TSP24超前预报课件

1、Tunnel Seismic Profiling TSP24地质超前预报仪北京骄鹏工程技术有限责任公司Http: Email: geopen 骄鹏集团（GeoPen）是具有高科技背景的专业化科技集团，自1993年成立以来，一直致力于地球物理勘探仪器设备的研发、制造和销售，主要制造地震仪、高密度电法仪、综合工程探测仪、注水采油观测系统、二维与三维地震采集系统、地下水监测系统、城市环境监测系统以及相关软件与配件，产品主要应用于石油、煤炭、矿山、冶金、地质、水电、城建、环保等广大领域，在石油勘探、煤田勘探、矿产调查、水文地质与工程地质勘察、环境监测、地面沉降监测以及建（构）筑物预警等方面发挥了巨大的

2、作用，并为国家重点项目、军工项目提供技术咨询支持以及提供整体解决方案。 骄鹏集团经过十几年的不懈努力，凭借仪器的高性价比和良好的技术支持、售后服务，产品用户遍及全国各省、市、自治区、北美的加拿大和美国、欧洲的俄罗斯以及亚洲的日本和新加坡等国家和地区。公司简介 集团经过多年的发展与整和，逐步形成了以吉林大学工程技术研究所为主体的研发制造中心，以上海骄鹏工程技术有限责任公司为主体的制造中心，以北京骄鹏工程技术有限责任公司、青岛骄鹏工程技术有限责任公司为主体的营销中心，并在北美、日本以及新加坡设有分支机构，形成了一套完善的研发、制造、营销服务网络。集团人力资源主要以技术专家为主，并有若干经验丰富的销

3、售工程师以及技术支持工程师。 多年来，骄鹏集团致力于专业化发展，除现有的三大种类、二十多个品种系列的地球物理勘探设备以外，还积极在相关领域进行探索，产品多次获得国家科技进步奖、国家发明奖以及部委级科技成果奖，产品具有全部自主知识产权。 骄鹏公司研发的工程探测系统于1995年获原地矿部科技进步二等奖,1996年获国家科技进步三等奖.研制背景 隧道属于地下建筑工程，其围岩地质情况复杂多变，可能会遇到断层破碎带、岩溶、松散地层、软土地层等不良地质体。如何准确地了解掌子面前方不良地质情况成为迫切需要解决的问题。通过地质超前探测，可以查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、

4、各类破碎带以及岩体含水情况，以便及时、合理地提前安排施工进度，修正施工方案，采取有效的对策和施工方法，避免塌方、涌(突)水(泥)、岩爆等灾害，确保施工安全，加快施工进度，保证工程质量，降低建设成本，提高经济效益。 针对隧道地质超前工作的需要和隧道施工的特点，吉林大学工程技术研究所开发出TSP24地质超前预报仪和相关软件处理系统。该系统综合了国内外各种超前预报先进技术采用在隧道洞壁布置一排的风钻孔，在孔中激发、接受,不占用掌子面。不影响施工，预报距离大。特别适合在地质条件复杂地段隧道开挖中的坍塌、冒顶、涌水等地质灾害预报。因而可在公路、铁路和水电工程的地下隧道施工中广泛应用。 TSP24地质超前

5、预报仪预报原理图 仪器特点 1、TSP24地质超前预报仪具有24个宽频带高精度采集通道,可同时布置8个速度型三分量传感器或加速度型三分量传感器接收,可采用共接收点水平地震反射法,也可采用多道接收的共反射点水平地震反射法,还可根据隧道施工的特殊性及施工方的特殊要求, 单点反射法、地震反射层析成象(True Reflection Tonography)等预报方法,方便、灵活；2、仪器频带宽度宽，为 0.1Hz 10KHz，可适应在硬岩、软岩、松散地层中进行地质预报；预报距离：软岩100 - 150 米， 硬岩200米； 3、由于在数据处理过程中增加了反射波幅频特性分析方法,进一步提高超前预报解释精

6、度； 4、由于采用遥爆等探测技术,可以在施工不间断的情况下(如TBM施工)实时监测前方岩体完整性,为隧道超前预报技术提供新的研究思路； 5 、配置三分量速度型传感器及加速度型三分量传感器接收,两种传感器用于不同岩性的隧道探测,其中加速度三分量传感器的频带宽度高,主要用于硬岩和岩溶等细小构造超前探测；而速度型三分量传感器由于其频带相对低,可以获得较长探测距离.通常速度型传感器探测距离100150米, 而加速度型传感器探测距离可达200米.TSP24型地质超前预报仪主机一、主机技术指标：1.三分量输入通道数：6道(加速度、速度型任选) 、24道(一发多收方式)2.采样率 25us 10ms3.频率

7、范 0.5Hz 10K Hz高频通道4.AD转换 24bit 运算精度 32 bit 折合噪声 1V,，RFI，(当采样率为2.0ms) 5.道间抑制 144 dB 6.显示器 9吋(16.9),10246007.处理器 Intel (R) Atom N270 1.6GHZ 内存 1G 硬盘 1608.道间抑制比 100 dB9.同步方式 有线脉冲、GPS授时同步、GFSK无线电同步10.内置锂电池容量 7.4417.6AH11.体积 32018090mm12.使用温度 -20+60TSP24型地质超前预报仪主机TSP24型地质超前预报仪主要配件1.加速度三分量传感器技术指标灵敏度：1000m

8、v/g 频率范围：0.1-5000Hz（10%) 安装谐振点：13kHz 横向灵敏度：5% 副值线性：500（10%) 重量：60g注：套管安装2.速度型三分量传感器技术指标灵敏度：300mv/cm/s频率范围：40Hz-2000Hz体积重量：直径47mmX190mm/0.7Kg注：裸孔安装3.安全起爆器4.HUB用于多个三分量传感器驳接HUB数据采集Data collection process超前预报现场采集安装三分量传感器超前预报仪主机及主要附件安装三分量传感器套管TSP24超前预报仪数据采集软件 TSP24超前预报仪数据采集软件是基于Windows开发的,该软件可以在每次预报数据采集时

9、或后处理时进行滤波处理(功能有AGC自动增益控制,背景去除,带通滤波等),采集图象实时显示.频率滤波用于隧道超前预报施工环境噪声严重，特别是在不间断施工过程中进行探测干扰更为严重，有效波的信噪比较低，为有效去除干扰波提取有效波，可利用该模块进行频率分析，进而采取多种滤波方法去噪,提高信噪比常规处理软件各功能模块简述初至拾取：可拾取三个分量的初至时间，目的在于下述两方面:1.校正放炮引起的延迟：2.提供初始速度模型，用于后续计算能量均衡由于炸药量、炮孔深度、耦合等地震条件不同，造成震源激发条件不同，从而引起波形畸变，该功能模块采用两种能量计算方法及能量衰减模式用于骄正由此造成的畸变。能量均衡后可

10、有效提高后续处理精度扩散补偿由于隧道施工地质条件复杂，地震波在传播过程中频率和能量均有衰减，该模块设有三种补偿方式，可有效提高单位能量下的探测距离和精度波场分离数据采集过程中传感器接受到的反射波为全空间范围内界面的反射面,而对于隧道施工过程中较为关心的是掌子面前方的结构面,为有效提取来自掌子面前方界面的反射波,采用高精度拉登变换进行波场分离,有效提取掌子面前方的反射波.拉登变换原理:下图为线性Radon 正变换域内的结果，从图中可以看到不同视速度以及不同截距时间的数据分布在不同区域。由于目的反射轴与直达波等干扰波的视速度不同，而表现为正常时差的一正一负，因此以动校正时差的正负为界，在正变换域将

11、动校正时差大于零的记录道置零，将动校正时差小于零的保留，即可实现上下行波场的有效分离。由于隧道超前探测过程中，随界面倾角不同，目标反射层的反射波视速度特征不同。在进行波场分离时如果仅根据视速度正负进行有效波场分离，去掉所有正视速度波场信息必然会将某些缓倾角地层的信息部分甚至是全部切除，以致于对某些缓倾角构造的预报能力降低甚至没有。因此，本软件设计一种类似于带通滤波的方式，进行有效反射波的提取，滤波窗口如图5-19 所示，动校正时差不在窗口内的均置零。右图为前、后方界面反射波动校正时差分布图下图为时距曲线分析观测系统示意图图中蓝点为后方界面数据,褐为前方界面数据波场分离波场分离拉登变换窗口(多边

12、形滤波窗口)将动校正时差不在窗口内的均置零,从而将掌子面后方的数据滤除掉P、S波分离为实现对岩体进行定量评价，利用该模块功能计算出岩土体的纵、横波速度；纵横波速度比等参数，可为岩体评价提供如动弹性模量，动泊松比等参数速度扫描速度扫描模块利用反射波层析成象原理求出掌子面前方北侧岩体在空间上的速度分布状况，从而定量评价前方岩体的软硬程度，更好的为施工提供参数,具体步骤如下:1、建立由拾取初至时间进行直达波估算并建立初始速度模型；2、定义探测区域并对其进行网格剖分，利用直达波速度为每一个网格节点计算一个旅行时间，建立纵波及转换波初始旅行时间表（TravelTime Table）；3、以初始旅行时间表

13、为基础，进行有限孔径Kirchhoff 深度偏移；4、采用共成像点道集拉平准则作为判据更新速度模型，重建旅行时间表，并利用更新的旅行再次进行深度偏移，当偏移结果满足上述准则时，形成最终速度模型以及最终偏移结果。提取反射界面 在二维解译图中将矢量Kirchhoff 深度偏移结果(一系列橢圆曲线),按其产状投影到隧道轴线内,从而提取P波与S波反射波。 下图是根据P 波偏移剖面，提取出的10 个反射层分布图。显然，在探测区内没有反射能量较强的长反射弧，仅在K55570 处出现一条较长的反射层位，岩体总体上变化不大，实际开挖验证了这点。综合解释利用该功能模块计算出掌子面前方有效探测范围内岩体的纵、横波速度分布