原始数据质量的高低是探测结果准确与否的关键, 根据TSP203的探测特点, 原始数据的质量很大程度上取决于地震波的激发与接收。

探测现场通常采用电雷管、乳化炸药作为激发源, 在触发器触发的瞬间, 雷管激发炸药爆破, 产生地震波, 检波器也同时记录下有效数据。当使用瞬发雷管激发时, 理论上, 因触发器触发与雷管爆破之间无延迟, 其所采数据的直达波同相轴应呈线性, 且初至波在时间轴上截距为零。在实际工作中, 由于TSP203触发器采用电路内触发的方式, 且现实中雷管的精度往往较低, 存在一定的延迟, 因此在激发时, 很难保证数据采集的同步性, 从而产生误差, 体现在地震数据中, 其直达波同相轴通常并不呈线性(图1)。

图1

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	图1 直达波同相轴非线性剖面

此外, 在某些特殊情况下, 会使用延期雷管代替瞬发雷管。这时, 由于触发与爆破之间的延迟误差更大, 不仅使直达波相对杂乱, 其同相轴的时间截距更是无法归零(图2)。这种情况下, 所采集的数据虽然可以通过数据处理在一定程度上减小误差, 但由于触发器设计上的先天不足, 检波器记录到的原始数据必然是不全面、不精确的, 因此, 对触发系统进行相应的改造和调整是尤为必要的。在这个问题上, 与TSP203类似的TGP206预报系统中采用开路触发方式, 使炸药爆炸的同时将触发线断开, 主机开始记录数据, 这种方式能够最大程度的降低雷管延迟带来的误差, 提高探测的精确度, 而这也是TGP206系统在触发上与TSP203系统相比的优越性所在^[1], 这一点很值得借鉴。

图2

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	图2 延期雷管使同相轴时间截距无法归零的剖面

采集TSP数据时, 炸药的使用量、围岩地质情况均直接决定原始数据的质量。当岩体完整、岩质较硬时, 使用少量的炸药就能得到较高的激发能量, 采集到的原始数据相对较高; 但对于围岩较差的隧洞, 爆破产生的地震波能量大部分被吸收衰减, 仅小部分被检波器记录, 因而所采集的有效信号通常都不达标, 数据质量很差, 甚至无法辨认。在这种情况下, 一般可以通过增加炸药用量来提高爆破能量, 进而提高原始数据质量。但当围岩地质情况极差时, 即使增加炸药量也无法提高爆破能量以及信噪比, 而现实中, 这种情况下的地质情况是最需要高质量的数据来保证探测结果的准确性的。因此, 对地质状况极差的隧洞, 可根据实际情况, 相应地减小炮孔偏移距或加强炮孔的水封、泥封条件, 以及改变激发方式等手段来提高数据质量, 这些都是提高探测精度的有效方法, 应引起足够的关注。

另外, 接收条件同样是影响探测精度的重要因素, 在测量时, 往往通过检波器与隧洞围岩的良好耦合以及合理布置炮孔位置来保证接收条件(图3)。

图3

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	图3 较理想的炮孔与检波器布置位置

实践经验表明, 在处理地震波数据时, 带通滤波是最为关键的步骤之一, 而这一步对于很多从业人员来说恰恰又是难点。数据质量较高时, 频谱图中地震波振幅呈逐渐下降趋势(图4), 此时, 滤波的范围选取较为容易。但当数据质量不佳时, 频谱图中振幅变化杂乱无章(图5), 滤波范围难以选择。

图4

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	图4 数据质量较高时的地震波频谱

图5

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	图5 数据质量不佳时的地震波频谱

对于上述数据质量较差的情况, 其检波器记录到的数据中干扰波较多, 导致频谱图中存在多个波峰, 而这些干扰尤以隧道管波最为突出。此时, 应进行合理的数据处理, 以压制隧道管波的影响。对此, 在实际工作时, 一般有两种处理方法。

图6

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	图6 地震剖面中管波出现的时段

(1)观察隧道管波的时间范围, 管波是以声波的方式通过隧道空间传播形成干扰, 因此, 其传播时间均滞后于有效波(有效波一般多集中在3~40 ms范围内, 管波多位于100ms以下范围, 见图6)。对此, 可以在选取时间窗口时直接将隧道管波去掉, 因此, 可将时间窗口选择为100 ms, 此时, 参与计算的为0~100 ms之间的数据, 其绝大多数为有效波, 相应的频谱也有较大变化, 从而便于选取滤波范围(图7)。这种方法的不足在于选取的窗口长度较小, 可能会使预报长度相应减少, 但对于数据质量较差时的分析、解释, 效果的确比较明显。

图7

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	图7 同一数据不同时间窗口的频谱

(2)时间窗口仍选择默认值或采用公式

数据长度=预报围岩长度×2×2.5Vp

计算出的值。在分析时, 根据地震波图形, 选取干扰较大的若干道, 根据其产生的干扰波周期推算其频率, 在进行滤波时将其滤掉。如图8, 据干扰波波形测得周期为0.45 ms, 则其频率约为2 kHz, 据此将滤波高切范围选在2 kHz左右。

图8

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	图8 选取干扰较大的若干道推算其频率范围

用这种方法可比较有效地去除高频干扰波的影响。如此多次进行计算、滤波, 可得到较好的地震波信号, 但计算过程较为繁杂, 且因测算周期、频率时会产生误差, 因此, 多将其作为辅助手段使用。

此外, 在分析数据时, 也可将信号较差的炮点直接关掉, 使得参与计算的数据质量相对提高的方法。

本文所讨论的问题是笔者平时使用TSP203系统进行探测时, 在数据采集和分析环节中经常会遇到的情况, 要解决这些问题, 提高工作质量, 不仅需要TSP系统研发者针对实际情况合理的改进仪器、软件, 更需要使用者在实际中不断的琢磨、探讨, 以全面提高探测精度。