中国地质大学：基于频率域全波形反演的隧道超前探测研究 | Engineering

随着全球经济的发展和现代化建设需求的增加，隧道已成为复杂地质条件下交通基础设施建设的最佳选择之一。隧道施工环境地质条件复杂，各种地质灾害，如塌方或突水，通常是由岩溶和断裂带等不良地质体引起的；由于隧道施工发生在地质体中，如果不能准确预测隧道周围的不良地质体（带），隧道施工可能会面临大量人员伤亡和财产损失。因此，开展隧道超前探测工作，准确、及时地探明掌子面前方的隐伏地质灾害，确保施工现场安全，避免突发隧道地质灾害至关重要。

中国地质大学（武汉）程飞研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年11月刊发表了题目为《基于频率域全波形反演的隧道超前探测研究》的研究性文章，将高分辨率成像的声波频率域全波形反演方法应用于地震隧道超前探测，并研究了频率组选择策略以及观测系统对反演效果的影响，实现了隧道前方不良地质体的结构成像与物性反演。研究结果显示，文章基于常规频率域声波全波形反演的频率组选择策略，提出的覆盖垂直波数和抗混叠相结合的频率组选择策略，能够有效获得隧道前方地质体的空间结构和物性参数，并提高反演分辨率。此外，文章通过线性增加隧道观测系统侧边长度，讨论了不同隧道双边观测系统长度对反演成像的影响，得出侧边长度近似于掌子面宽度5倍时反演效果最佳，超过该范围后继续增加侧边观测长度对反演结果影响可忽略。最后，文章采用研究结果对复杂的多地层模型进行反演，得出掌子面前方复杂地层的准确结构形态和物性参数，验证了方法的可行性。

值得注意的是，频率域多尺度反演方法可以相对提髙全波形反演对初值的稳健性，总体上是先从低频出发开始反演，然后再逐级提高频率进行反演。由于因低频数据反演陷入局部极值而导致不收敛的概率较小，因此可以估计相对较好的初始模型，提高反演过程的稳定收敛来获取更合理的解。频率域全波形反演通过低频反演得到大尺度的信息，中高频反演信息刻画细节特征，采用低频反演结果信息作为后续中高频率反演的初始模型，直接实现多尺度反演。

总之，对隧道复杂模型的频率域声波全波形反演表明，在选取合适参数条件下，该方法可以成功地反演隧道前方的地层信息，获得复杂地质信息的高分辨率结果。隧道超前探测野外采集数据的全波形反演结果进一步验证了隧道超前探测的全波形反演方法参数选择策略的有效性，以及该方法向实际应用方向发展的潜力。文章可为今后该方向的理论研究和实际应用提供思路和参考。

以上内容来自：Mingyu Yu, Fei Cheng, Jiangping Liu, Daicheng Peng, Zhijian Tian. Frequency-Domain Full-Waveform Inversion Based on Tunnel Space Seismic Data [J]. Engineering, 2022, 18(11): 197-206.

扫二维码 | 查看原文

原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2021.06.018

推荐阅读

点赞/在看/分享让更多小伙伴看到 ↓