矿井地质构造预测中趋势面分析法的运用

时间：2022-11-18 05:39:30 数学毕业论文我要投稿

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矿井地质构造预测中趋势面分析法的运用

　　矿井地质构造预测的研究主要是地震勘探技术和综合物探技术，相应的地质建模工作也发挥的越来越多的作用，以下是小编搜集的一篇关于矿井地质构造预测中趋势面分析法探究的论文范文，供大家阅读查看。

　　进入21世纪以来，我国煤炭开采进入一个飞速发展的时代，煤炭地质工作由之前的资源勘查阶段逐步跨入到矿井开发阶段，查清矿井的地质构造是矿井安全生产的重要前提，所以矿井地质的查明显得尤为重要，当前，矿井地质成为了煤田地质的研究热点，与以上的因素是分不开的。随着数学地质等学科的运用，矿井地质构造的规律越来越向定量分析方向发展[1-5].

　　矿井地质构造预测的研究主要是地震勘探技术和综合物探技术，相应的地质建模工作也发挥的越来越多的作用，像Gocad三维地质建模，FLC_3D,矿井构造评价系统等软件的应用，为地质构造的查明与预测，提供了精确的依据[6-8].

　　1、井田地质概况

　　古书院矿位于晋城市北1km处，行政区划大部属晋城市城区管辖，北端小部分在泽州巴公镇境内。其地理坐标为东经112°48′34″-112°52′56″，北纬35°30′33″-35°34′15″。该井田西受白马寺断层控制，北与凤凰山、王台铺井田相接，西南为北岩井田，东西长7km,南北宽5km,面积24.417km2.(采矿证上为25.418km2,其中含划归七岭煤矿面积1.001km2)。古书院井田位于沁水煤田东南部，晋城矿区东部，井田内基岩主要分布于井田北部、西北部山梁及中南部沟谷零星地段，新生界覆盖层主要分布在井田中南部、东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。从地质力学角度分析，位于太行隆起与秦岭纬向构造带的复合部位。这些不同时期、不同方向应力的叠加作用，形成了现存的构造形迹。

　　井田西部边界为白马寺逆断层，南部因秦岭纬向构造的阻挡，而呈现以东西向为主的构造形式。新华夏构造控制控制着古书院井田内地层，地层走向与构造基本一致，倾向NWW,倾角3-11°，靠近构造线附近地层倾角最大大于30°，甚至达70°。白马寺逆断层控制着西部的几个连续的EW向的向，背斜。井田东部主要为轴褶曲，在矿井生产中发现有许多断裂、冲刷，陷落柱等小型构造。

　　2、趋势面分析

　　本次工作中选取研究区的是15号煤煤层底板标高和煤层厚度作为地质变量，因为通过钻孔资料可知15号煤层的煤层厚并且全区可采，所以具有代表性。通过分析煤层底板标高的趋势面，研究讨论含煤岩系形成以后的地质构造发育特征;通过煤层厚度趋势面分析，研究含煤建造形成时的构造条件(即同沉积构造)及煤层空间形态和煤层厚度变化，为后期的开采提供地质资料。将钻孔数据坐标(x,y)，计作为自变量，因变量用z(煤层底板标高)来表示。趋势面分析的基本数据由每个见煤钻孔的3个数据xyz表示，然后建立二维多项式趋势面数学模型。依次进行l-4次趋势面分析[9-11].

　　图l是15号煤底板等值线图(克里格插值后)，其大致呈现了古书院矿的构造格局。从15号煤底板高程一次趋势面图(图2)中，可反映15号煤层形态为单斜构造，其走向为矿井的北西或南东，倾向为矿井的西北向，与15号煤底板等值线图有所差异，说明一次趋势面拟合度低，不能完全反应15号煤层形态。从15号煤底板高程二次趋势面图(图3)中，可反映15号煤层形态为矿井北部为向西北倾斜的单斜构造，西北部为向北西倾斜的单斜构造，西南部为向南西倾斜的单斜构造，东部为向北东和北西倾斜的单斜构造，15号煤底板高程二次趋势面图(图3)的煤层形态与15号煤底板标高等值线图的煤层形态相吻合，经过分析对比，底板高程二次趋势面图(图3)是反映15号煤层总体形态的最佳图件。泥炭沼泽基底不平和同沉积构造(同沉积构造是指在含煤岩系沉积过程中，伴随缓慢的地壳运动，形成的背斜、向斜和断裂)都会影响煤层厚度和形体的变化，所以我们根据矿井煤层厚度变化反推矿井同沉积构造和古构造。煤层厚度的趋势面图是反映区域煤层厚度变化的最佳图件，通过15号煤层厚度的多次趋势面分析来研究含煤建造形成时的构造条件。从15号煤厚度一次趋势面图(图4)中，可反映出从东南到西北一线煤层的厚度是均匀增厚的，说明15号煤的形成基底从南东到北西是逐渐抬升的。其他二次、三次、四次和一次相同，矿井15号煤的沉积基底可推断为东低西高和南低北高的形态。

　　3、偏差分析

　　趋势面是拟合地质变量的区域性变化，从而发现区域变化规律，而偏差分析则是去掉地质变量中的区域性分量，从而也就能更清晰地发现局部异常。而异常现象对地质构造的解释具有更为重要的意义，尤其是对断层的解释。

　　为此，在作趋势面分析的同时，也作出了各次的偏差分析。图中用红线标出的是偏差的零值线，是推断构造的主要依据，由于底板高程2次趋势面图(图3)与煤层的总体形态基本吻合，最能够反映煤层产状的总体变化，因此底板高程2次偏差图(图6)最能够反应井田的地质构造细节，还不会因为次数高而计算复杂，造成趋势面过多曲折影响构造分析，根据分析图件，底板高程2次偏差图(图6)可作为构造推断预测的主要图件。

　　因为底板高程1次偏差图(图5)也能反映出主体构造，所以将1、2次偏差图结合进行地质构造的预测，并参考其它各次趋势图和偏差图，并且绘制15号煤底板标高构造解译成果图(图8)。

　　从15号煤底板高程一次偏差图(图5)中可以看出，在古补91、古补96、古补99、古补81和古补98五孔连线的西侧，有一条异常带，其位置为矿区的边界，上述断层位置与解析成果图(图8)中白马寺逆掩断层位置相符(并且有上述钻孔验证)，可推断为白马寺逆掩断层，根据异常条带两侧的异常值推测断距最大约为20m.

　　另外15号煤底板高程二次偏差图(图6)中在古补73、古补79和102三孔连线的东侧，有一条不太明显的异常带，其大致向矿井的南北延伸，规摸不是很大，同过和煤层底板高程五次偏差图(图7)比对，确定了位置古补79钻孔附近，与解析成果图(图8)F59断层位置一样，可推断为F59断层，根据异常条带两侧的异常值推测最大断距大约10m.

　　在15号煤底板高程二次偏差图(图6)中，矿井东北部有一条异常带，位置大约在补13、补70和钻孔132附近，大致走向为东北或西南，与F31断层和F32断层相符，两条断层规模不大，均为正断层，组成中等规模地堑构造，根据异常带两侧异常值可推测两条断层落差均在5米左右。

　　在15号煤底板高程二次偏差图(图6)中，矿井南部有一条异常带，其位置在钻孔102、补66和古补86附近，其大致走向约为西东方向，倾向为东北方向，根据异常带两侧异常值可推测两条断层落差较小，在5m以下。在15号煤底板高程二次偏差图(图6)中，补63、125和补13北部有一条异常带，大致走向为东西方向，可能是因为断层造成的异常，在其正东方有F31断层/F32断层，可推测为其断层的延伸。从15号煤层底板高程二次偏差及构造解析成果图(图8)中可以看出，在F1、F2、F3断层处出现异常带，并且在矿井中西部发现一条新断层。

　　4、结论

　　通过对15号煤底板标高趋势面图及偏差图和15号煤层厚度趋势面图及偏差图分析可以得出以下结论：

　　(1)通过15号煤底板趋势面分析，得出矿井煤层的总体形态为矿井北部为向西北-北倾斜的单斜构造，西南部为向东北倾斜的单斜构造，东部为向西倾斜的单斜构造。

　　(2)通过15号煤层厚度趋势面分析，得出矿井15号煤层的沉积基底为东高西低和南高北低的形态，说明矿井15号煤沉积基底受到太行隆起区的影响。

　　(3)通过15号煤底板偏差图分析，得出了矿井的局部变化，矿井有六条断层，五条断层位置与解析成果图(图8)的断层位置相同，即：白马寺断层、F59、F10、F32和F31断层，在三次偏差图中，矿井的西南角有一条异常带，大致走向为东西走向，可能是断层造成异常，可推断为断层，具体推断为断层的延伸。

　　(4)通过15号煤层厚度偏差图分析，得出15号煤层的沉积基底局部不平。

　　(5)建议进一步进行物探等技术手段探明矿井地质构造，为安全生产提供保障。

　　参考文献：

　　[1] 王桂梁，徐凤银。矿井构造预测[M].北京：煤炭工业出版社，1993.144-185.

　　[2] 赵明鹏。定量预测矿井断裂构造的构造力学解析法[J].煤炭学报，1996,21(10)：6-11.

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