TSP 地质超前预报原理

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TSP 地质超前预报原理

目前,瑞士安伯格测量技术公司开发研制的TSP 203 系统,采用地震波反射原理,能长距离地预报隧道掌子面前方的地质情况,如断层破碎带和其它不良地质带,作为一种新的地震探测方法,与其他预报方法相比,TSP 在准确性和距离误差方面具有一定的优点。

1 　TSP 基本原理

TSP 探测的原理主要为:在A1、A2、A3 等位置激发震源(图1) ,产生的地震波遇不良地质界面(波阻抗面) 发生反射而被Q1 位置的传感器接收,在计算时利用波的可逆性,可认为是Q1 位置发出的地震波经不良地质界面反射而传到A1、A2、A3 等点,这时可认为波是从像点IP(Q1) 发出而直接传到A1、A2、A3 等点,此时的Q1 和IP(Q1) 是关于不良地质界面(波阻抗面)对称的,由于Q1、A1、A2、A3 点的空间坐标是已知的,由联立方程可求出像点IP(Q1) 的空间坐标,进而由点Q1 和IP(Q1) 的空间坐标求出两点所在直线的空间直线方程,由于不良地质界面是线段Q1IP (Q1) 的中垂面,故可求出该不良地质界面相对于坐标原点Q1 的空间方程,进一步可求出不良地质界面的空间位置。

2 　TSP 推断解释

与国内“负视速度法”相比,TSP 推断解释原理的主要区别是在资料处理方法上。TSP 不是采用走时曲线分析方法,而是采用深度偏移成像方法。在偏移成像之前进行二维Radon 变换,利用视速度的差异,消除隧道走向近乎平行的反射界面,该方法对纵、横波P、SV、SH 分别进行处理。应该说TSP 技术在隧道反射地震方面是做得比较好的,有较好的实用性。

在TSP 实际资料解释中,应该遵循以下几条原则:

①反射振幅越高,反射系数和波阻抗的差别越大。

②正反射振幅表明正的反射系数,也就是刚性岩层;负反射振幅指向软弱岩层。

③若S 波反射比P 波强,则表明岩层饱含水或盐水。

④VpPVs 较大地增加或δ突然增大,常常因流体的存在而引起。

⑤若Vp 下降,则表明裂隙密度或孔隙度增加。

研究结果表明,在各向异性介质中,波沿各个方向的速度是不同的。介质的各向异性对P 波影响不大,但对S 波,特别是SH 波的影响是可观的。在裂隙发育带中,介质表现出明显的各向异性,即在与裂隙的走向垂直或平行的两个方向上,介质的性质存在较大的差别。由于在各向异性介质中,S 波沿不同方向的传播速度明显不同,所以当地震波通过裂隙发育带后,会出现S 波现象。根据S 波程度就可以判断裂隙的方向和发育程度。

TSP 在公路隧道超前地质预报中的应用研究