本文以岩石(体)的物理性质及弹性性质为基础,利用交错网格有限差分数值模拟和时距曲线分析的方法,模拟隧道超前探测过程中弹性波波场的分布,总结界面反射纵波和反射横波能量分配的规律,分析和认识反射波法超前探测观测系统中不同界面反射波的特征,以指导最小偏移距的设计、数据处理与地质解译,为提高超前探测的准确性提出新的研究思路。开发具有自主知识产权的TSD(Tunnel Seismic Detecting System)隧道地震波法超前探测系统。数据处理采用高精度线性Radon变换进行波场分离,首次利用多边形滤波窗口的形式,扩大有效波的提取范围,以提取掌子面前方缓倾角界面的反射波信息。采用菲涅尔带偏移孔径约束的矢量Kirchhoff深度偏移技术计算界面的空间位置,结合纵、横波速度参数以及岩石(体)动力学参数,从不同角度,多层次进行隧道超前预报,提高预报准确性。利用弹性波场正演模拟和时距曲线特征分析的方法,对反射波法超前探测过程中弹性波场的分布特征进行了系统研究,提高了对反射波超前探测方法的认识,对于提高数据质量、数据处理水平以及地质解译能力具有一定的理论意义和参考、应用价值。