三維隧道地震超前探測系統的製作方法
2023-07-29 16:45:06
本實用新型屬於地球物理勘探中的超前地質預報，具體涉及一種三維隧道地震超前探測系統。
背景技術：
現有隧道(巷道)的超前地質預報技術主要包括掌子面素麵法、鑽探法和地球物理勘探法三類，其中地球物理勘探法由於其成本低、效率高等特點被廣泛應用並寫入隧道施工相關規範中。在地球物理勘探技術中，地震反射波法由於其場地適應性、探測距離和有效性均能較好滿足工程實際需求，成為常規超前地質預報中必不可少的一項工作，地震反射波法超前地質預報技術細分又存在二維和三維勘探技術的區別。
在二維地震反射波法超前地質預報技術中，最常見的為以瑞士安伯格公司研製TSP200和TSP300系列設備為代表的線型觀測方法，該類方法被廣泛應用於隧道超前地質預報工作中，其物理點全部布置在掌子面後方的左右邊牆中。另一類方法是由山東大學與鍾世航教授合作研發的隧道極小偏移距地震超前探測技術，該方法在部分隧道施工中也有應用，其物理點按照線性規律布置在掌子面上，實現小偏移距的單點地震反射波勘探，數據採集和處理均較為簡單。
在三維地震反射波法超前地質預報技術中，目前只有美國 NSA(national security agency)研發的TRT技術採用三維觀測和處理技術；此外，北京市水電物探研究所研製的TST(tunnel seismic tomography)技術數據採集類似於TSP200系列設備技術，但採用二維濾波技術解決了三維波場的識別分離和濾波問題，部分實現了三維勘探效果。目前的三維地震反射波法超前地質預報技術均是在掌子面後方的隧道洞身空間內進行物理點的布置，沒有覆蓋掌子面區域。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是針對現有技術的缺陷，提供一種三維隧道地震超前探測系統，有效獲取掌子面前方的三維地震反射波數據，並通過數據處理達到分析掌子面前方地質異常的目的。
本實用新型提供了一種三維隧道地震超前探測系統，其特徵在於：它包括：布置於隧道掌子面邊緣均勻布置多個激發點；布置於掌子面中心的1個激發點；均勻布置於隧道掌子面邊緣與中心位置的中點軌跡線上的多個接收點；各激發點與接收點與數字地震儀電連接；數字地震儀與地震數據分析處理器電連接。
所述接收點和激發點均按順時針方向依次編號，數字地震儀按激發點順序依次激發信號。
所述地震數據分析處理器包括預處理模塊、速度分析模塊和深度數據獲取模塊。
本實用新型公開了一種高密度的三維隧道地震超前探測技術。地震觀測裝置，包括接收點、激發點和數字地震儀，直接在隧道掌子面全空間三維布置，受隧道側向的幹擾(地表回波等)影響小，使得觀測數據的信噪比相對能夠得到提高；另一方面，掌子面是距離前方異常最近的隧道空間，完全在掌子面進行測點布置和數據採集，在避免洞身幹擾的同時又增強了前方地質異常的信噪比。觀測結果在掌子面形成若干個共激發點道集，全面反映掌子面前方的不良地質體的三維形態。在鐵路或公路隧道、煤田礦產巷道中的超前地質預報中，相比常用的地震線性觀測裝置，本實用新型地震觀測裝置直接在隧道掌子面全空間三維布置，觀測結果在掌子面形成多個共激發點道集，全面反映掌子面前方的不良地質體的三維形態。本實用新型操作簡單，成果直觀，填補了隧道掌子面範圍內作業的三維地震波法技術空白。
附圖說明
圖1是本實用新型結構示意圖；
圖2是掌子面測點布置示意圖
圖3是共激發點道集空間位置圖；
圖4是本實用新型使用流程圖；
其中，1-掌子面邊緣，2-掌子面中心，S1-S7為激發點，R1-R12 為接收點。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，便於清楚地了解本實用新型，但它們不對本實用新型構成限定。
如圖1所示，本實用新型提供了一種三維隧道地震超前探測系統，其特徵在於：它包括：布置於隧道掌子面邊緣均勻布置多個激發點；布置於掌子面中心的1個激發點；均勻布置於隧道掌子面邊緣與中心位置的中點軌跡線上的多個接收點；各激發點與接收點與數字地震儀電連接；數字地震儀與地震數據分析處理器電連接。
所述接收點和激發點均按順時針方向依次編號，數字地震儀按激發點順序依次激發信號。
所述地震數據分析處理器包括預處理模塊、速度分析模塊和深度數據獲取模塊。
如圖4所示，本實用新型的使用流程包括以下步驟：
步驟1：三維地震觀測裝置布置；首先在隧道掌子面邊緣1均勻布置6個激發點(孔)，在掌子面中心2布置1個激發點(孔)。然後在隧道掌子面邊緣與中心位置的中點軌跡線上均勻布置12個接收點(檢波點)，共在隧道掌子面上布置7個激發點S1-S7和12 個接收點R1-R12，接收點和激發點均按順時針方向依次編號，採用全站儀測量激發點、接收點坐標。激發點、接收點具體數量和位置可根據隧道掌子面開挖情況做調整。上述激發點與接收點與數字地震儀電連接並進行數據傳遞。
步驟2：採用數字地震儀進行數據採集，按激發點順序依次激發信號，所有檢波點同時接收地震波信號，形成84組地震波反射記錄。
步驟3：地震數據分析軟體抽取數字地震儀中共激發點(共炮點)道集的數據，不同道集在空間上反映隧道掌子面不同區域的地質信息。
步驟4：地震數據分析軟體對抽取的數據進行預處理，包含噪聲壓制、壞道處理、濾波、增益補償等；
步驟5：地震數據分析軟體對抽取的數據進行速度分析，根據 84組地震反射波記錄的直達波時間和炮檢距值擬合計算直達波速度，該速度為掌子面巖層近似速度；
步驟6：地震數據分析軟體對抽取的數據進行時深轉換模式和深度偏移模式計算，獲得深度數據；
其中，時深轉換模式：以步驟5中獲得的縱波速度對步驟5的數據體進行時深轉換得到深度域數據，該數據分布於掌子面前的三維空間內；
深度偏移模式：以步驟5中獲得的縱波速度作為成像速度，進行三維疊前深度偏移，得到三維深度域數據。
步驟7：通過步驟6兩種模式的成果可從不同方面給出異常的解釋依據，再結合鑽孔和地質雷達資料進行綜合解釋。
本實用新型公開了一種高密度三維隧道地震超前探測技術。地震觀測裝置直接在隧道掌子面全空間三維布置，受隧道側向的幹擾 (地表回波等)影響小，使得觀測數據的信噪比相對能夠得到提高；另一方面，掌子面是距離前方異常最近的隧道空間，完全在掌子面進行測點布置和數據採集，在避免洞身幹擾的同時又增強了前方地質異常的信噪比。觀測結果在掌子面形成若干個共激發點道集，全面反映掌子面前方的不良地質體的三維形態。
本實用新型主要由隧道掌子面三維地震觀測裝置和數據處理解釋組成，最終可得到隧道掌子面前方三維空間的深度數據，達到隧道超前地質預報的效果，原理和實現過程簡易。
本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。