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

1、隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(lèi)(如TSP、HSP、陸地聲納)、電磁波類(lèi)(如地質(zhì)雷達(dá))、感應(yīng)電磁法(如瞬變電磁法)。隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)總體取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,但是也出現(xiàn)不少漏報(bào)、誤報(bào)的事件。由此可見(jiàn),隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在如何提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性方面還需要進(jìn)一步的研究。通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)物探方法的正確認(rèn)識(shí)以及進(jìn)行相應(yīng)的物探信號(hào)處理分析研究是進(jìn)一步提高隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要研究手段。本文

2、進(jìn)行了與隧道超前預(yù)報(bào)相關(guān)的地震、地質(zhì)雷達(dá)正演模擬和相應(yīng)的物探信號(hào)分析以及數(shù)據(jù)處理方法研究。
　　 在前人的研究基礎(chǔ)上,較詳細(xì)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(jì)算步驟,通過(guò)自主編程(C語(yǔ)言)實(shí)現(xiàn)了該方法的正演與偏移處理計(jì)算程序,并進(jìn)行了簡(jiǎn)單和復(fù)雜模型的正演模擬和偏移處理。通過(guò)正演模擬和偏移處理證明該種方法計(jì)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(jié)果波場(chǎng)歸位好、成像

3、清晰,并對(duì)正演模擬結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)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(jìn)一步從原理上說(shuō)明地震波對(duì)地下水的不敏感性。
　　 本文對(duì)地質(zhì)雷達(dá)的基本原理做了較為詳細(xì)的闡述,分析了其理論結(jié)果的實(shí)際工程運(yùn)用價(jià)值。在前人的基礎(chǔ)上,重新推導(dǎo)出有限差分的電磁波模擬正演計(jì)算算法。通過(guò)自主編程(C語(yǔ)言)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)的正演模擬計(jì)算程序。該程序能進(jìn)行包含介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等多個(gè)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(jìn)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(kāi)挖復(fù)雜地質(zhì)模型中的正演傳播圖像以及多種隧道典型不良地質(zhì)體的正演結(jié)果,并對(duì)正演結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)。
　　 結(jié)合理論分析、正演模擬結(jié)論和實(shí)際典型例子分析總結(jié)了地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的物探信號(hào)的分析參數(shù)和判斷依據(jù)。其主要認(rèn)識(shí)有:
　　 ①反射波相位特征:地質(zhì)雷達(dá)反射的相位是對(duì)不良地質(zhì)體定性判斷的準(zhǔn)確參數(shù)。如對(duì)含水的高介電常

5、數(shù)介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)負(fù)相位特征,空洞的低介電常數(shù)介質(zhì)會(huì)有相反的正相位特征；
　　 ②反射波能量大小:反射波能量強(qiáng)弱是對(duì)不良地質(zhì)體變化大小定量判斷依據(jù)。但是受采集時(shí)候的儀器的增益處理影響其反射系數(shù)難以復(fù)原,使用時(shí)只能是參考判斷不能準(zhǔn)確計(jì)算；
　　 ③反射波形態(tài)特征:反射波同相軸形態(tài)基本能反應(yīng)不良地質(zhì)體的形態(tài),但是受速度變化影響以及部分點(diǎn)狀或者尖滅反射體的繞射波影響,其形態(tài)會(huì)出現(xiàn)畸變和模糊,需進(jìn)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(dǎo)率介質(zhì)時(shí)候會(huì)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(shí)要做適當(dāng)?shù)目s短。
　　 ②電導(dǎo)率影響:由于實(shí)際巖體尤其是含水軟弱巖體中電導(dǎo)率較高,不能簡(jiǎn)化為高阻巖體,按常規(guī)解譯精簡(jiǎn)公式解釋。高含水巖體的高電導(dǎo)率會(huì)使后面電磁波的能量快速衰減