CN107797138A - 一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地质预报技术领域，公开了一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，包括：测量坐标的优化、激发震源的优化、布置参数的优化、资料解译的优化。将测量大地坐标改为相对坐标；选取4.54kg的大锤激发震源；在地震波数据采集过程中，停止隧洞内的施工活动；偏移距取15m～20m、震源间距取2.0m；形成了地质物探综合预报法。本发明的上述改进和优化不仅增加了TRT超前地质预报的实用性，节约了大量时间，而且可以获得效果更佳的地震波数据，得到准确的超前地质预报成果。
Description
技术领域
本发明属于地质预报技术领域，尤其涉及一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法。
背景技术
近年来，随着国家对基础设施的大量投入，水利工程、公路工程、铁路工程等都在突飞猛进的发展。在这些基础设施的建设过程中涌现了大量的隧洞工程，由于施工前期地质勘察工作受勘察技术、勘察经费的限制，难以准确地预测隧洞施工中可能发生地质灾害的位置、性质和规模，随着隧洞施工的逐步开展，涌水、突泥、坍塌、水环境影响等事故频发，因此，隧洞施工过程中进行超前地质预报十分必要。
TRT技术应用地震波勘测技术来研究地层应力释放现象及地层结构扫描成像，在震源上，采用锤击作为震源，使勘测成本越来越低，操作越来越方便；在软件上，成功实现了由2D成像到3D成像的跨越，使得勘测结果显示更为准确、全面、直观。因此，TRT技术的面世极大的推进了隧洞超前地质预报技术。
传统的测量坐标为大地坐标，需从洞外测量控制点引测量导线到洞内，测量过程复杂，不仅费时、费力，而且测量数据不太直观，难以现场查错。隧洞内存在各种施工活动，施工设备的震动对地震波数据采集造成极大的干扰。传统偏移距的震源与检波器间距10m～20m，当偏移距选择不当时，容易受到震源干扰，另外会使面波等一些干扰信号比较发育；传统震源间距为1～2m，由于隧洞的特殊环境限定，当震源间距选择不当，会增大预报误差。传统的资料解译方法是物探专业技术人员根据超前地质预报成果图像进行解译，由于物探专业技术人员通常对隧洞前方地质情况缺乏必要的理解和把握，在资料解译过程中，出现漏判、误判在所难免。总之，采用TRT进行超前地质预报过程中，由于操作复杂、繁琐，受外界因素干扰大，隧洞超前地质预报效果往往不太理想，TRT技术的优势难以发挥出来。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法。
本发明是这样实现的，
一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，所述超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法包括：测量坐标的优化、激发震源的优化、布置参数的优化、资料解译的优化；
所述测量坐标的优化包括：将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标，传统的TRT坐标数据要求测量各点的大地坐标，要求从洞外测量基准点引测线至隧洞内的测量区域，测量过程繁琐，且测量数据不直观，通过优化后，仅需测量各点的相对坐标，在测量区域附近通视条件较好的位置调平测量设备即可进行测量，而且测量坐标直观，可以现场进行检查测量数据的正确性，每次测量数据可节约1小时；
所述激发震源的优化包括：激发震源；首先停止隧洞内的施工活动，关闭洞内的施工机械设备，从源头上减少了干扰噪音的产生，然后选择合适的大锤锤击洞壁激发震源，地震波通过洞壁传递给传感器，并通过与传感器连接的数据线传递到TRT数据采集模块，最终采集到地震波数据；
所述布置参数的优化包括：偏移距取15～20m，TRT布置的偏移距通常为10～20m，在试验过程中，分别选取偏移距为10～15m、15～20m进行对比，偏移距为15～20m时所获得的地震波数据更佳，震源间距为：max(△x)＝v·T/2，式中：max(△x)是最大震源间距，v为地震波视速度，T为视周期；
所述资料解译的优化包括：通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，进行隧洞地质测绘，基于已有地质资料，结合地质分析法对隧洞进行分析，可初步判断隧洞前方的地质情况，并预测出隧洞前方可能存在的工程地质问题，通过TRT数据采集和数据处理，可获得直观的隧洞超前地质预报成果图像，通过对成果图像的分析，可判断出隧洞前方存在的图像异常区位置和规模，结合地质分析法的分析结论，最终可以对图像进行准确解译，准确判断隧洞前方存在的图像异常区所代表的地质体类型及其位置、规模和性状，并提出切合实际的工程处理措施。
进一步，所述测量传感器点为10个，震源点为12个；共计22个需测量的大地坐标。
进一步，所述激发震源的优化中，采用4.54kg的大锤激发震源。
进一步，所述布置参数的优化中，震源间距取2.0m；
本发明的另一目的在于提供的一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化***。
本发明具有的优点及积极方法是：将大地坐标改为相对坐标，测量过程简单、易行，测量数据直观，可以现场检查测量数据的正确性，每次测量坐标可以节约1小时；选取4.54kg(10磅)的大锤激发震源，实践证明相比使用其它规格的大锤激发震源采集信号的效果最佳，现场实用性最强；在地震波数据采集过程中，尽量停止隧洞内的施工活动，特别是风钻、搅拌机等引起的强烈的弹性波干扰噪声，可以从源头上减少干扰噪声的产生；实践证明取偏移距为15～20m、震源间距为2.0m进行测试，获取的地震波数据质量良好；地质专业技术人员通过研究区域地质资料与隧洞前期勘察资料，结合隧洞已开挖洞段的地质编录资料，初步掌握隧洞前方存在的主要工程地质问题，物探专业技术人员进行现场数据采集和数据处理，获得可靠的TRT成果图像，由地质和物探人员综合已有的地质、物探资料，共同参与TRT的资料解译工作，形成了地质分析法与物探法相结合的地质物探综合预报法，可以准确预报隧洞前方的不良地质***置、规模和性状，并提出切合工程实际的工程处理建议。
附图说明
图1是本发明实施例提供的测量坐标的优化方法流程图；
图2是本发明实施例提供的激发震源的优化方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法包括：测量坐标的优化、激发震源的优化、布置参数的优化、资料解译的优化。
所述测量坐标的优化包括：将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标；
所述激发震源的优化包括：激发震源；采集地震波数据；
所述布置参数的优化包括：偏移距取15m～20m，震源间距为：max(△x)＝v·T/2，式中：max(△x)是最大震源间距，v为地震波视速度，T为视周期；
所述资料解译的优化包括：通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，进行隧洞地质测绘，初步判断隧洞前方的地质情况，并预测隧洞前方存在的工程地质问题，最终结合隧洞地质超前预报成果图像进行解译。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
所述测量坐标的优化包括：将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标，传统的TRT坐标数据要求测量各点的大地坐标，要求从洞外测量基准点引测线至隧洞内的测量区域，测量过程繁琐，且测量数据不直观，通过优化后，仅需测量各点的相对坐标，在测量区域附近通视条件较好的位置调平测量设备即可进行测量，而且测量坐标直观，可以现场进行检查测量数据的正确性，每次测量数据可节约1小时；
所述激发震源的优化包括：激发震源；首先停止隧洞内的施工活动，关闭洞内的施工机械设备，从源头上减少了干扰噪音的产生，然后选择合适的大锤锤击洞壁激发震源，地震波通过洞壁传递给传感器，并通过与传感器连接的数据线传递到TRT数据采集模块，最终采集到地震波数据；
所述布置参数的优化包括：偏移距取15～20m，TRT布置的偏移距通常为10～20m，在试验过程中，分别选取偏移距为10～15m、15～20m进行对比，偏移距为15～20m时所获得的地震波数据更佳，震源间距为：max(△x)＝v·T/2，式中：max(△x)是最大震源间距，v为地震波视速度，T为视周期；
所述资料解译的优化包括：通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，进行隧洞地质测绘，基于已有地质资料，结合地质分析法对隧洞进行分析，可初步判断隧洞前方的地质情况，并预测出隧洞前方可能存在的工程地质问题，通过TRT数据采集和数据处理，可获得直观的隧洞超前地质预报成果图像，通过对成果图像的分析，可判断出隧洞前方存在的图像异常区位置和规模，结合地质分析法的分析结论，最终可以对图像进行准确解译，准确判断隧洞前方存在的图像异常区所代表的地质体类型及其位置、规模和性状，并提出切合实际的工程处理措施。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的测量坐标的优化方法包括：
S101、将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标；
S102、测量各传感器点与震源点的相对坐标时，需将全站仪置于洞内通视条件好的位置；
S103、调平全站仪即可进行测量。
如图2所示，作为本发明的优选实施例，所述激发震源的优化方法包括：
S201、选取4.54kg的大锤激发震源；
S202、在地震波数据采集过程中，停止隧洞内的施工活动，将数据采集过程中的噪音干扰减到最小。
作为本发明的优选实施例，所述布置参数的优化包括：偏移距的震源与检波器取15m～20m、震源间距取2.0m。
作为本发明的优选实施例，所述资料解译的优化包括：地质技术人员与物探技术人员共同参与资料解译，通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，必要时进行隧洞地质测绘，初步判断隧洞前方的地质情况，并预测隧洞前方可能存在的工程地质问题，最终结合隧洞地质超前预报成果图像进行解译。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法包括：
1、测量坐标的优化
根据传感器点与震源点定位的需要，传统的TRT超前地质预报要求测量传感器点与震源点的大地坐标，测量精确到10cm以内。TRT超前地质预报***共有10个传感器点和12个震源点，累计22个点需测量大地坐标。测量大地坐标需从洞外测量控制点引测量导线到洞内，测量过程复杂，而且需要耗费大量的时间与精力。
根据TRT现场操作的特点以及建立隧洞地震波速度模型的需要，分析认为，在实际操作过程中，测量各点的相对坐标即可满足TRT超前地质预报的要求，即将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标。将全站仪置于洞内通视条件较好的位置，调平全站仪即可测量相对坐标，因此，将大地坐标改为相对坐标后，测量过程简单、易行，测量数据直观，不仅可以现场检查测量数据的正确性，而且每次测量坐标可以节省约1个小时。
2、激发震源的优化
2.1震源能量
在隧道地震勘探中，为了采集到所需要的地震波信息，可选用各种不同的震源，不论采用何种震源，均要求震源具有：①震源激发的震源子波应该具有高度的一致性；②震源应该具有一定的能量；③震源所激发的频谱应该尽量宽。
对于不同的岩性，能量的衰减的也有所不同，在完整性良好的岩石中波速传播快能量衰减小，勘探深度较大，而在强风化岩石及沙土层中波速传播慢能量衰减大，勘探深度有限。
TRT超前地质预报***采用锤击震源，一般来讲，锤击震源能达到勘探深度100m左右，在围岩条件较好的情况下最大能达到200m。
目前常用的锤击震源有8.16kg(18磅)、5.44kg(12磅)、4.54kg(10磅)、2.72kg(6磅)四种大锤激发震源。8.16kg(18磅)铁锤的激发能量在这4种重量的锤击震源中是最强的，但由于大锤重量过大后，一部分围岩被砸碎或变形，锤击能量被岩石吸收，致使能量衰减较快，而且大锤重量过大时，人工挥动大锤进行锤击比较费力；当减小大锤重量时，激发能量随之降低。因此，选取4.54kg(10磅)的大锤敲击完整岩壁激发震源，实践证明选取4.54kg(10磅)的大锤激发震源的效果良好。
2.2减少干扰噪声
TRT超前地质预报***采用锤击震源激发弹性波，相对于TSP等超前地质预报设备采用***震源，激发的弹性波能量相对较小，要求传感器要有较高的灵敏度。隧洞施工现场通常有多种施工设备正在运行，即可能产生不同的干扰噪声，为了减少干扰噪声的产生，在地震波数据采集过程中，尽量停止隧洞内的施工活动，特别是风钻、搅拌机等引起的强烈的弹性波干扰噪声。
3、布置参数的优化
3.1最小偏移距
最小偏移距指的是检波点到最近震源的距离，最小偏移距的设计不同于地面地震勘探，即要接收到P波(纵波)也要接收到S波(横波)。因此，在纵波有效接收的基础上，要激发接收能量足够强的、具有一定分辨能力的转换横波，而转换横波的产生只有当P波为非法线入射时，且只有当入射角大于一定角度时，才有足够强的转换横波产生，这就是所谓的横波时窗。
偏移距是一个比较重要的参数，如果参数选择合适了，可以尽量减少引入其他干扰信号(如面波、声波、震源干扰等)，如果参数选择太小，容易受到震源干扰，另外会使面波等一些干扰信号比较发育；如果参数选择太大，会削弱反射波能量，从而影响数据质量。使用中，需根据实际情况开展测试，最小偏移距一般取10～20m。
震源点距离传感器近，由于直达波能量较大，反射信号强，对低阻抗信号有压制作用，保持一定间距后，低阻抗效果明显。由于探测采空区、软弱带等不良地质构造，更多关注低阻抗异常，震源与检波器保持15～20m之间。
3.2震源间距
选择震源间距应以在地震记录上能可靠地辨认同一有效波的相同相位为原则。能否可靠辨认同一相位，主要决定于地震相邻震源所产生的有效波到达检波器的时间差△t，所记录有效波的视周期及其它波对有效波的干扰程度。如果有效波在地层记录上的视周期为T，那么震源间距△x选择的基本原则应使时间△t小于视周期T的一半，即△t＜T/2。这样便能可靠地辨认有效波的相同相位。反之，如果△t＞T/2，则有可能造成相位对比错误，即有可能把不同的相位错认了。
考虑地震有效波视速度，通常把震源间距最大限度定为max(△x)＝v·T/2，式中：max(△x)是最大震源间距，v为地震波视速度，T为视周期。
因此，在勘探中对震源间距的选择应该满足以上要求，抑制空间假频的出现，震源间距选择越小越好。
在实际勘探中，震源间距也是一个比较重要的参数，由于隧洞的特殊环境限定，如果参数选择太小，会增大误差，遗漏一些信息；如果参数选择太大，除会影响接收能量外，还会产生空间假频，需要结合隧洞开挖、岩石性质等具体情况加以确定。
选取震源间距为2.0m进行测试，实践表明震源间距为2.0m时获取的地震波数据质量良好。
4、资料解译的优化
隧洞超前地质预报工作不是单纯的物探工作，而是物探工作与地质工作相结合的一项综合性工作。坚持“以地质为基础，地质物探相结合”的超前地质预报原则，TRT三维成像图的成果资料解译要以前期地质勘察资料为基础，依据钻孔岩芯编录、孔内压(注)水试验成果、钻孔声波等资料，研究区域地质资料与隧洞的地质测绘剖面图，结合隧洞内掌子面地质编录资料，由地质和物探人员共同参与TRT三维成像图的资料解译工作，且地质和物探人员均应具备相当丰富的工程经验。形成了地质分析法与物探法相结合的地质物探综合分析法，可以准确预报隧洞前方的不良地质***置、规模和性状，提出切合工程实际的工程处理建议。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，所述超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法包括：测量坐标的优化、激发震源的优化、布置参数的优化、资料解译的优化；
所述测量坐标的优化包括：将测量传感器点与震源点的大地坐标改为测量各点的相对坐标；
所述激发震源的优化包括：激发震源；采集地震波数据；
所述布置参数的优化包括：偏移距取15m～20m，震源间距为：max(△x)＝v·T/2，式中：max(△x)是最大震源间距，v为地震波视速度，T为视周期；
所述资料解译的优化包括：通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，进行隧洞地质测绘，初步判断隧洞前方的地质情况，并预测隧洞前方存在的工程地质问题，最终结合隧洞地质超前预报成果图像进行解译。
2.如权利要求1所述的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，
所述激发震源的优化包括：激发震源；首先停止隧洞内的施工活动，关闭洞内的施工机械设备；然后锤击洞壁激发震源，通过与传感器连接的数据线传递到TRT数据采集模块，最终采集到地震波数据。
3.如权利要求1所述的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，
所述资料解译的优化包括：通过收集隧洞的区域地质资料、水文地质资料、前期勘察成果以及隧洞开挖洞段的地质情况，进行隧洞地质测绘；结合地质分析法对隧洞进行分析，初步判断隧洞前方的地质情况，并预测出隧洞前方存在的工程地质问题；通过TRT数据采集和数据处理，获得直观的隧洞超前地质预报成果图像；通过对成果图像的分析，判断出隧洞前方存在的图像异常区位置和规模；结合地质分析法的分析结论，最终对图像进行准确解译，准确判断隧洞前方存在的图像异常区所代表的地质体类型及其图像异常区位置、规模和性状，并提出工程处理措施。
4.如权利要求1所述的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，所述测量传感器点为10个，震源点为12个；共计22个需测量的大地坐标。
5.如权利要求1所述的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，所述激发震源的优化中，采用4.54kg的大锤激发震源。
6.如权利要求1所述的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法，其特征在于，所述布置参数的优化中，震源间距取2.0m。
7.一种如权利要求1所述超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化方法的超前地质预报中预报精度影响因素的改进和优化***。
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