TGP地震波超前预报技术探-金荣杰.pdf

TGP 地震波超前预报技术探讨 金荣杰 （北京市水电物探研究所，北京 100027 ） 摘要：地质超前预报是隧道施工的重要工序，要做好超前预报工作，必须提高科学性、克服盲目性，采取合理的、 行之有效的工法，采集到高质量的地震波记录；通过对三分量检波器接收到的三维矢量信息进行极化波计算处理才 能真正获得地质界面的空间位置及产状，从而达到预报目的。 关键词：超前预报；地震波；三分量；TGP 0 引言 隐蔽地质灾害严重威胁隧道工程的施工安全，科学地进行隧道地质超前预报已经列为隧道施工 的重要工序。隧道地质超前预报方法主要有：传统地质分析法、超前平行导坑预报法、超前水平钻 孔法、物探法及特殊灾害地质所采用的相关预测方法。其中物探法是利用介质物性差异进行地质判 断的间接方法，例如电性差异、波阻抗差异等。本文探讨利用岩体波阻抗差异产生反射波的地震波 超前预报技术的应用。 地震波在隧道内是全空间传播，与其在地面半无限空间的传播规律有极大不同，传播更为复杂， 要发挥其作用必须正确认识地震波在隧道全空间的传播规律，根据其传播特点采取有效的数据采集 方案与数据处理方案才能达到地质预报目的。 1 地震波数据质量是超前预报的基础 地质预报成果来自于现场所采集的地震波记录，合格的地震波记录是进行超前预报计算的基础。 为此必须要明确合格记录的特点，采取有效措施，确保采集到合格记录。 1.1 合格地震波记录的要求 利用地震波进行超前预报时，通常采取的是钻孔中激发与接收，在一侧洞壁布置24 个激发孔， 在两侧洞壁对称布置2 个接收孔，如图 1。通过拾取直达波的初至走时获得放炮段的围岩速度，然后 据此推断前方围岩速度变化达到预报目的。因此要想获得准确的放炮段围岩速度，直达波初至的时 间必须读取准确，这就要求地震波记录要具有足够幅度、同相轴清楚，初至波起跳明显，如此方能 准确读取初至走时，计算准确，如图2 。 图1 地震波超前预报采集示意图 图2 P 波分量 SH 波分量 1.2 改善不良采集条件 数据采集过程中，难免会碰到所采集地震波记录不理想的情况，例如初至波幅度小、纵横波不 易区分等，如图3 所示。这种情况对于直达波初至的拾取、纵横波速度的提取必然造成不良影响， 从而进一步影响预报成果。 图3 质量不佳的地震波记录 出现这种情形通常是由于药量不足、岩体裂隙发育或是激发孔没有注水所引起。用炸药做震源 采集时，药量一般为70~100 克，但是遇到裂隙发育岩体破碎时，能量衰减快，正常的药量形成的信 号能量不足，为保证采集记录的质量必须改善条件，例如增大药量、或是向激发孔中注水。激发孔 中注水不仅仅是为了压制声波的产生，同时也更有利于地震波的传播。 1.3 注意放炮段岩体的变化 数据采集时要求激发孔尽量布置在岩性相同的一段区域，否则会出现如图4 所示情形：直达波 出现了两种速度，靠近接收点的速度低、围岩条件差，远离接收点的速度高、围岩条件好。这种岩 体速度出现较大差别的情形较多发生在刚进洞时的预报过程中，因为洞口段岩体相对风化破碎波速 低。 图4 出现两个直达波的地震记录 遇到以上情况，如果简单地把二者的速度平均值作为直达波速度，对预报结果的计算是不利的。 对于这种情况可以采取两种处理方法，一是采用高速度值炮孔段的记录作为计算的依据，舍去低速 段炮孔记录；另一个方法就是布置钻孔时要充分了解围岩的变化，尽量避开岩性变化段保证所有激 发孔处于岩性相同区域。 1.4 正确认识干扰波及其影响 采用炸药做震源的地震波超前预报，震源激发时不仅会形成反射波，同时也会形成声波、面波 等干扰波。 首先我们通过一个模型试验来了解一下面波干扰。原清华大学声学教研室的沈建国教授曾经做 过物理模型试验，即在模型中隧道前方设置一个与隧道洞径相当的溶洞，分别在洞壁、浅孔和深孔 布置4 排接收点，如图5 。 岩溶模型 （洞径与隧道断