一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，属于地质预报技术领域，能够解决现有地质预报方法中由于地震波信息的获取和利用较少而导致的预报成果准确性较差的问题

【技术实现步骤摘要】
一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法


[0001]本专利技术涉及一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，属于地质预报

。

技术介绍

[0002]近些年隧道建设工程蓬勃发展，与此同时，隧道开挖掘进过程中引发的涌水
、
突泥
、
塌方等地质灾害事故频发，轻则拖慢过程进度，重则危及生命安全
。
通过地质超前预报技术可提前获取隧洞开挖掌子面前方比较详细的地质信息，从而有效地避免一系列工程事故的发生
。
诸多学者对掌子面前方地质超前地质预报进行了积极地探究，研发了许多地质超前预报方法，主要方法有：地质分析法
、
物探法
、
地质物探综合分析法，其中物探法又分为电磁类方法
、
激发极化类方法和弹性波类方法
。
其中电磁类方法主要用于探查岩溶
、
涌水
、
突泥等含水构造；激发极化类方法能够区分含水泥砂
、
淤泥或自由流动的水，并能判定涌水量；弹性波方法以射线理论为基础，一般主要用于探查断层
、
破碎带
、
节理密集带等不良地质体，对于不良地质体的定位较为准确，并对岩体破碎和完整程度给予一定判定
。
这些超前预报方法技术工程实践应用中取得了较大的进展
。
[0003]然而，传统的电磁类预报方法受施工现场电磁干扰影响严重，不易于在掌子面开挖施工期采集数据
。
另一方面由于电磁波场的体积效应使得预报成果的准确性受到影响
。
而传统的弹性波类预报方法主要存在以下问题：
①
受限于地下洞室的有限空间，大部分预报方法将检波器安置于洞壁处，忽略了掌子面处地震波信息的获取，获取的原始地震波信息量偏少；
②
检波器沿洞轴线方向单一的直线排列，忽略了从顶拱到底板方向地震波的传播；
③
数据处理方面主要采用反射波偏移成像的技术，没有充分利用地震波信号中频率
、
相位等多种信息，对掌子面前方地质构造解译难度大
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，能够解决现有地质预报方法中由于地震波信息的获取和利用较少而导致的预报成果准确性较差的问题
。
[0005]本专利技术提供了一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，所述方法包括：
S1、
根据地下洞室的地震波数据和地质编录信息构建波速模型并计算原始波形的包络线；
S2、
对所述波速模型进行模型正演，得到理论波形的包络线；
S3、
利用所述理论波形的包络线和所述原始波形的包络线对所述波速模型进行反演优化，得到超前地质预报模型
。
[0006]可选的，所述
S1
具体包括：
S11、
获取地下洞室的地震波数据，并对所述地震波数据进行分区抽道集处理，得
到多个地震道集；
S12、
对所述地震道集进行包络计算，得到原始波形的包络线；
S13、
获取地下洞室的地质编录信息，并根据所述地质编录信息和所述地震道集构建波速模型
。
[0007]可选的，所述
S11
具体包括：在地下洞室的掌子面及其左右边墙上均布设多个检波器和多个激发点，并获取每个激发点激发时每个检波器采集的地震波数据；对所述地震波数据进行分区抽道集处理，得到每个检波器对应的地震道集
。
[0008]可选的，所述
S13
具体包括：根据所述检波器和所述激发点的位置关系
、
以及所述地震波数据，计算每个地震道集的平均波速；获取地下洞室的地质编录信息，并根据所述地质编录信息和每个所述地震道集的平均波速构建波速模型
。
[0009]可选的，所述
S2
具体包括：
S21、
采用谱元法或有限元法对所述波速模型进行模型正演，得到地震波理论波形；
S22、
对所述地震波理论波形进行包络计算，得到理论波形的包络线
。
[0010]可选的，所述
S3
具体包括：
S31、
获取所有所述地震道集的理论波形的包络线与其原始波形的包络线之间的总数据残差；
S32、
若所述总数据残差满足第一收敛准则，则将所述波速模型作为超前地质预报模型；否则，执行
S33
；
S33、
利用所述总数据残差计算模型更新量并更新所述波速模型，得到更新后的波速模型；
S34、
若更新后的波速模型的反演次数满足第二收敛准则，则将更新后的波速模型作为超前地质预报模型；否则，执行
S2。
[0011]可选的，所述
S33
具体包括：对所述总数据残差进行梯度计算，得到模型更新量；利用所述模型更新量更新所述波速模型，得到更新后的波速模型
。
[0012]可选的，所述对所述总数据残差进行梯度计算，得到模型更新量具体包括：根据所述地质编录信息，得到散射波场扰动；对所述总数据残差和所述散射波场扰动进行梯度计算，得到模型更新量
。
[0013]可选的，所述利用所述模型更新量更新所述波速模型，得到更新后的波速模型具体为：计算所述波速模型与所述模型更新量的乘积，并计算所述乘积与所述波速模型的和值，将所述和值作为更新后的波速模型
。
[0014]可选的，所述波速模型包括纵波波速模型
、
横波波速模型和密度模型
。
[0015]本专利技术能产生的有益效果包括：本专利技术提供的基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，充分利用地下洞
室的有限作业空间，优化设计全空间三维观测系统，采集大量的地震波信息，在数据分析与处理方面，充分结合现场地质情况，首先对数据进行分区抽道处理，通过构建包含地质编录信息的先验模型进行地震波的三维全波形反演，确保数据快速收敛至准确的地质模型，解决了现有地质预报方法中由于掌子面处地震波信息的获取和利用较少而导致的预报成果准确性较差的问题，提高了超前地质预报成果的准确性
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法流程框图；图3为本专利技术实施例提供的右边墙处检波器和激发点位置示意图；图4为本专利技术实施例提供的掌子面处检波器和激发点位置示意图
。
[0017]部件和附图标记列表：
1、
围岩；
2、
右拱；
3、
右拱肩；
4、
右边墙；
5、
顶拱；
6、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于地震波的地下洞室全空间超前地质预报方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、
根据地下洞室的地震波数据和地质编录信息构建波速模型并计算原始波形的包络线；
S2、
对所述波速模型进行模型正演，得到理论波形的包络线；
S3、
利用所述理论波形的包络线和所述原始波形的包络线对所述波速模型进行反演优化，得到超前地质预报模型
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1
具体包括：
S11、
获取地下洞室的地震波数据，并对所述地震波数据进行分区抽道集处理，得到多个地震道集；
S12、
对所述地震道集进行包络计算，得到原始波形的包络线；
S13、
获取地下洞室的地质编录信息，并根据所述地质编录信息和所述地震道集构建波速模型
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述
S11
具体包括：在地下洞室的掌子面及其左右边墙上均布设多个检波器和多个激发点，并获取每个激发点激发时每个检波器采集的地震波数据；对所述地震波数据进行分区抽道集处理，得到每个检波器对应的地震道集
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述
S13
具体包括：根据所述检波器和所述激发点的位置关系
、
以及所述地震波数据，计算每个地震道集的平均波速；获取地下洞室的地质编录信息，并根据所述地质编录信息和每个所述地震道集的平均波速构建波速模型
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S2
具体包括：
S21、
采用谱元法或有限元法对所述波速模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明财，巨广宏，陈宗刚，陈卫东，岳想平，李栋，王彦琪，孟磊，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：