提高TSP法预报效果的数据处理技巧

７６　铁道勘察　２０１７年第５期　文章编号：１６７２—７４７９（２０１７）０５—００７６—０３　提高ＴＳ　Ｐ法预报效果的数据处理技巧　牟元存　王光权　李　星　高树全　（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都６１００３１）　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｓｋｉｌｌｓ　ｏｆ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｆｏｒｅｃａｓｔ　Ｅｆｆｅｃｔ　０ｆ　ＴＳＰ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｍｕ　Ｙｕａｎｃｕｎ　Ｗａｎｇ　Ｇｕａｎｇｑｕａｎ　Ｌｉ　Ｘｉｎｇ　Ｇａｏ　Ｓｈｕｑｕａｎ　摘要ＴＳＰ是长距离超前地质预报中应用较为普遍的一种预报方法。在数据处理阶段，因关键　处理参数选取不当，往往导致最终的预报效果出现较大的偏差。笔者根据近十多年的隧道超前地质预　报工作经验，总结了一些提高ＴＳＰ法预报效果的数据处理技巧。期望抛砖引玉，共同探讨，以便促进　ＴＳＰ法预报效果的提升。　关键词ＴＳＰ数据处理预报效果　中图分类号：Ｐ６３１．４　文献标识码：Ｂ　隧道超前地质预报工作中，１＇ＳＰ（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）是长距离预报中应用较为普遍的一种方　１数据处理技巧　ＴＳＰ法超前地质预报数据处理过程中，关键的处　理环节有：滤波参数选择、初至波拾取、反射波提取、速　度分析、反射界面的提取及筛选、二维成果资料的一致　性检查等。以下对这些关键环节的数据处理技巧进行　探讨。　法Ｌｌｊ。在数据处理阶段，数据处理参数选取的不同，　易导致数据处理结果出现较大的差异，尤其是关键处　理参数选取不合理，往往直接导致预报失败　。　目前，对于面状不良地质体的预报效果优于岩溶，　这点从理论上很容易理解，也是众多学者所达成的共　识　ｌ４』。对于岩溶的预报仍然还存在着一些不一致的　意见。笔者认为，ＴＳＰ对岩溶完全不能预报的观点是　不正确的，但是对所有的岩溶都能百分之百的预报，也　是夸大其词的　５　］。根据笔者十多年来的超前地质预　１．１滤波参数选择　选用带通滤波器，其频谱和滤波参数见图１，横坐　标为频率；纵坐标为振幅；图１中所示的频谱为检波器　ｙ、ｚ三个分量的频谱。　、报工作经验，研究分析提高ＴＳＰ法的数据处理技巧，　０　期望抛砖引玉，共同探讨，以便更好地提高ＴＳＰ法的　预报效果　。　—１Ｏ　：　＼　蕾　ＴＳＰ法数据采集，应至少保证两个通道的记录。　∞　一２０　只使用一个通道的数据往往预报效果不佳，资料的准　确性难以得到有效保证，对数据处理环节的质量也难　以控制。因此，以下的论述基于两个通道的数据展开。　主　富　一３ｏ　－４０　数据质量应满足规程、规范的要求，不合格的原始数据　－５０　不应进人数据处理阶段　。　收稿日期：２０１７—０７—０６　第一作者简介：牟元存（１９８Ｏ一），男，２００３年毕业于成都理工大学勘察　｛　＼　图１　ＴＳＰ频谱及带通滤波设置　技术与工程专业，硕士，高级工程师。　在选用带通滤波参数时，需要滤波器的外沿有一　提高　ＦＳ１　法预报效果的数据处理技巧：牟兀仔　王光权李　７７　定的斜率，Ｌ２ｋ，￣）１１１镶边函数，减少数据处理过程中波形　＿『更好地说明最小时嚣参数的选取埘处理结果的影　的，夫真和假象的产乍（矩形滤波器会引起“吉普赛”效　ｆ１　）　、有些数据受声波ｆ扰严重，可以调整时窗，将声　响，特选取某次预报数据＿许将最小【Ｊ、ｆ差分别设置为　１　ｉｎｓ、２　Ｉｌｌｓ和默认值２．６５　ＩＩ１Ｓ，其反射界面的聚焦情况　波信　暂时切除，而后进行频谱分析，确定主频范围，　选择滤波参数。为保证预报距离，应返回并调整足够　和一致性见图２～图４（图ｒ｝１横坐标为预报隧道里程信　息，纵坐标为所建模型的半径范围）。　的时窗进行数据处理　在　ＦＳＰ３０３数据后处理软件中　经加入ｒ｝｛寸变滤波器，对声波干扰信号的压制效果　较为【ｊ』ｊ　采集现场数据时，若两个检波器均在隧道的同一　程位　附近，在滤波参数的选取上，还应该注意以下　『【１］题：靠近炮孔一侧检波器滤波参数的频带宽度应高　ｒ对　一侧（因为对面一侧接收器波的传播路径更　Ｋ，受火地滤波作片｛影响，其信号的频率必然低于与炮　孔州侧的频率）　、这点从理论上容易理解，但数据处　过程［ｆＪ　ｆ　往未被重视。　滤波参数的选取直接关系到后期的预报效果，建　议住主频附近初始滤波参数范围可适当放宽，而后逐　渐收缩，进行多次处理，并观察后期成果的变化情况，　以确定雨　一　预报段落和异常情况。　１．２初至波拾取　根掂ｊｑ　论地震波时距曲线，直达波应通过零点，但　是现场采集同米的　Ｉ＇ＳＰ资料，很多时候并不直接通过　零　、【｜ｒ能为火工品的质越、围岩的完整程度、药包与　【｛；Ｉ岩的耦合情况及仪器系统的延迟等原冈引起。基于　此，缱ｉ义　炮孔问侧，应根据现场围岩情况选择大致合　理的波速，并临时屏蔽部分地震波记录道，使该通道拾　取的直达波强制通过时问零点。炮孔对面一侧的波　速，建议　醚逼近炮孔同侧的初至波波速，以便使最终　：维成果【｝Ｉ，两个通道的…致性得到较好的控制。　１．３反射波提取　受大地滤波的影响，随着信号传播距离的增加，其　置频逐渐降低、波　逐渐增大，而信号的分辨率义和波　Ｋ有荚　、　Ｔ　作面近端，因其信号分辨率高，其反射波　同栩轴心较为密集，波幅应较大，提取的此类反射波一　般较为ＪＪ　常。如果得到的反射波在近端没有明显的反　射信号同桕轴，而全部在远端出现，一般为参数选择不　合理所造成。此时，应埘处理参数进行调整。如经多　次参数凋　，密集的反射波组仍在远端，可推断远端存　较大规模的　良地质体。　反射波提取是ＴＳ｝）法的技术核心．其最小时差的　选择尤为霞要　．最小时差的选择等同于倾角滤波，目　的足提取Ⅲ工作面前方和隧道相交的反射界面，将和　隧道綦奉平行或来自工作面后方的反射界面剔除。为　图３最小时差为２　ｍｓ时的数据处理结果　图４最小时差为２．６５　ｍｓ时的数据处理结果　ｄ　２至图４可见，最小时差选择是　合　，直接　关系到反射界面的聚焦情况卡¨　点　常段落的划分ｊ　一般而言，该参数宜选择系统默认的计算值，／ｆ　宜漫无　目的地对参数进行修　、　１．４　速度分析　初至波速度的选取，只足为ｊ　给后期速度分析设　定一个初始值，速度分析则是以该初始值为旗准，在一　定的速度范围内进行扫描，经分析后得剑速度　。在　资料解释参考时，可选择小Ｍ的色阶、色差，以突出取　点异常区域。另外，根据速度Ｉ　，还应识别出哪些　域　为正常的资料，哪些区域的信号已经火真，失真的区域　不应作为参考　速度失真　足指速度分析图中相对等　值线比较平顺，有明　拖尾现象的　域（见图５）。　７８　铁道勘察　图５　速度分析低速异常区及失真区域示意　１．５反射界面的提取及筛选　经反射波提取、速度分析、偏移处理后，就可以提取　出预报范围内的反射界面。两个通道数据反射界面的　疏密程度、聚焦情况、宏观一致性（含两个通道的一致性　及速度分析图中低速异常　域　聚焦的反射界　处的　一致性）是初步判断数据处理质量的重要依据之一。　在数据处理软件巾，可以对提取的反射界面进行　筛选，建议筛选条件不宜过多，可先给出反射界面筛选　的半径范围，进行自动筛选，而后进行　动修饰性处　理　、需要注意的是，修饰性处理的目的仪仪足为了突　显异常，切不可将重要的反射界面抹去。　１．６二维成果资料的一致性检查　一般而占，两个通道的异常范嗣、反射界面的疏密　程度、反射界面的聚焦情况、速度图ｒｆ１的低速区等应该　有较好的一致性　如若一个通道的反射界面在近端，　另一个通道的反射界而集中在远端，则这种资料的数　据处理往往是失败的，会给资料解释带来极大的难度　、　客观上，介质存在各向异性，但是对预报范围内的异常　段落而言，两个通道提取的反射界面段落范围应具有　良好的一致性。　２需要注意的问题　对不良地质体能甭进行成功的预报，不仪与数据　处理参数的选取有关，还和预报分辨率，地质异常体与　接收器的距离，不良地质体的规模大小、形态、产状等　密切相关。　２．１　断层等面状结构的不良地质体预报　断层破碎带等面状结构的小良地质体能否被成功　预报与纵向分辨率有关，其纵向分辨率又与波长有关。　一般认为，分辨率为ｌ／４个波长。经对５０多组数据的　正、反演模拟计算统计，以与隧道正交的断层破碎带为　例，当断层破碎带宽度为５　Ｉ］１，预报距离１００　ｎｌ时，可埘　断层破碎带进行有效预报；当预报距离大于１５０　Ｉ１＇１，断　层破碎带的宽度大于１０　ｎ时，预报失效。　此，适当　控制预报距离可提高预报准确率　、　当存在两个断层破碎带时，往往工作面近端处的　断层破碎带易被发现，而远端断层破碎带的预报情况　则不容乐观。所以，适当增加预报频次也是提高预报　准确率的一个有效途径。　２．２岩溶等“球状”不良地质体的预报　岩溶等球状不良地质体能否被成功预报，不仅和　纵向分辨率有关，还和横向分辨率有关。横向分辨率　的研究可根据第一菲尼尔带的半径进行计算　岩溶预报是个极其复杂的系统性工作，与其大小、　形态（尤其是迎头面的形态直接影响到反射信号能否被　有效接收到）、空间位置、离接收器的距离等相关。目　前，针对岩溶的预报，多采用以钻探法（含水平钻和加深　炮孔法）为主的综合预报模式进ｉｉ。有些复杂段落，辅　以地质雷达法和瞬变电磁法，也能收到好的预报效果。　３　结论　（１）为提高ＴＳＰ法的预报效果，必须从现场数据　采集环节开始，做好至少两个通道的数据采集工作；在　数据处理阶段，必须对数据处理过程进行质量控制。　（２）一个好的数据处理结果，两个通道之间反射　界而出现位置、反射界面聚焦情况及各个指标的波动　应有较好的一致性　在岩溶地区探测时，二维成果图　中不良地质体存在的位置还应和速度图中的低速区域　有较好的对应关系，这是评价一个数据处理质量的　准则。　（３）对岩溶类的预报，经过理论正、反演计算模拟　研究，采用绕射法进行预报是又一个值得研究的方向。　参考　文　献　ｌ　１　Ｊ　赵勇，肖抽安，刘志刚．ＴｓＰ趟婀地匝预报系统扯隧道Ｔ　程ｔＩ】的应　用［Ｊ］．铁道建筑技术，２００３　ｌ２　Ｊ　王梦恕．对岩溶地区隧道施工水文地质超ｌ１ｉ『预报的意见［Ｊ］．铁道　勘察，２００４（１）：７—９，１８　［３］　温树林，吴世林．ＴＳＰ２０３在云南元磨高速公路隧道衄婀地质预报　中的应用［Ｊ］．地球物理学进展，２００３，１　８（３）：４６５—４７１　ｌ４１　田荣．隧道的地质超前预报方法与／『　良地质施一ｌ二措施ｌ　Ｊ］．铁道勘　察，２００７（３）：１２１—１２４　ｌ　５］　薛斌，韩小敏．宜万铁路岩溶隧道地质综合超前预报技术［Ｊ］．铁　道标准设计，２０１０（８）：７２　７７　［６　Ｊ　智刚．ＴＳＰ超前地质预报结果准确　的影响　索分析［Ｊ　．路基１　程，２Ｏ１５（５）：１３９　１４８　［７］　周大勇．向莆铁路岩溶隧道超前地赝预报技术　Ｊ：．铁道建筑，　２０１０（４）：５６—５８　ｌ　８ｊ　孙克国，李术才，张庆松，等．ＴｓＰ　钳溶　山岭隧道预报ｔｆ１的应　用研究［Ｊ］．山东大学学报（工学版），２（１０８，３８（１）：７４—７９　［９　钟世航．ＴｓＰ作隧道掌子面前方地质预报几例失误娘因分析［Ｊ　．　岩石力学与【程学报．２００３．２２（Ｓ１）：２４４３—２４４６