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礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測中趨勢面分析法的運(yùn)用
礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測的研究主要是地震勘探技術(shù)和綜合物探技術(shù)，相應(yīng)的地質(zhì)建模工作也發(fā)揮的越來越多的作用，以下是小編搜集的一篇關(guān)于礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測中趨勢面分析法探究的論文范文，供大家閱讀查看。
進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國煤炭開采進(jìn)入一個飛速發(fā)展的時代，煤炭地質(zhì)工作由之前的資源勘查階段逐步跨入到礦井開發(fā)階段，查清礦井的地質(zhì)構(gòu)造是礦井安全生產(chǎn)的重要前提，所以礦井地質(zhì)的查明顯得尤為重要，當(dāng)前，礦井地質(zhì)成為了煤田地質(zhì)的研究熱點(diǎn)，與以上的因素是分不開的。隨著數(shù)學(xué)地質(zhì)等學(xué)科的運(yùn)用，礦井地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)律越來越向定量分析方向發(fā)展[1-5].
礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測的研究主要是地震勘探技術(shù)和綜合物探技術(shù)，相應(yīng)的地質(zhì)建模工作也發(fā)揮的越來越多的作用，像Gocad三維地質(zhì)建模，F(xiàn)LC_3D,礦井構(gòu)造評價系統(tǒng)等軟件的應(yīng)用，為地質(zhì)構(gòu)造的查明與預(yù)測，提供了精確的依據(jù)[6-8].
1、井田地質(zhì)概況
古書院礦位于晉城市北1km處，行政區(qū)劃大部屬晉城市城區(qū)管轄，北端小部分在澤州巴公鎮(zhèn)境內(nèi)。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°48′34″-112°52′56″，北緯35°30′33″-35°34′15″。該井田西受白馬寺斷層控制，北與鳳凰山、王臺鋪井田相接，西南為北巖井田，東西長7km,南北寬5km,面積24.417km2.(采礦證上為25.418km2,其中含劃歸七嶺煤礦面積1.001km2)。古書院井田位于沁水煤田東南部，晉城礦區(qū)東部，井田內(nèi)基巖主要分布于井田北部、西北部山梁及中南部溝谷零星地段，新生界覆蓋層主要分布在井田中南部、東部的丘陵、低洼地帶及溝谷兩側(cè)。從地質(zhì)力學(xué)角度分析，位于太行隆起與秦嶺緯向構(gòu)造帶的復(fù)合部位。這些不同時期、不同方向應(yīng)力的疊加作用，形成了現(xiàn)存的構(gòu)造形跡。
井田西部邊界為白馬寺逆斷層，南部因秦嶺緯向構(gòu)造的阻擋，而呈現(xiàn)以東西向為主的構(gòu)造形式。新華夏構(gòu)造控制控制著古書院井田內(nèi)地層，地層走向與構(gòu)造基本一致，傾向NWW,傾角3-11°，靠近構(gòu)造線附近地層傾角最大大于30°，甚至達(dá)70°。白馬寺逆斷層控制著西部的幾個連續(xù)的EW向的向，背斜。井田東部主要為軸褶曲，在礦井生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)有許多斷裂、沖刷，陷落柱等小型構(gòu)造。
2、趨勢面分析
本次工作中選取研究區(qū)的是15號煤煤層底板標(biāo)高和煤層厚度作為地質(zhì)變量，因為通過鉆孔資料可知15號煤層的煤層厚并且全區(qū)可采，所以具有代表性。通過分析煤層底板標(biāo)高的趨勢面，研究討論含煤巖系形成以后的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征;通過煤層厚度趨勢面分析，研究含煤建造形成時的構(gòu)造條件(即同沉積構(gòu)造)及煤層空間形態(tài)和煤層厚度變化，為后期的開采提供地質(zhì)資料。將鉆孔數(shù)據(jù)坐標(biāo)(x,y)，計作為自變量，因變量用z(煤層底板標(biāo)高)來表示。趨勢面分析的基本數(shù)據(jù)由每個見煤鉆孔的3個數(shù)據(jù)xyz表示，然后建立二維多項式趨勢面數(shù)學(xué)模型。依次進(jìn)行l(wèi)-4次趨勢面分析[9-11].
圖l是15號煤底板等值線圖(克里格插值后)，其大致呈現(xiàn)了古書院礦的構(gòu)造格局。從15號煤底板高程一次趨勢面圖(圖2)中，可反映15號煤層形態(tài)為單斜構(gòu)造，其走向為礦井的北西或南東，傾向為礦井的西北向，與15號煤底板等值線圖有所差異，說明一次趨勢面擬合度低，不能完全反應(yīng)15號煤層形態(tài)。從15號煤底板高程二次趨勢面圖(圖3)中，可反映15號煤層形態(tài)為礦井北部為向西北傾斜的單斜構(gòu)造，西北部為向北西傾斜的單斜構(gòu)造，西南部為向南西傾斜的單斜構(gòu)造，東部為向北東和北西傾斜的單斜構(gòu)造，15號煤底板高程二次趨勢面圖(圖3)的煤層形態(tài)與15號煤底板標(biāo)高等值線圖的煤層形態(tài)相吻合，經(jīng)過分析對比，底板高程二次趨勢面圖(圖3)是反映15號煤層總體形態(tài)的最佳圖件。泥炭沼澤基底不平和同沉積構(gòu)造(同沉積構(gòu)造是指在含煤巖系沉積過程中，伴隨緩慢的地殼運(yùn)動，形成的背斜、向斜和斷裂)都會影響煤層厚度和形體的變化，所以我們根據(jù)礦井煤層厚度變化反推礦井同沉積構(gòu)造和古構(gòu)造。煤層厚度的趨勢面圖是反映區(qū)域煤層厚度變化的最佳圖件，通過15號煤層厚度的多次趨勢面分析來研究含煤建造形成時的構(gòu)造條件。從15號煤厚度一次趨勢面圖(圖4)中，可反映出從東南到西北一線煤層的厚度是均勻增厚的，說明15號煤的形成基底從南東到北西是逐漸抬升的。其他二次、三次、四次和一次相同，礦井15號煤的沉積基底可推斷為東低西高和南低北高的形態(tài)。
3、偏差分析
趨勢面是擬合地質(zhì)變量的區(qū)域性變化，從而發(fā)現(xiàn)區(qū)域變化規(guī)律，而偏差分析則是去掉地質(zhì)變量中的區(qū)域性分量，從而也就能更清晰地發(fā)現(xiàn)局部異常。而異常現(xiàn)象對地質(zhì)構(gòu)造的解釋具有更為重要的意義，尤其是對斷層的解釋。
為此，在作趨勢面分析的同時，也作出了各次的偏差分析。圖中用紅線標(biāo)出的是偏差的零值線，是推斷構(gòu)造的主要依據(jù)，由于底板高程2次趨勢面圖(圖3)與煤層的總體形態(tài)基本吻合，最能夠反映煤層產(chǎn)狀的總體變化，因此底板高程2次偏差圖(圖6)最能夠反應(yīng)井田的地質(zhì)構(gòu)造細(xì)節(jié)，還不會因為次數(shù)高而計算復(fù)雜，造成趨勢面過多曲折影響構(gòu)造分析，根據(jù)分析圖件，底板高程2次偏差圖(圖6)可作為構(gòu)造推斷預(yù)測的主要圖件。
因為底板高程1次偏差圖(圖5)也能反映出主體構(gòu)造，所以將1、2次偏差圖結(jié)合進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測，并參考其它各次趨勢圖和偏差圖，并且繪制15號煤底板標(biāo)高構(gòu)造解譯成果圖(圖8)。
從15號煤底板高程一次偏差圖(圖5)中可以看出，在古補(bǔ)91、古補(bǔ)96、古補(bǔ)99、古補(bǔ)81和古補(bǔ)98五孔連線的西側(cè)，有一條異常帶，其位置為礦區(qū)的邊界，上述斷層位置與解析成果圖(圖8)中白馬寺逆掩斷層位置相符(并且有上述鉆孔驗證)，可推斷為白馬寺逆掩斷層，根據(jù)異常條帶兩側(cè)的異常值推測斷距最大約為20m.
另外15號煤底板高程二次偏差圖(圖6)中在古補(bǔ)73、古補(bǔ)79和102三孔連線的東側(cè)，有一條不太明顯的異常帶，其大致向礦井的南北延伸，規(guī)摸不是很大，同過和煤層底板高程五次偏差圖(圖7)比對，確定了位置古補(bǔ)79鉆孔附近，與解析成果圖(圖8)F59斷層位置一樣，可推斷為F59斷層，根據(jù)異常條帶兩側(cè)的異常值推測最大斷距大約10m.
在15號煤底板高程二次偏差圖(圖6)中，礦井東北部有一條異常帶，位置大約在補(bǔ)13、補(bǔ)70和鉆孔132附近，大致走向為東北或西南，與F31斷層和F32斷層相符，兩條斷層規(guī)模不大，均為正斷層，組成中等規(guī)模地塹構(gòu)造，根據(jù)異常帶兩側(cè)異常值可推測兩條斷層落差均在5米左右。
在15號煤底板高程二次偏差圖(圖6)中，礦井南部有一條異常帶，其位置在鉆孔102、補(bǔ)66和古補(bǔ)86附近，其大致走向約為西東方向，傾向為東北方向，根據(jù)異常帶兩側(cè)異常值可推測兩條斷層落差較小，在5m以下。在15號煤底板高程二次偏差圖(圖6)中，補(bǔ)63、125和補(bǔ)13北部有一條異常帶，大致走向為東西方向，可能是因為斷層造成的異常，在其正東方有F31斷層/F32斷層，可推測為其斷層的延伸。從15號煤層底板高程二次偏差及構(gòu)造解析成果圖(圖8)中可以看出，在F1、F2、F3斷層處出現(xiàn)異常帶，并且在礦井中西部發(fā)現(xiàn)一條新斷層。
4、結(jié)論
通過對15號煤底板標(biāo)高趨勢面圖及偏差圖和15號煤層厚度趨勢面圖及偏差圖分析可以得出以下結(jié)論：
(1)通過15號煤底板趨勢面分析，得出礦井煤層的總體形態(tài)為礦井北部為向西北-北傾斜的單斜構(gòu)造，西南部為向東北傾斜的單斜構(gòu)造，東部為向西傾斜的單斜構(gòu)造。
(2)通過15號煤層厚度趨勢面分析，得出礦井15號煤層的沉積基底為東高西低和南高北低的形態(tài)，說明礦井15號煤沉積基底受到太行隆起區(qū)的影響。
(3)通過15號煤底板偏差圖分析，得出了礦井的局部變化，礦井有六條斷層，五條斷層位置與解析成果圖(圖8)的斷層位置相同，即：白馬寺斷層、F59、F10、F32和F31斷層，在三次偏差圖中，礦井的西南角有一條異常帶，大致走向為東西走向，可能是斷層造成異常，可推斷為斷層，具體推斷為斷層的延伸。
(4)通過15號煤層厚度偏差圖分析，得出15號煤層的沉積基底局部不平。
(5)建議進(jìn)一步進(jìn)行物探等技術(shù)手段探明礦井地質(zhì)構(gòu)造，為安全生產(chǎn)提供保障。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王桂梁，徐鳳銀。礦井構(gòu)造預(yù)測[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993.144-185.
[2] 趙明鵬。定量預(yù)測礦井?dāng)嗔褬?gòu)造的構(gòu)造力學(xué)解析法[J].煤炭學(xué)報，1996,21(10)：6-11.
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