基于多维波达DOA技术的异常地质构造超前预报系统.docx

1、基于多维波达DOA技术的异常地质构造超前预报系统一、 项目的意义和必要性项目背景：在各种煤炭开采、隧道施工、岩洞矿体作业过程中，经常会遇到衬砌开裂、地质侧移滑动、突泥塌方涌水、泥石流等各种灾害，影响到工程和矿山生产的安全、质量、进度和经济效益等重要问题。对矿山的地质构造异常物探来说，地质的构造特性、完整程度、破碎状态等主要表现在力学性质的差异上，而含水性则主要表现在电阻率的差异上。任何一种单一类型的物探方法都不可能同时涵盖力学和电学这种物性的变化。我国矿山水文地质条件较为复杂，煤矿突水、透水事故成为煤矿安全生产的主要威胁之一。瓦斯爆炸是另一个危害煤矿生产安全的问题。煤矿平安生产也已成为社会各界

2、共同关注的问题。如何通过高效的技术装备对煤矿透水、瓦斯突出等灾害进行可靠预报和预警显得尤为迫切。煤矿雷达是通过雷达探测技术对矿井进行扫查，发现可能存在地质断层和透水带，达到预报和预警的作用，减少和预防煤矿生产事故的发生。煤矿超前预报系统可以发现井下掌子面前方存在的含水带，瓦斯蕴藏区和断层等灾害地质环境。增强煤矿开采的计划性和对事故隐患的预见性，可以大幅度减少煤矿挖掘中的意外险情。煤矿超前预报技术是实现三维波场识别与分离的超前预报技术。在矿井中的狭小空间内复杂的波场条件下使用，能有效消除各种反射波的干扰，保证成像的真实性；煤矿超前预报技术具有如下优点：实现围岩波速精确分析的超前预报技术。保证了地

3、质构造定位的精确性；建立在逆散射成像原理基础上的超前预报技术，与传统的反射地震技术相比具有更高的分辨率。同时运用了地震波的运动学和动力学信息，不但可精确确定地质构造的位置，同时还可以获得围岩力学性状的空间变化； 结合地质信息可以找到含水带和瓦斯蕴藏区。采用独特的观测方式，保证观测数据同时满足围岩波速分析、三维波场分离和方向滤波的需要。本项目研究基于弹性波阵列接收的多维波达方向（Direction of Arrival）DOA估计的地质构造异常预报系统，接收到的地震回波是三维的，在强噪声背景下传感器接收的信息带有复杂的成份，要分析其不同的方向、波速、反射面位置、反射面性质。同时，要识别面波、纵波

4、、横波及转换波，比表面观测的震相复杂的多。传统的数据处理方法是进行简单的统计平均和频谱分析处理，很难保证分辨率、检测精度和信号处理信噪比要求，如何可靠地识别隧道横向的回波并将其剔除，保留前方回波，是隧道矿山的地质构造异常超前预报的关键技术难题之一。图1地质构造异常预报基于弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统是通过可视化微波反射成像技术预报掌子面前方的地质情况，可预报煤层断裂带、煤层分布构造、地质破碎带、透水带分布、岩溶发育带以及岩体工程类别变化等地质对象的位置、规模和性质。该方法数据采集用多道微波发射接收装置，它充分运用反射波的运动学和动力学特征，具有岩体波速扫描、地质构造方向扫

5、描、速度偏移成像、吸收系数成像、走时反演成像等多种功能，从岩体的力学性质、岩体完整性等多方面对地质情况进行综合预报。利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由掌子面通过发射天线向前发射，当遇到异常地质体或介质分界面时发生反射并返回，被接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。根据接收到的电磁波特征，基波的旅行时间、幅度、频率和波形等，可确定掌子面前方界面或目标体的空间位置或结构特征。通过弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统，查明掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类破碎带以及岩体含水情况，以便及时、合理地提前安排施工进度，修正施工方案，采取有效的

6、对策和施工方法，极大地避免塌方、涌(突)水(泥)、岩爆等灾害，确保施工安全，加快施工进度，保证工程质量，降低建设成本，提高经济效益。弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统的阵元采用非线性混沌系统作为接收，混沌系统对弱信号检测方法比传统的方法有较大的估计精度，特别是应用在强噪声背景下微弱雷达信号的参数估计方法具有很好的应用前景。本课题组在信号参数估计方面做了大量的前期探索性的理论研究工作，但还需将该技术在工程物探信号检测与处理结合方面进行深入的研究工作。本项目是一项创新的工作，其立项具有重要的理论意义和实际应用价值，本项目的研究成果必将为我国自主研发先进的物探技术和仪器方面提供理论与

7、技术支持。煤炭生产是依据生产设计图进行巷道的布置和煤的采掘。但是这些图纸所依据的地质资料是通过地表物探和钻探的手段获得，由于技术的限制，这些地质资料很难把一些较细的地质情况反映出来，远不能满足实际生产的需要，特别是那些小构造断层所造成的煤层缺失，当用一般方法如层位对比、规律类推、作图分析和断层及其影响带构造分析等不能奏效时，而不得不采用井下钻探或巷探，巷探如果是煤巷还可以，如果开挖岩巷而没达到预期的目的，其损失是相当大的，那么如何用经济的办法来找到缺失煤层就成为关键问题，还有对于掌子面前方可能造成安全事故的不良地质体，如陷落柱、采空区、富水带等,盲目掘进肯定不行，全程钻探又不现实。况且钻探由于

8、巷道空间限制只能给出沿钻孔长度方向的地质变化情况，不能给出构造带总体分布信息。那么如何用最少的钻探或不用钻探而能达到安全、快速、有效的预测掌子面前方的地质条件成为关键。鉴于以上对了解煤矿巷道掌子面前方地质情况的迫切性，应用弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统，使其应用于煤矿巷道超前地质预报可以解决这些问题。（1）解决矿山开采的地质异常结构超前预报关键问题弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统预报岩体（矿体）的构造特性、完整程度、破碎状态等主要表现在力学性质的差异上，而含水性则主要表现在电阻率的差异上。应用可控震源方法进行隧道地质超前预报在技术上有两个主要问题，也是难点

9、问题，关系到预报结果的真实性和可靠性。第一，地质雷达波场波相分离技术，基于DOA估计的地质构造异常预报的观测位置是在地下掌子面附近，接收到的回波是三维的，在强噪声背景下传感器接收的信息带有复杂的成份，要分析其不同的方向、波速、反射面位置、反射面性质。同时，要识别面波、纵波、横波及转换波，比表面观测的震相复杂的多。传统的数据处理方法是进行简单的统计平均和频谱分析处理，很难保证分辨率、检测精度和信号处理信噪比要求，如何可靠地识别隧道横向的回波并将其剔除，保留前方回波，是地质构造异常超前预报的关键技术难题之一。第二，围岩速度分析。隧道内的观测空间有限，横向孔径受限制，所获得的地震反射资料横向分辨能力

10、很差，速度分析精度很低。简单的数值平均和软硬件滤波方法很难解决噪声对接收端传感器信号的影响，如何通过地震反射资料可靠地确定围岩速度分析，从而提高地质体的定位精度，是目前亟待解决的问题。利用弹性波阵列接收的多维波达方向的地质构造异常预报系统，对接收端传感器阵列信号处理、识别，完成工程矿山地质和水文地质的超前预报和灾害防治是解决这类问题的有效方法。基于DOA估计的地质构造异常预报系统是通过可视化地震反射成像技术预报隧洞掌子面前方的地质情况，可预报断裂带、破碎带、岩溶发育带以及岩体工程类别变化等地质对象的位置、规模和性质。该方法数据采集用多道数字地震手段，它充分运用地震反射波的运动学和动力学特征，具

11、有岩体波速扫描、地质构造方向扫描、速度偏移成像、吸收系数成像、走时反演成像等多种功能，从岩体的力学性质、岩体完整性等多方面对地质情况进行综合预报。防止透水、管涌、瓦斯聚集层预报等应用前景广阔。（2）解决矿（煤）层分布预测问题煤层冲刷带是煤层部分或全部被冲刷并常由砂质沉积物充填而形成的地质体，是引起煤层缺失或厚度变化的常见原因之一。煤层冲刷带的存在直接影响到矿区规划、矿井设计、开采方式、采掘部署及生产计划，可造成掘进率增加、采出率降低,严重制约矿井的高产高效。因此,在矿井采掘过程中，预先查明冲刷带的范围及可能延伸情况，对于采区和工作面的设计布置、采掘方案的制定都有较好的指导意义。由于古地质环境的

12、不同，形成了多种类型的冲刷带，不同成因的冲刷带在煤层中的发育和展布情况各有不同，这就为冲刷带的探测带来了很大的困难。经过长期的生产实践探索,形成了地质统计法、沉积分析法、槽波地震勘探、三维地震勘探等预测煤层冲刷带的方法，解决了煤层冲刷带的普查问题。而对于煤层冲刷带的精查问题，特别是远距离超前预测巷道掘进前方煤层冲刷带的赋存及其影响情况，还没有令人满意的方法。近年来,随着多波多分量地震反射超前法探测技术在煤矿井下的成功应用，为远距离超前探测煤层冲刷带提供了一种新的地球物理手段。 频谱数字处理可将地质信号曲线中的周期性成分分解出来。沉积速率变化会造成频谱能量团的错断延伸地质，但噪音会影响频谱解释,

13、 当噪音足够大时,频谱解释将发生困难。基于阵列信号非线性混沌处理系统的地质超前预报系统是利用微波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞前方及周围邻近区域地质状况的。他是在掌子面前方侧墙上一定范围内布置阵列结构发射和接收天线，依次进行阵发式微波发射和阵列接收，产生的微波信号在隧洞周围岩体内传播，当岩体强度（波阻抗）发生变化是，如遇到断层、地下水或岩层变化时，信号的一部分被反射回来。界面两侧岩体的波阻抗差别越大，反射回来的信号也越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化为电信号。根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理就可以得到反射界面的位置及方位。（3）阵列可控激发震源解决矿井超前预报

14、定位精度。该项目震源是可控液压蓄能震源，根据频率发射地震波信号，无需敷设炸药，应用方便，而且根据探测需要采用多点地震源发射，多点弹性波阵列接收，形成立体多维地质结构描述网络。针对不同的围岩特征设计点阵或圆形阵列接收机，结合工程实际，测试不同围岩掌子面的地质结构回波图谱数据，根据挖掘工程进度的地质数据，实现图谱的地质解释；采用基于非线性降噪技术的地质雷达系统和混沌微弱信号参数检测理论，对地质回波频谱进行分析。调整基于非线性降噪技术的地质雷达系统的载波频率和发射功率，分别对点阵和圆形阵接收天线的数据进行工程采样，数据分析，针对掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类破

15、碎带以及岩体含水情况，形成不同的地质结构频谱数据。传感器是把地震波的振动信号转换为电信号的装置，能否接收到信号,接收信号质量的好坏与传感器的放置方式直接相关。放置传感器时，应力求使地震波在传感器内产生最大的有用信号。所以如果可能时，先用地质力学和构造地质的理论确定出掌子面前方可能出现的构造带方位。在此基础上把传感器放在巷道前进方向和构造线的走向夹角成钝角(本质上是空间角而非平面角)的一侧。如果不能用地质力学的理论推测出前方可能出现的不良地质体产状或是掌子面前方构造复杂或是详细研究的需要,则应在巷道两侧分别放置一个传感器才能收到较好效果。 震源的选择应保证有较高的波速和与待测的岩石介质有相匹配的

16、波阻抗，传感器和震源的位置问题由于煤矿的巷道一般不像隧道那样平直(坡度5)，特别是在巷道上、下山部位,由于在数据采集时应使传感器有效接收段的中点位置与所有震源点的中心位置在同一条直线上，而此直线方向就是所要的探测方向。但煤矿巷道中线一般不是水平直线而是折线(指有坡度和拐弯)，由仪器的计算原理知道:探测距离是由地震波波速和时间确定的,而波速是由已知的震源与传感器的距离和直达波的传播时间求出的，如果实际的震源位置与仪器输入的坐标值有偏差，则会造成地震波波速有误，进而造成计算出的波阻抗面位置和产状的错误，因此布置震源时，应力求使震源的实际位置与输入的震源坐标相一致。特别是巷道壁不平整时。除了能探测到

17、断层的位置及其产状用于构造分析外，还能探测到前方的采空区和老窑积水的位置和规模，给煤矿生产的整体规划提供依据,避免掘进的盲目性和灾害的发生。国内外研究现状：近年来，地质构造异常勘探作为超前预报的一种重要的工程无损勘探方法，在我国已广泛应用，并取得了很多重要成果。在国外，如英国、法国、德国、瑞士、日本等发达国家的隧道(特别是铁路、公路隧道)修建过程中，隧道施工地质工作都是重要的且不可缺少的工序，重视隧道施工地质工作己成为管理部门和广大工程技术人员的共识。典型地质雷达的结构分为三部分：( 1) 电磁脉冲发生器；( 2) 天线系统；( 3) 采集系统。通常一个地质雷达系统，根据探测目标体的不同，它的

18、天线是不同的。天线主要的参数是雷达辐射的中心频率和天线与所测目标体的耦合方式。一般使用的地质雷达天线频率范围为:2 MHz 5 MHz。频率越高，分辨率越高, 但穿透深度就越浅。天线有两种耦合方式：地耦合( ground-coupled ) 和空气耦合( airlaunched)。简单说, 地耦合天线的能量穿透率相对较高, 空气耦合天线的探测速度相对较高。由于天线是一个可选择的组件, 所以地质雷达的性能标定应该是一个完整的系统标定。地质雷达技术指标标定内容有：( 1)信噪比；( 2) 信号稳定性；( 3) 走时线性度；( 4) 长时间稳定性；( 5) 穿透度。对于不同耦合的天线系统, 地质雷达

19、性能的标定方法是不同的, 因为我们使用的地质雷达天线为触地耦合方式, 所以主要介绍触地耦合地质雷达性能的标定方法和结果, 但其方法和结果也可以作为空气耦合地质雷达标定时参考。表1.1 时间域技术指标指标名称定义符号测试值%标准值%备注信噪比S/N-40dB-5 dB小振幅信噪比S/N-60dB-10 dB大振幅振幅稳定性Jamp0.920.89时间稳定性Jtime0.830.21水介质穿透度WH67%45岩石介质穿透SH6035探测深度辐射子波比Wr7679走时线性度V2.653.75信噪比：任何类似于信号的干扰和不能转换为有用信息的信号都可认为是噪声。地质雷达的噪声主要是由于吸收材料和天线密

20、封等原因所引起的。信号的稳定性是指在相同观测条件下, 采集100 道信号, 信号道与道之间存在的差异。这个不稳定包括振幅的不稳定和时间的不稳定。在相同的测量环境下, 地质雷达的穿透度越高,地震雷达的性能越好。所以穿透度是评价地质雷达优劣的一个重要技术指标。地质雷达辐射的电磁波子波( space) 在观测中起着至关重要的作用, 子波的持续时间太长不利于反射到时的确认, 从而影响观测结果的精度和可靠性. 关于地震雷达的辐射子波技术指标目前还没有明确的标定标准, 我们参照地震仪的阻尼标定方法,即为了得到真实的地动位移, 通常对于一个周期的振动, 其后持续的振幅应该是这个周期最大振幅的三分之一。通过比

21、较, 可以看出我们设备的大部分技术指标在建议标准的容许范围之内，在标定项中, 我们认为, 辐射子波比,信噪比和穿透度相对更重要。在这三项中, 我们这套设备的指标相对较好。并考虑到我们的设备在频率分析方面结果较好, 按我们的实测值均满足工作要求, 所以试给出了一个标准值。 值得注意的是,地质雷达在开启后, 需要一定的预热时间来稳定性能, 时间应该在20 分钟，对于频率域指标预热尤其重要。在国外，如英国、法国、德国、瑞士、日本等发达国家的隧道(特别是铁路、公路隧道)修建过程中，隧道施工地质工作都是重要的且不可缺少的工序，重视隧道施工地质工作己成为管理部门和广大工程技术人员的共识。自20世纪70年代

22、，均对隧道施工地质超前预报予以极大重视，并将此列为隧道工程建设的重要研究内容。有些施工单位配备有专门从事隧道施工地质的工程技术人员，有些则由业主提供施工地质队伍，并拨出专款开展这项工作。他们在咨询部门提交的设计图纸的基础上，在施工过程中，还要求做好地质超前预报和围岩量测工作。如前苏联开挖阿尔帕一谢万隧洞成功地进行了施工温度预测；在阿尔卑斯山深埋隧道中预测温度的方法成功运用于圣哥达公路隧道；瑞士的长达19058m的铁路单洞隧道Vereina隧道采用超前预报系统技术进行了全隧道的施工地质超前预报，取得了可喜的成果；日本青函隧道在施工过程中采用了超前导坑202孔，单孔最深达2150m共深88562m

23、的水平，超前钻探和雷达波勘探等技术以预报地质结构、断层位置及第四系沉积物的分布和厚度，对隧道的施工起到了重要的作用。由于非线性混沌降噪系统的引入，严格的数学分析、大量的计算机模拟和与日俱增的实验室观测，正在从另一个崭新的角度来研究工程物探数据处理技术。对物探超前预测数据处理方法的研究我国科技工作者已经做了大量的工作，十几年来，许多学者利用统计学方法广泛地研究了在高斯噪声背景下物探回波弱信号的参数估计问题，取得了很多有益的成果；近年来，利用非线性混沌振子对未知信号参量进行估计也同样得到了令人惊讶的分辨率和检测精度，无论从估计精度和信号识别能力上都比以往基于统计学理论所提出的谱方法、高阶统计量等要

24、好，更令人满意的是混沌系统对于任何零均值噪声具有免疫力，也就是说噪声对于非线性系统的影响远远小于信号本身周期摄动对系统动力学行为所产生的作用，而这种摄动是在很大的信噪比条件下进行的。二、主要研究内容与预期目标主要研究内容：（1）设计研发基于弹性波阵列接收的多维波达方向（Direction of Arrival）DOA估计的地质构造异常预报系统，针对不同的围岩特征设计点阵或圆形阵列接收机，测试不同围岩掌子面的地质结构回波图谱数据，根据挖掘工程进度的地质数据，实现图谱的地质解释；利用非线性混沌系统对噪声的免疫和对参数的敏感特征，接收机设计成基于非线性模拟系统的低噪声高灵敏度系统，实现微弱地质信号的

25、可靠接收，对工程物探信号超前预报参数检测技术进行研究（2）采用基于非线性降噪技术的地质雷达系统，对地质回波频谱进行分析。调整基于非线性降噪技术的地质雷达系统的载波频率和发射功率，分别对点阵和圆形阵接收天线的数据进行工程采样，数据分析，针对掌子面前方的地质构造、围岩性状、结构面发育特征，特别是溶洞、断层、各类破碎带以及岩体含水情况，形成不同的地质结构频谱数据。调整载波频率，测试超前预报的距离有效性；调整发射功率能够提高预报距离，提高预报精度和改善分辨率。（3）基于阵列信号处理系统的物探三维辨识技术研究。频谱数字处理可将地质信号曲线中的周期性成分分解出来。沉积速率变化会造成频谱能量团的错断延伸地质

26、，但噪音会影响频谱解释, 当噪音足够大时,频谱解释将发生困难。基于阵列信号非线性混沌处理系统的地质超前预报系统是利用微波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞前方及周围邻近区域地质状况的。在掌子面前方侧墙上一定范围内布置阵列结构发射和接收天线，依次进行阵发式微波发射和阵列接收，产生的微波信号在隧洞周围岩体内传播，当岩体强度（波阻抗）发生变化是，如遇到断层、地下水或岩层变化时，信号的一部分被反射回来。界面两侧岩体的波阻抗差别越大，反射回来的信号也越强。返回的信号被经过特殊设计的接收器接收转化为电信号。根据信号返回的时间和方向，通过专用数据处理就可以得到反射界面的位置及方位。（4）采用非线性降

27、噪技术的地质雷达系统对多参数的层位自动追踪勘测技术。多参数的方法对层位进行自动追踪识别，能够避免了人为解释的弊端，提高了层位追踪的准确度和层位追踪的精度。首先对被追踪地质雷达数据的实域段进行多维分析，提取不同分析域中的特征向量，再对特征向量与确定层位的特征向量进行相关分析，求取它们的相关系数，最后对这些相关系数进行模糊求均值计算，此时得到要计算实域段数据的综合相关系数，对此综合相关系数保存。接着对下一个被追踪雷达数据的实域段进行相同的计算，至到计算到所设计的实域段。通过对比不同实域段的综合相关系数，求得最大综合相关系数的实域段，该实域段即为被追踪出的层位。（5）特定地质结构的图谱分析技术研究地

28、面雷达发射天线发射的电磁波是向测线前方传播的半球面波，接收天线接收的信号是来自测线前方的所有界面反射信号。在隧洞地质超前预报时，在隧道左右侧墙，掌子面及地板各布置1条侧线，探测各侧、前方及下方是否含有不良地质体（如节里、裂隙、断层等），若发现有不良质体，则再在侧墙及掌子面的另一高程处布置测线，这样就能准确确定不良地质体的真实产况。地面雷达采用点采样，测点间隔20cm。地面达信号专用雷达软件滤波、增益恢复等一系列处理后，得到雷达图像。技术关键和创新点：（1）结合地质工程施工过程中超前预报的实际问题，利用先进的信号处理理论和方法，大幅度提高物探工程信号检测的精度和灵敏度，达到对噪声有效抑制和信号频

29、谱特征与地质结构信息的关联辨识。（2）克服传统物探超前预测信号采集与处理方法所引入的环境背景噪声和系统杂散噪声处理能力不足的问题，利用非线性系统对噪声免疫力强和对微弱信号参数敏感的特征，采用非线性混沌系统研究解决了混沌方法弱信号检测应用的关键问题。（2）提出了多种利用非线性混沌系统对地质工程超前预测的弱信号检测的基本实现方法及工程应用方案，结合工程实际，开发相应的仪器和产品并进行工程应用的测试，填补国内技术空白。（3）利用三维系统实现多参数联合估计，这种方法可继续应用于超前预测的三维阵列信号处理中，对多方向回波信号同时检测和处理，完成地质雷达图谱，减少工程应用的测量次数，节约预测成本。（4）将

30、非线性混沌微弱信号检测技术实现地质工程应用，成熟的信号参数估计方法和信号检测手段应用于工程实践将会大幅度提高工程施工水平，带来可观的经济效益和社会效益。（5）利用隧道地质超前预报技术和混沌信号检测理论相结合，对接收端传感器阵列信号处理、识别，完成工程地质和水文地质的超前预报和灾害防治，研究物探超前预测的工艺规程和方法。研究进度：第一步 多维回波检测与定位技术研究。基于DOA估计的地质构造异常预报系统的工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面，构造破碎带，岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围

31、岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大，数字采集和处理，实现拾取掌子面前方岩体中的反射波信息，达到预报的目的。周期信号在地质领域相当普遍, 如沉积旋回、海平面变化旋回等, 这种周期性表现为某些地质信号如地层的泥质含量、钙镁比等指标的变化趋势重复出现。一个实际的地质信号一般由若干个不同圆频率周期的地质信号叠加构成, 而且受到复杂地质作用如剥蚀、成岩等的干扰视为噪音。基于这种认识, 我们可以对实际地质信号采用频谱数字处理方法加以深入研究，把实际地质信号分解成背景成分及若干个圆频率周期地质信号, 并识别出其中的噪音成分。探测过程中在隧道上方和下前方会形成波反射，是因为岩体中存在的岩性变化

32、带和构造破碎带，其介质的密度和其传播弹性波的速度乘积，与正常岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积具有明显的差别，如玻璃的背后附有水银会反光一样。岩体介质的密度和传播弹性波的速度乘积物理学中称为“波阻抗”，岩体中界面两侧介质“波阻抗”的差异越大，其界面上反射地震波的能力越强，反之亦反。界面与隧道轴线交角不同，仪器屏幕上采集显示的反射波同相轴形态会表现出不同，参见图3和图图2界面与隧道轴平行条件下的反射同相轴形态图3界面与隧道轴交角20度条件下的反射同相轴形态第二步、基于DOA估计的地质构造异常预报系统的地质回波频谱进行分析地质时间序列由于受各种因素的影响, 其变化受各种影响因素的控制。要完全揭示或量化其内在变化的机理, 目前尚有困难。确定性数学方法, 如解析法、模拟法、有限元法等的使用, 在许多方面已取得一定的成果。但由于确定性数学法建立在众多的假设前提下, 使其应用效果受到了很大影响。大量的事实和实践证明, 人们不能精确地描述地质现象的发生和内在机理。因此目前较多的是从时间序列本身的研究出发, 采用随机的数学方法, 对其