TeTSP隧道超前探测系统

TeTSP隧道地震超前探测系统重庆璀陆探测技术有限公司重庆大学汇报人：2016.5一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验汇报提纲汇报提纲一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验一、公司简介南京璀陆电气科技有限公司成立于2014年8月，落户于南京市经济技术开发区科创基地，属南京领军科技创业人才计划企业。公司主要从事地质勘探仪器开发、销售，地球物理探测与电气工程技术服务。2015年10月，在重庆成立重庆璀陆探测技术有限公司。公司凝聚了多位正高、副高级职称，博士和留学经历高级专业技术人才，具有长期从事地球物理方法研究和仪器研发经历，在瞬变电磁仪、隧道地震超前探测仪等领域具有多项先进成果，成功开发了TETSP-1/TETSP-2隧道地震超前探测仪、TETEM-S1超浅层瞬变电磁探测仪和TETEM-H1大功率瞬变电磁探测仪等，目前已用于地球物理探测和电力工程相关领域。汇报提纲一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验汇报提纲一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验隧道超前探测是利用地震波在不均匀地质体传播过程激发的反射波预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况。背景速度：vp=6000m/s圆形速度：vp=40000m/s左图所示为地震波在不均匀介质中传播示意图，三角形所示处表示炸药震源激发地震波，地震波在介质中传播，当遇到圆形不均质介质时，在其顶部底部激发反射、透射以及多次反射波。二、隧道超前探测基本原理二、隧道超前探测基本原理纵波速度横波速度密度页岩3500m/s2270m/s2.0g/cm3砂岩3800m/s2846m/s2.3g/cm3断层模型的基本参数反射P波透射P波反射P波反射S波透射P波t=0.018st=0.041st=0.057st=0.018s时，可以发现波场在均匀、各向同性页岩中传播，波前为一个标准圆形，二维介质平面任何方向的速度一致；当t=0.041s时，波场已经部分传播至断层位置，可以发现波场已经不如页岩中的波形完整，此时整个波场分为3部分，断层右上方的波场分为反射纵波和未传播至断层位置的部分纵波，而断层左下方已经出现了透射纵波；t=0.057s时，断层左下方的透射纵波已经传播超过了边界，而断层右上方出现了两个波场，其中上方波场为反射纵波，紧跟反射纵波的是转换横波。数值模拟建立断层、岩溶和采空区地质模型，模拟隧道观测系统条件下地震波的传播规律，对隧道地震超前探测的可行性进行论证。透射S波二、隧道超前探测基本原理数值模拟岩溶模型的基本参数纵波速度横波速度密度岩溶2200m/s1270m/s2.1g/cm3围岩2700m/s1562m/s2.2g/cm3反射P波复杂混乱波场t=0.033st=0.053st=0.075s岩溶模型中t=0.033s时，可以发现波场在均匀、各向同性介质中传播，波前为一个标准圆形，当t=0.053时，波场已经部分传播至岩溶位置，可以发现波场已经不像均匀介质中的波形完整，此时整个波场通过岩溶的部分表现向外凸，岩溶正上方也出现明显的反射界面，该界面为陷落柱平面图中上部分边界的反射；t=0.075s时，整个波场已经完全透射通过岩溶，由于岩溶的水平面积相对不大，完全透射过岩溶的波形仍然为局部外凸的圆形，图中岩溶上方出现复杂的反射波场，可以清晰的发现反射纵波，也可以勉强分辨出反射横波，还有一些比较复杂的波场，主要是绕射波和多次波。反射P波反射S波二、隧道超前探测基本原理数值模拟采空区模型的基本参数纵波速度横波速度密度砂岩3200m/s2270m/s1.4g/cm3含水采空区1000m/s-1g/cm3t=0.027st=0.041st=0.06s反射S波反射P波当t=0.027s时，可以发现波场在均匀、各向同性介质中传播，波场为一标准圆形，二维介质平面任何方向的速度一致；当t=0.041时，波场已经传播至采空区位置，整个波场一部分透射进入采空区，一部分反射回来如图所示反射P波，一部分继续在介质中传播，可以肉眼观察到经过采空区的那一部分几乎完全衰减，这说明含水采空区和周围介质形成了一个强烈的波阻抗界面，反射波非常强烈，透射波的能力很难透射到采空区去；当t=0.058时可以看到整个波场已经透射过了采空区，经过采空区的那段圆弧非常不规则，而且产生严重的饶射，反射波的波场中可以清晰的辨别P、S波。重庆至某区县城际快轨隧道掘进过程中经过小煤窑，此区域图纸不全，给掘进造成很大隐患。利用正演模型研究波场在采空区去的传播规律。反射P波二、隧道超前探测基本原理现场资料采集1．收集地勘资料和隧道施工资料，了解隧道基本地质资料以及隧道开挖方式；2．按照要求准备仪器、器材进入隧道，隧道现场工作由一人统一指挥，确保安全；3.在隧道的一侧设置24个炮孔，炮孔直径约40mm，且每两个相邻炮孔之间的距离为1.5m；每个炮孔深度均为1.5m；炮孔距离巷道底板的高度为1.5m。其中距工作面最近的炮孔与工作面之距为5-10m；4.分别在隧道两侧对称位置设置传感器孔，传感器孔直径为50mm，深度为1.5m的钻孔，此钻孔距离底板的高度也为1.5m，且与炮孔同侧的传感器孔距离最近一个炮孔的距离为15m；5.按照设置的炮孔和检波器孔的点位钻孔，钻孔后立即清空，防止孔堵塞（此项工作由现场配合完成）；6.将仪器放置在距离传感器后方5m距离附近，将黄油放入钻孔中，传感器推入，耦合成功后，连接传感器和仪器；7.将炸药放入炮孔中，每孔放置100g；8.连接炮线、触发线，往炮孔冲水，充满水后迅速用湿泥土封孔，开始放炮采集，依次采集24次。9.采集完毕，整理仪器和配件，收工。二、隧道超前探测基本原理室内资料处理建立观测系统：将炮点和检波器的空间位置关系导入计算机系统拾取初至波：直达波拾取计算速度频率域滤波：频率域消除声波、施工随机噪音等干扰能量均衡：根据炸药量均衡各道能量二、隧道超前探测基本原理室内资料处理拉动变换：消除隧道侧边以及后方的反射波反Q滤波：对高频进行衰减补偿dxxxqtdqu)),((),(dpppxtuxtd),(),('地震学中有如下表达形式：定义线性Radon反变换为：离散形式：傅里叶变换：其矩阵形式：则有：定义：其最小平方：方程超定时：方程欠定时：为使正变换稳定，加入白噪得：pppxtuxtd),(),('qpxipUxD)exp(),(),(']exp(...exp(.........)exp(...)exp([1111pxxpNNNNpxipxipxipxiLLUD')exp(tsstpxiLDLUHLUDDDe')()(LUDLUDeeSHHULLLDHH1)('ULLLDHH1)('ULILLDHH1)('UILLLDHH1)('fQtetAtA)()(0t时刻振幅:吸收因子振幅谱：希尔伯特变换得相位谱：大地衰减因子频谱：则反Q滤波因子：则反Q滤波：级数展开：褶积定理：fQtefAMP)()()]}({ln[)(fHQtfAMPHf)]([)()()(fiHfQtfieefAMPfS)(1)(fGQtefSdfefXetyfGQtft)(2)()(...)]()(!21)(1[)()(22fGQtfGQtdffXetyfti)()(!1)(tXtgQtjtyj二、隧道超前探测基本原理室内资料处理波场坐标转换：x,y,z三分量的数据并不一一对应P、SV和SH波，需要对各分量数据按照力学关系进行转换。对于三分量地震资料，横波偏振方向与波传播方向是垂直的，利用纵波和SV波在水平投影方向为同一直线，通过定位水平分量可以分离SH波，然后再分离P波和SV波。通过两图对比可知，纵横波分离后的波场的同相轴的一致性和连续性要好于分离前，其中SV波剖面底部可以明显发现一个同相轴。二、隧道超前探测基本原理室内资料处理迭前柯西霍夫深度偏移：对超前方向波场使用叠前深度柯西霍夫偏移处理，主要分为以下四步Ø依据速度模型计算成像点的时间和旅行时；Ø依据三分量地震资料计算检波点处各个质点的偏振方向；Ø以上一步计算结果作为初始条件，计算第一菲涅尔带；Ø利用计算权系数，再进行叠前深度偏移计算。P波SH波SV波汇报提纲一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验汇报提纲一、公司简介二、隧道地震探测基本原理三、TeTSP隧道地震超前探测系统四、与国内外同类产品对比实验三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）主机及传感器推杆装置三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）硬件配置：Ø计算机及配置：军品级工业控制计算机Ø通道数：总通道数为12道。Ø采样率：31.25µs、62.5µs、125µs、250µs、500µs、1ms若干档；Ø采样点数：512、1024、2048、4096、8192等可选；Ø前放增益：每六道为一组，由软件可选64倍（36dB），16倍（24dB），4倍（12dB），1倍；ØA/D转换：采用最新、超高速Σ–Δ24位A/D转换器；Ø假频滤波器：随采样率自动跟踪；在采样率的0.216倍处为-3dB，下至120dB；并配有各种数字滤波器，截频点（-3dB处）根据需要人为设置；Ø频率响应：0.1Hz—400kHzØ噪音：全频状态下小于1µVØ幅度一致性：优于±0.2%Ø相位一致性：优于±0.01ms；Ø动态范围优于126dBØ信号跌加增强：32位。三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）软件功能：Ø数据导入：完成数据的管理和观测系统的编辑Ø编辑与分析：实现数据的简单编辑（坏道剔除、时移、初至拾取和噪音切除等）和频率分析Ø数据处理：一共分为“初至拾取”、“能量均衡”、“扩散补偿”和“滤波”等10个模块，各个模块之间有严格的先后顺序，最终得到偏移成像结果Ø解释成果:在偏移成像的基础上进行层位的提取和解释，并给出综合解释结果和岩性属性信息三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）软件功能：探测成果显示速度云图偏移成像剖面提取反射界面岩石物理参数图三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）工程案例一：恩来恩黔高速公路马鞍山隧道湖北恩施至来凤高速公路（恩来高速公路）位于湖北省西南部，路线全长86.135公里。与湖南龙山至吉首高速公路相接，是陕西安康至湖北来凤高速公路（安来高速公路G6911）重要组成部分，其中恩施至宣恩段与恩施至重庆黔江高速公路共线。恩来恩黔高速公路马鞍山隧道TETSP-1隧道预报，隧道围岩为灰岩，已掘进某区段围岩十分破碎，导致拱架开裂，为保障施工安全，利用TETSP-1系统对隧道进行超前探测。三、TeTSP隧道地震超前探测系统工程案例一：恩来恩黔高速公路马鞍山隧道时间：2015年2月地点：恩来恩黔高速公路马鞍山隧道采集仪器：TeTSP-1观测系统布设位置：南帮震源：瞬变雷管，乳化炸药药量：100g观测系统：24炮激发，2检波器接收探测目的：全面探测掌子头前方地质情况，指导安全生产掌子面松散区溶洞溶洞溶洞通过掘进揭露情况和探测情况对比可以发现：在掌子面松散区和溶洞附近纵横波都有明显的波阻抗反应，说明此处探测准确率较高。TeTSP-1（速度型）三、TeTSP隧道地震超前探测系统TeTSP-1（速度型）工程案例二：杭黄高铁圭川溪隧道杭黄高铁东起浙江省杭州市，穿越富春江、新安江、千岛湖两江一湖风景区、名胜区，到达黄山市。建成通车后将极大地促进上海、杭州、黄山的联系，是连接名城-明湖-名山的世界段黄金旅游线。由杭黄铁路站前I标二分部承建的圭川溪隧道地处天目山脉西南的中低山区