基于横波的三维超前地质预报方法及应用

研究目的:针对现阶段隧道地震反射波法超前地质预报多以二维预报为主、准确率不高的问题，提出一种有效的三维地震反射波超前地质预报观测方式，在此基础上进行数据处理与成像的成套技术研究，通过数值模拟和物理实验对其进行可行性与可靠性验证，使其能有效地应用于隧道超前地质预报生产项目中。研究结论:(1)从弹性波基本理论出发，采用锤击震源，提出了基于横波的三维地震波超前地质预报观测系统，其相较于传统采用纵波预报的方法，分辨率更高，对水体更敏感；(2)实现了基于Kirchhoff积分的偏移成像方法，其利用能量叠加准则进行三维速度扫描，并采用快速行进法进行走时计算，不受观测系统的限制，计算效率高，不需要很精确的速度模型也能得到较精确的偏移成像结果；(3)实现了隧道三维地震波场有限差分数值模拟，并且建立不同倾角岩性分界面、不同厚度断层及不同直径溶洞等典型不良地质模型，分析并总结其三维成像特征；(4)通过物理模型以及应用案例验证，本文所述方法具有可行性与可靠性，可在隧道超前地质预报中推广应用。