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原文传递基于粘声介质的隧道不良地质地震波超前探测逆时偏移成像方法

论文题名：	基于粘声介质的隧道不良地质地震波超前探测逆时偏移成像方法
关键词：	隧道勘探;不良地质;地震波超前探测;逆时偏移成像;粘声介质
摘要：	近年来，中国隧道等基础设施建设蓬勃发展，建设规模和难度前所未有。然而，隧道施工经常会遇到未知的不良地质构造，易引发突水突泥、塌方等灾害，造成工期延误、人员伤亡等严重经济损失和恶劣社会影响。超前地质预报可以在隧道掘进过程中提前预判掌子面前方的不良地质情况，是保证隧道施工安全的必要手段。　　在各类隧道超前地质探测方法中，地震波法因其对地质构造敏感、探测距离长等优势在隧道超前地质预报中应用广泛。特别是随着隧道工程遇到的地质条件愈发复杂，如何实现地震波超前探测的高精度偏移成像一直是学者们的研究重点。逆时偏移成像方法作为地震成像精度最高的方法之一，已被成功应用于隧道不良地质超前探测中。然而，现有方法大都将隧道地震波简化为声波或弹性波，忽略了复杂地下介质的粘性特征及其对地震波场的吸收和衰减作用，使得逆时偏移成像计算过程无法真实还原隧道地震波场，难以利用其准确的振幅、相位等信息，影响偏移成像结果的精度。　　对此，本文以地下介质对地震波场的常Q粘声衰减为基本假设，将粘声逆时偏移成像方法引入隧道地震超前探测中，研究了适用于隧道环境的粘声波场的正演模拟和逆时偏移成像方法，总结了其对隧道前方典型不良地质体的成像特征，具体的工作内容和创新点如下: 　　(1)在隧道地震粘声正演模拟方面:针对广义标准线性固体模型在隧道高频地震数据中对常Q衰减效应的模拟难题，改进了粘声介质常Q拟合方法中的初始值选取与优化策略，进而设计了合适的隧道地震波场衰减模型，并构建了相应的粘声波动方程，形成了隧道地震粘声正演模拟方法，可实现隧道高频地震数据的粘声波场的较高精度正演模拟。　　(2)在隧道粘声逆时偏移成像方面:针对隧道地震数据逆时反传波场的衰减补偿与稳定计算难题，提出了基于复粘弹模量实部和虚部联合的粘声波场补偿方法，并推导了逆传波场所满足的波动方程，可实现隧道粘声波场较准确、稳定的逆时反传;进而对比了多种常用的逆时偏移成像条件，优选构建适用于隧道环境的粘声逆时偏移成像条件，最终形成适用于隧道地震超前探测的粘声逆时偏移成像方法并开发相应软件。　　(3)在隧道典型不良地质粘声逆时偏移成像特征及现场试验方面:构建了岩性分界面、断层、溶洞以及多灾害源组合等模型，开展了较为系统的隧道偏移成像研究，分析总结了偏移成像结果的成像特征，充分验证了粘声逆时偏移成像方法对隧道复杂地质环境的适用性。在此基础上，依托珠三角水资源配置工程，开展了现场试验，进一步验证了本文方法的有效性、可靠性和实用性。
作者：	郭美延
专业：	岩土工程
导师：	刘斌;许新骥
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022