法 的 空 间数据 采集 与处理 技 术 没能 很 好地 深入 。 2 超前探 测 所 解 决 的 问题 针 对 性 强 ， 研 究 目 标相对单一。影响隧道及井巷安全掘进的地质因素 较多 ， 其 中包括 断层 构造 、 煤 与瓦斯 突 出 、 采 空区 、 破 碎带 、 含水体 、 矿山压力等多种 因素。地震波在穿过 煤岩体遇到波阻抗界 面后反射 回来被传感器所 接 收 ， 实际上地震记录中携带了大量的地质信息， 既包 括地震波的运动学特征 ， 也包括其动力学特点， 可以 通过能量 、 波速 、 频率、 相位等多种属性表达 ， 但 目前 的应 用 主要是 针对 地 质 构 造 进 行探 测 与 解 释 ， 比如 对波的吸收衰减特征关注较少， 因此所 采集信息的 利用 率相 对较 低 。 3 超 前探 测 应 用 面相 对 较 窄 ， 不 能 完 全适 应 国 内市场 需求 。可 以这 样 说 ， 国 内的 超 前探 测 应 用 多半是在隧道工程中完成 的， 而对于技术应用急需 的矿 山井巷地 质 条 件 的 预报 基 本 上 没 有 大 的起 色 。 煤 矿巷 道掘进 包 括 岩石 和 煤 层 巷 道 ， 所 遇 到 的地 质 问题相对更为复杂 ， 同时涉及到仪器设备的安全与 防爆 ， 国家发改委已把煤矿巷道掘进超 前探测作为 近几年科技攻关 的内容， 因此这将是未来研究的一 个大方 向。对 于软 土 隧 洞 、 地 铁 开挖 中所 遇 到 的地 质问题也未有反射波探测 的相关研究文章。 4 对 隧道 及 井巷探 测 条件 以及推 广性 仪 器设 备 的研 究基本 上是 空 白。隧道及 井 巷超 前探测 条件 有 限 ， 同时地 下 问数 据 采 集 具 有 复 杂性 。如何 充 分利 用 巷道 中 的实 际空 间条 件 ， 合 理 避 开 l 下 各种 下扰 因素， 尽可能全面地收集反射波信息 ， 赴为后续 数据反演与成像提供基础。当然这里还应 重数据 采集 的实用性 ， 应尽量避免与工程施工 的 突。但 实际探测中所引进的成套设备都是按一定的技术要 求流水操作 ， 这往往左右了我们的思维， 不利于国内 超前探测技术的深入研究和技术进步。 同时应该看到 ， 制约国内 T S P等技术排广 的一 个重 要原 因是 仪 器设 备 的 费 用 昂 贵 ， 包 括 每 一 次探 测的成本都是很高。事实上安徽理工大学技术人员 专门对 T S P数据采集设备 与 K D Z 1 l l 4 3刑矿井地 质探测仪进行对 比， 两者在数据质量上没 大的差 别 ， 关键是 国外技术工艺先进 ， 数据处理软什功能完 善 。因此 要发 展超 前探 测 技 术 ， 大 力 开 发 币 I I 完 善 自 主产 权 的适 用 性强 的探 测 仪 器设 备 至 关 重 崾 ， 重 点 不在于引进， 应该是借鉴。 5 反射地震波数据 处理方法简单， 软件 可操 作性差。反射波数据处理在石油及煤 田勘探中技术 成熟 ， 但在T程勘探应用中方法相对简单 。利用几 何地震学原理以及波的运动学特性对复杂地质构造 进行分辨难度较大， 必须借助偏移技术和≥ 他成像 方法 。同时要加快开发 出适合隧道及井巷探测的资 料解 释 系统和 处理 软件 ， 增加 人 机交互 性 ， 他 得 超 前 探测结果达到半定量或是更高阶段。 6 要 能 完善超 前 探 测 方 法技 术 ， 建 立 统 一 的 探测规范。目前进行隧道及井巷超前探测 的方法技 术种类较多 ， 包括震 、 电、 电磁等 ， 如何在隧道及井巷 特殊 空 间条件 下合 理地 选择 物探 方法 和 观测 系统将 直 接影 响到探 测 效 果 ， 因 此 必须 小 断 地 完 各种 探 测 方 法 ， 最大 程度 地降 低探 测 与解 释的经 验 成分 ， 对 不 同方 法 的使 用 形成相 应 的技术 规 程和评 价 标准 。 3 2 几点认 识 针对国内隧道及井巷超前探测技术 的现状 ， 笔 者认为对于地质地球物理 工作 者有许多一 I 作要做 ， 而儿必须加强对超 前探测技术理论 的深入研究， 紧 密结合地震探测技术的发展， 才能取得我 l 1 超 前探 测技 术 的新进 展 。 1 正 、 反 演理 论 研 究是 超 前探 测 的 毽 础 。物 探方 法本 身是 一种 问接 的 观 测 方法 ， 是 通 过物 理 学 原理 和仪 器获 得 已知岩 层或 模 型的物 性参 数及 其规 律 ， 再 根 据 已建 立 的物性 规 律 数 学 物 理模 型 去解 释野外实际观测 的参数值 ， 然后再将物探 成果 物 性剖面 、 断面 、 平面图等 解译成地质成果 这里正 维普资讯 第 9期 张平松等 中国隧道及 井巷地震波法超前探测技术研究分析 1 0 3 7 反 演理 论 研 究 是 基 础 。就 隧道 及 井 巷 超 前 探 测 来 说 ， 对不同地质条件下反射波的基本特征理论研究 不够深入， 尤其是对煤矿掘进过程中不 同地质模型 的正演 计算 、 波 路 特 征理 解 不 透 彻 。煤 巷 掘 进 时 来 自顶 、 底板岩层 、 前后方地质异常体的反射波使得地 震记录相对复杂 ， 因此通过实际模 型或水槽模拟等 手段 ， 加 强 对不 同地 质 界 面 的 特 征模 式 研 究 与 识 别 至关重要。对地质 目标体的反演计算可采用多种计 算 方法 ， 包 括有 限差 分法 、 积分 方 程 法 、 有 限 单 元 法 和边 界单元 法 等 。 目前 对 全空 间 的二 维 、 三 维 模 型 进行模拟和反演 已趋于成熟 ， 而对于井巷条件下的 三维地质物理模型的模拟和计算尚须进一步深入地 研 究 。 2 高精 度地 震仪 器设 备是保 证 。 目前 探测 技 术本 身正 在飞速 地 发 展 ， 同时 电 子科 技 也 在 不 断 地 进步 ， 因此紧跟国际勘探形势 ， 加快 国内地震勘探仪 器设备的研制 ， 特别 是矿井 中便携防爆地震仪器设 备的研制尤为重要 ， 这是获得高质量数据采集 的前 提和保证。同时要努力借鉴地面地震勘探中的新技 术 ， 及 时地 应用 到 隧道及 井巷 超前 探测 技术 中来 ， 加 快多波多分量超前勘探进 程应 该是一个好 的发展 方 向。 3 多分量 立体数 据采 集是 关键 。隧道 及 井巷 中干扰因素多 包括生产 、 运输 、 爆破 、 振动 、 大功率 用电等形成复杂的干扰源 ， 即使同一场源也存在多 种路径 ， 不利于有效信号的激发和采集 ， 采用常规 的传感器和接收条件难 以确保可靠 、 有用信息 的获 取和分离。加强对震源 、 传感器 以及观测 系统 的研 究是 取得 超前 探测 成果 的前 提 和关键 。从震 源 的角 度来说 ， 利用井巷施工中现有 的掘进设备 、 风锤等不 失为一种好的振动源 ， 通过对现场 固定频率或各种 干扰的振动进行滤除， 可以获得来 自 目标体反射 的 各种有效波。对于传感器 ， 采用多分量多波接收 ， 可 以增 大数 据信 息量 ， 通 过现 有分 量 对 不 同方 向地 震波进行记录合成也是一种新的思路 。观测系统同 样不能忽视 ， 在不影响掘进生产的同时， 综合利用迎 头 、 两侧帮以及巷道顶底部岩层条件 ， 采用三维立体 数据采集应该是发展的方 向 T R T法中采用 ， 但必 须使成像技术跟 上要求。 4 叠前数 据偏 移 成像技 术是 核 心 。由于隧 道 及 井巷 工作 面 的尺寸 相对 探测 对象 的距 离来说 要小 得 多 ， 因此 井巷 内 的地 震 波 场 是一 种 复杂 的三 维 波 场 。在这种 情况 下 ， 偏 移 成 像 和 物 性结 构 反 演 成 像 相互迭代是解决 问题的重要途径 ， 速度参数 的获取 是复杂结构探测 的核心 内容。通过立体数据 采集 ， 完 成三 维叠 前数据 偏 移可 以对 复杂地 质 构造进 行 成 像 ， 这对前方地质条件 的判断会起 到很 大的 帮助 。 通 常偏 移技 术可 分为 两类 ， 一类 是射 线偏 移法 ， 以惠 更斯原理为基础 ； 另一类是波动方程偏移法 ， 以物理 光 学原理 为 基础 ， 包括 克希 霍夫 积分 偏移 、 有 差 分 偏移和有限元偏移等方法 。T S P数据处 所 完 成 的也 只是 射线 扫 描偏 移 法 方 法 ， 因此 采 用 对 精 细 构 造分 辨能 力高 的波 动方 程偏 移技术 是将 来研 究 的 一 个方 向 。 5 三维 互动 式数据 处理 软件 编制 是手段 。超 前探测技术的推广应用必须要有可操作性强的软件 作为手段 ， 因此对超前探测数据处理的智能化 、 集成 化是软件编制的重点思考问题。数字处理过 需要 充分考虑井巷中数据质量 ， 合理利用信号处理技术 ， 不断提高信噪比和分辨力 ， 同时使得多波多分量数 据得以利 用和综合。为了克服单一勘探 方法 的弱 点 ， 尽可能考虑与其他方法数据联合反演 的实用性 及 数据接 口。 6 探测应用与解释理论研 究是 结果。探测结 果最终都是以地质解 释的成果呈现出来 ， 对不同区 域不同地质条件反射波特征可能会有不同的表现形 式 ， 因此必须通过实际探测与应用 ， 不断总结符种地 质界面及其特征异常等的反应 ， 找 出理论解 释的依 据 ， 为进一步深入研究及不同区域的应用提供堰础。 7 立体数 据 信 息超 前 预 报 监 测 系统是 目标 。 超前探测应该是综 合信息 的反映 ， 未来的实日 1 f 监测 系统应该 是以反射地震波为主 ， 综合利用井巷直流 电法等技术 ， 通过便携式信号接收系统 ， 直接利用巷 道掘进现有 的振动信息源形成 网络式观测 系统， 动 态地进 行数 据记 录 ， 并利 用 地震 波 的运 动 学 动 力 学特性 如波速 、 能量 、 频率 、 吸收 、 衰减等特 f I E 进 行处理与解释 ， 结合井巷 区域地 质条件对掘进头前 方的各种地质信息进行反演 ， 能够对地质构造 、 地下 水 、 瓦斯 、 采空区 、 岩体压力等复杂地质特征进行动 态监测与预报 ， 并能通过地面监控 中心对前力‘ 地质 条件 进行 实 时处理 。 4 结 语 反射 波 法各种 超前 探测 技术 在我 国 隧道 及 井巷 工程中发挥着巨大的指导作用 ， 为巷道掘进及 安全 生产提供 了重要 的技术保 障。但 我们 必须 对 现 实 ， 认 真总结 和分 析 国 内外该 领 域 探 测 技 术 研 究 现 状 ， 努 力寻求 我 国超前 预报 技 术 的新 发展 和新 1 5 I 跃 维普资讯 1 0 3 8 地球科 学进 展 2 1卷 总的来说 ， 要进一步提高对地质灾害 的探测及超前 预报的准确性和精度 ， 就必须发挥 自我优势， 紧跟探 测技术的发展 ， 加强对地 下地质地球物理性质 和井 巷条件各种空间响应进行全面 、 深入的研究 ， 充分发 挥现代数学分析方法、 信号采集与数据处理技术 的 作用 ， 结合隧道及井巷条件从理论上进行相应 的数 学模拟和正反演计算 ， 在室内或 已知探测点进行各 种 方法 的试 验研 究 ， 获 得 各种 观 测 方 法 的 应用 条 件 和最佳观测系统 ， 以找出针对不 同地质地球物理模 型的有效 、 快速的判测方法。全面利用现有地质 资 料及各种信号手段 ， 走多方法、 多参数 、 多角度的综 合地球物理勘探之路 ， 完善超前探测结果 的地质解 释工 作 ， 努 力实 现对 隧 道 及 井 巷工 程 掘 进 中的 实 时 与动 态监 测 。 参考 文献 R e f e r e n c e s [ 2 ] [ 3 ] Zh a o Yo n g g u i ，L i u Ha o ，S u n Yu，e t a 1 ．Re s e a r c h p r o g r e s s i n t u n n e l g e o l o g i c a l p r e d i c t i o n[ J ] ． P r o g r e s s i n G e o p h y s i c s ，2 0 0 3， 1 8 3 4 6 0 J , 6 4 ． f 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． TS P a p p l i c a t i o n a n d d e v e l p me n t i n t u n n e l l e a d fo r e c a s t f J ] ．C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n ic s a n d E n g in e e r i n g， 2 0 0 3 ， 2 2 8 1 3 9 9 1 4 0 2 _ [ 刘 志 刚 ， 刘 秀峰． T S 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 llJ j 工程学 报 ， 2 0 0 3 ， 2 2 8 1 3 9 9 1 4 0 2 ． ] He Z h e n q i ， Li Ha i ， Li a n g Ya n z h o n g ．Ge o l o g i c a l s u p t r _ l e a d i n g f o r e c a s t d u r i n g t u n n e l c o n s t r u c t i o n b y u t i l i z i n g s e i s mi c r e s p o n s e a n a l y s i s m e t h o d [ J ] ． J o u r n a l of R a i l w a y E n g i n e e r i n g S o c i , l『 1 ， 2 0 0 0 ， 4 8 1 8 5 _ [ 何振起 ， 李海 ， 梁颜忠． 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 0 0， 4 8 1 8 5 ． ] Z e n g Z h a o h u a n g ． P r e d i c t i o n a h e a d o f t h e t u n n e l f a c e b y t h e s e i s mi c r e fl e c t i o n m e t h o d s [ J ] ．A c t a G e o p h y s i c a S i n ie a ， 1 9 9 4 ， 3 7 2 2 6 8 ． 2 7 1 ． [ 曾昭璜． 隧道地震 反射法 超前预报 [ J ] ． 地球物理学 报 ， l 9 9 4， 3 7 2 2 6 8 2 7 1 ． ] l n a z a k i T，l s a h a i H ，Ka w a mu r a S，e t a 1 ． S t e p w i s e a p p l ic a t i o n o f h o r i z o n t a l s e i s mi c p r o fi l i n g f o r t u n n e l p r e d i c t i o n a h e a d o f t h e f a c e [ J ] ．T h e L e a d i n g E eD e c e mb e r ， 1 9 9 9， 1 8 1 2 1 4 2 9 1 4 3 1 ． Ot to R，B u t t o n E A ，Br e t t e r e b n e r ，e t a 1 ． T h e a p p l i c a t i o n o f TRT t r u e r e fl e c t i o n t o m o g r a p h y a t t h e u n t e r w a l d t u n n e l [ J 】 ．F e l s b a u ， 2 0 0 2 ， 2 0 2 5 1 5 6 ． Bo r m G，Gi e s e R，Kl o s e C，e t a 1 ． I S I S i n t e g r a t e d S e i s mic l ma g i n g S y s t e m f o r t h e Ge o l o g i c a l P r e d i c t i o n Ah e a d o f Un d e r g r o u n d C o n s t r u c t i o n [ C] ． N o r w a y E a g e 6 5 t h C o n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n ， 2 0 0 3． J un Ma t s u s h i ma ， Ya s u k u n i Ok u b o， S h u i c h i Ro k u g a w ll ，e t a 1 ． S e i s mi c r e fl e c t o r i ma g i n g b y p r e s t a c k t i me mi g r a t i o n i n t h e Ka k k o n d a g e o t h e r m a l fi e l d ， J a p a n [ J ] ． G e o t h e r mie s ， 2 0 0 3， 3 2 7 9 - 9 9 ． J o n F C l a e r b o u t ． I m a g i n g t h e E a r t h I n t e r i o r [ M] ． G e o