[发明专利]一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法

权利要求书

1.一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，所述方法包括：

在施工隧道安装超前预报系统，所述超前预报系统用于采集地震波反射信号数据；

对地震波反射信号进行频谱分析，得到地震波波场参数，所述地震波波场参数包括地震波反射信号的回波时间、回波波形和回波强度；

将地震波波场参数代入弹性介质计算公式进行力学分析，建立地震波与围岩应力梯度关系，根据流体力学算法和动量守恒定律对所述应力梯度关系进行力学分析得到地震波与水体广义渗流速度关系，结合地震波走时剖面，判断含水地质构造体的位置和规模大小。

2.根据权利要求1所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，对地震波反射信号进行频谱分析，具体还包括：

采集地震波反射信号数据；

对地震波反射信号数据反褶积处理，并对反褶积处理后的数据增益恢复，将数据增益恢复的数据叠加处理后，经过第二次反褶积处理，再经过频谱分析，得到振幅和相位数据。

3.根据权利要求1所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，将地震波波场参数代入弹性介质计算方式进行力学分析，判断含水地质构造体的位置和液体渗流速度，具体包括：

建立地震波波场参数与地震应力、地震应力与渗流场的力场关系；

对渗流场参数定量分析；

根据分析结果，判断隧道含水地质构造体位置以及规模大小。

4.根据权利要求3所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，建立地震波波场参数与地震应力、地震应力与渗流场的力场关系，具体包括：

地震波波场参数与地震应力的力场关系：设定隧道围岩为理想弹性介质，单位体积理想连续弹性介质在外力作用下受力产生位移，根据动力学公式以及胡克定律，得到公式为：

其中，a(t_i)表示t_i时刻的瞬时振幅，dF/dt表示瞬时频率；a^o(t_i)和dF^o/dt表示为整个反射层的瞬时振幅和瞬时频率的平均值；

地震应力与渗流场的力场关系：设定隧道围岩为双相弹性介质，其由固体和液体组成，即岩石和水组成，在外力作用下，岩石内部水体会产生运动；根据动态流体力学以及岩体内部水体的运动趋势满足动量守恒定律，得到公式为：

其中：v为广义渗流速度，F(t_i)为表示t_i时刻的瞬时相位，μ为流体粘度。

5.根据权利要求4所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，在地震波波场参数与地震应力的力场关系中，还包括：

瞬时频率dF/dt为瞬时相位的变化率，反应不同岩性的变化；

设定当压力梯度dσ(t_i)大于1时，表示该区域为低构造应力区；当dσ(t_i)小于1时表示该区域为高构造应力区；

对多个区域进行分析，得到人工地震波作用下隧道含水地质构造体的地震应力分布以及隧道含水地质构造体位置。

6.根据权利要求4所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，在地震应力与渗流场的力场关系中，还包括：

设定广义渗流速度v按定量值大小划分为五个部分，所述五个部分分别为无水、渗水、滴水、流水和涌水。

7.根据权利要求5或6所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，还包括根据隧道含水地质构造体位置和广义渗流速度的定量值大小判断隧道含水地质构造体的规模大小。

8.根据权利要求1所述一种用于隧道含水地质构造体的地震波超前预报探测方法，其特征在于，设定地震波震源为小药量炸药或人工锤击震源。