本课题来自实验室的国家自然科学基金项目——“基于连续震源的煤层反射式槽波精细探测理论研究”,研究的目的在于探讨地震波在含非均匀介质隧道地层中的传播特性,为实际隧道超前探水提供基本理论支持。主要研究内容如下:(1)从理论上分析了地震波在隧道地层中的传播规律,包括地震波在均匀介质中的衰减、速度等相关理论和遇到不同介质分界面时的反射和透射现象,而且分析了地震波的波动方程以及其有限元形式,为分析地震波在含非均匀介质隧道地层的传播特性提供理论基础。(2)对地震波数值模拟中常用震源进行了说明,选择了可模拟炸药震源的雷克子波作为震源激励。对于数值模拟中人工边界对模拟结果的影响,分析了不同吸收边界的吸收效果,选择了低反射边界作为吸收边界。(3)在Comsol Multiphysics中建立了二维均匀隧道地层的等效介质模型、含孔隙-水体介质的模型以及含断层破碎带的模型,从部分测点处的信号对比、地震波合成记录等方面来分别研究地震波在这三个模型中的传播特点。分别在含孔隙-水体介质隧道地层模型和含断层破碎带隧道地层模型选取几个特殊位置处的测点,与均匀介质隧道地层模型同一位置处的振动情况进行地震波波形及频谱对比分析,对于含孔隙-水体介质模型来说,分析表明地震波在遇到含孔隙-水体介质分界面后产生反射波,富水区对地震波有一定的吸收作用,地震波在穿越孔隙-水体介质后,频率会发生显著变化,由于孔隙-水体介质的存在,信号频率成分更为复杂。对于含断层破碎带模型来说,地震波在传播至断层破碎带后会产生反射波,透射波衰减不明显,由于断层破碎带的存在,会使信号频率向高频移动。(4)研究了希尔伯特黄变换的原理,在Matlab中应用希尔伯特黄变换的时频分析方法,对合成信号进行希尔伯特黄变换,以此来验证该变换的有效性与正确性,分别对含孔隙-水体介质模型和含断层破碎带模型中几个特殊位置处的信号进行希尔伯特黄变换,表明希尔伯特黄变换能够很好地反映出地震波信号的局部特性,并且能够区分出信号初始频率与反射波频率。与均匀介质模型中同一个位置处的希尔伯特时频谱与边际谱作对比,进一步分析了地震波在含孔隙-水体介质模型和含断层破碎带模型中的传播特性。