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超前地质预报是口前保障地下施工安全最为现实有效的技术手段,在大多数地下项口中将其列为必要的技术环节。瑞雷波勘探技术是地球物理勘探中的一种,因其具有快速经济、检测配备简易、信噪比及分辨率高等诸多优点,所以常被用为地下工程超前预报中。本文在分析国内外瑞雷波勘探研究现状及其在使用过程中存在的主要问题的基础上,以瑞雷波勘探基本原理为理论基础,开展地质异常体瑞雷波正演、频散曲线提取与信号提纯等的研究。主要工作及成果包括:(1)为了研究地质异常状态下不同地质参数对瑞雷波频散曲线的影响,本小节根据不同地质异常体(破碎带、含空洞地层)设定有关参数,并对其进行了瑞雷波正演模拟研究,得出相应频散曲线,分析比较不同的地质异常体参数的瑞雷波频散曲线的不同表现,以归纳总结各条件下的瑞雷波频散曲线的“之”字形的规律。研究表明:瑞雷波频散曲线“之”字形的产生与地质异常体的存在有关,且地质异常体的规模大小、存在位置和性质决定了其频散曲线的表现形式,且频散曲线“之”字形的起跳位置基本反映了地质异常的位置。第一,断层破碎带的规模越小、埋深越深、低速带越不突显,则瑞雷波频散曲线中的“之”字形变形跨度越小;反之,则越大。第二,空洞地层的瑞雷波的频散曲线是不连续、分段的曲线。空洞埋深越深其频散曲线的第一条分断线的横坐标就越大。(2)借助福建某矿井物探技术研究实验基地的现有条件,开展水仓前方掌子面瑞雷波超前实验研究,分别研究在无水状态、有水状态时瑞雷波频散曲线相应的变化情况和规律。研究表明:频散曲线的“之”字形可反映出掌子面前方地质岩性变化及构造发育情况。瑞雷波探测空水仓时,探测得到的频散曲线为不连续曲线,呈现多段式分布。富含水的地质带通常表现出地震波速度降低;瑞雷波探测可探测富含水的地质异常情况,异常位置与实际情况存在误差。(3)本文基于广义S变换讨论瑞雷波频散特性,通过可行性分析、影响因素讨论和算法改进等几个方面分析研究,得出:相比STFT和WVD而言,采用GST求取的频散曲线对地层浅层的判断较为准确,且曲线更加光滑稳定。采用极值点拟合曲线斜率估算瑞雷波任一频率所对应速度的方法,分析特定的地质模型下瑞雷波信号,再将结果和理论频散曲线对比分析,该法获取的频散曲线还为多阶模曲线,而且频散曲线比基于单道GST法的更为稳定、光滑。根据广义S变换的特点,提出了一种基于广义S变换多重滤波法对瑞雷波信号去噪提纯的新思路。通过仿真实验、理论计算与实例应用分析结果表明,信号通过GSTTF-MT处理是提纯瑞雷波信号的一种行之有效、可靠、稳定的方法,且该法计算简单。