模糊數(shù)學(xué)方法在礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

王建龍

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

資源的開發(fā)與利用是保障社會(huì)平穩(wěn)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)資源的需求量也逐步增加，導(dǎo)致礦山地表資源逐漸枯竭并逐漸以礦井開發(fā)為主。在礦井安全生產(chǎn)中，對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造加以明確，是重要的基礎(chǔ)保障，因而查明礦井地質(zhì)具有重要的意義。目前，礦井地質(zhì)是地質(zhì)研究中的一個(gè)重要內(nèi)容，隨著數(shù)學(xué)地質(zhì)等學(xué)科的應(yīng)用，正在逐漸實(shí)現(xiàn)定量分析礦井地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律。在研究礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)方面，主要采用綜合物探、地震勘探技術(shù)等，在地質(zhì)建模工作中，也得到了廣泛的引用。例如礦井構(gòu)造貧家系統(tǒng)、FLC-3D、Gocad三維地質(zhì)建模等。在探查預(yù)測(cè)地質(zhì)構(gòu)造中發(fā)揮了重要作用。

1 井田地質(zhì)概況

所選案例為古書院礦，位置在市區(qū)北部1km，井田西側(cè)控制為白馬寺斷層，北部連接鳳凰山、王臺(tái)鋪井田，西南是北巖井田，東西長(zhǎng)度在7km，南北寬度在5km，面積約為24.417km2。井田位置在沁水井田東南方向，晉城礦區(qū)東部位置。在井田當(dāng)中，基巖分布情況主要在中南部溝谷零星地段，西北和北部山梁地段等。在溝谷兩側(cè)、低洼地帶、東部丘陵、中南部等位置主要分布新生界覆蓋層。根據(jù)地質(zhì)力學(xué)分析，在太行隆起、秦嶺緯向構(gòu)造帶符合位置。由于不同方向和不同時(shí)期應(yīng)力疊加作用，導(dǎo)致但當(dāng)前構(gòu)造形跡生成。白馬寺逆斷層為井田西部邊界，秦嶺緯向構(gòu)造對(duì)南部造成阻擋，因而構(gòu)造形式為主要是東西向[1]。井田內(nèi)地層受到新華夏構(gòu)造控制，地層走向和構(gòu)造基本一致，向NWW傾向，具有3°～11°的傾角，與構(gòu)造線附近地層靠近位置，最大傾角在30°以上，最大可達(dá)70°。西部連續(xù)EW向背斜均受到白馬寺逆斷層控制。東部位置以褶皺曲為主，礦井生產(chǎn)中，有較多陷落柱、沖刷、斷裂等小型構(gòu)造存在。

2 趨勢(shì)面分析

選擇15號(hào)礦層進(jìn)行研究，地質(zhì)變量選擇礦層厚度、礦層底板標(biāo)高。通過鉆孔資料獲取了礦層厚度，全區(qū)可采，因而具有代表性。對(duì)礦層底板標(biāo)高趨勢(shì)面分析，對(duì)含礦巖系形成后地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征加以探討。對(duì)礦層厚度趨勢(shì)面分析，對(duì)含礦建造形成構(gòu)造條件，礦層厚度變化、礦層空間形態(tài)變化等加以研究，進(jìn)而在后續(xù)開采中，提供地質(zhì)資料參考。設(shè)鉆孔數(shù)據(jù)左邊（x，y）為自變量，將礦層底板標(biāo)高z作為因變量。用見礦鉆孔的數(shù)據(jù)xyz表示趨勢(shì)面分析基本數(shù)據(jù)，對(duì)二維多項(xiàng)式趨勢(shì)面數(shù)學(xué)模型加以建立。根據(jù)礦層底板高程一次趨勢(shì)面，能夠發(fā)現(xiàn)是單斜構(gòu)造礦層形態(tài)，以礦井南東或北西為走向，以礦井西北為傾向。其與礦層底板等值線不同，因而一次趨勢(shì)面擬合度低，對(duì)礦層形態(tài)無法完全體現(xiàn)。

在礦層底板高程二次趨勢(shì)面中，礦層具有礦井北部西北傾斜單斜構(gòu)造煤層形態(tài)，西北方單斜構(gòu)造向北西傾斜，西南方單斜構(gòu)造向南西傾斜，東方單斜構(gòu)造向北西、北東傾斜[2]。二次趨勢(shì)面能較好的溫和礦層底板標(biāo)高等值線，能夠?qū)ΦV層總體形態(tài)進(jìn)行較好的體現(xiàn)。同沉積構(gòu)造、泥潭沼澤基底不平等，對(duì)于礦層形體、厚度變化都有影響。因此，以礦層厚度變化為準(zhǔn)，對(duì)礦井同沉積構(gòu)造、古構(gòu)造等進(jìn)行反推。礦層厚度趨勢(shì)面，能夠?qū)ΦV層厚度變化情況進(jìn)行良好的體現(xiàn)。

根據(jù)礦層厚度多次趨勢(shì)面，對(duì)含礦建造形成的構(gòu)造條件進(jìn)行研究，能去的理想的效果。在礦層厚度一次趨勢(shì)面中，能夠?qū)ΦV層從東南到西北一線具有均勻增厚的厚度的情況加以體現(xiàn)，由此可知，礦層形成基底，是從南東到北西逐漸抬升。而二次、三次、四次的結(jié)果均和一次相同，可判斷礦層沉積基底形態(tài)為西北高、東南低。

3 偏差分析

地質(zhì)變量區(qū)域性變化可通過趨勢(shì)面擬合，對(duì)區(qū)域變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)。偏差分析將地質(zhì)變量中區(qū)域性分量去除，進(jìn)而對(duì)局部異常更明確的發(fā)現(xiàn)。對(duì)地質(zhì)構(gòu)造異?，F(xiàn)象能發(fā)揮更好的解釋作用，特別是針對(duì)斷層的解釋。

所以，在趨勢(shì)面分析同時(shí)，進(jìn)行各次偏差分析。以偏差零值線為主要的判斷構(gòu)造依據(jù)，地板高層二次趨勢(shì)面，能夠溫和礦層總體形態(tài)，對(duì)礦層產(chǎn)狀總體變化更能體現(xiàn)，因而利用底板高程二次偏差，對(duì)井田地質(zhì)構(gòu)造細(xì)節(jié)加以體現(xiàn)。同時(shí)可避免高次數(shù)的復(fù)雜計(jì)算，趨勢(shì)面曲折過多對(duì)構(gòu)造分心造成影響的問題。結(jié)合底板高程二次偏差、分析圖件等，能夠位推斷預(yù)測(cè)構(gòu)造提供基礎(chǔ)[3]。對(duì)于主體構(gòu)造也能利用地板高程一次偏差體現(xiàn)，所以可以結(jié)合一次偏差和二次偏差，預(yù)測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，同時(shí)對(duì)其它各次偏差及趨勢(shì)進(jìn)行參考，得到礦層底板標(biāo)高構(gòu)造解譯成果。

基于礦層底板高程一次偏差，能夠發(fā)現(xiàn)在五孔連線西側(cè)存在一條異常帶，位于礦區(qū)邊界位置，斷層位置符合解析成果中白馬寺逆掩斷層位置，因而判斷是白馬寺逆掩斷層。根據(jù)異常條帶兩側(cè)異常值，判斷最大斷距約在20m。根據(jù)礦層底板高程二次偏差，發(fā)現(xiàn)三孔連線東側(cè)存在一條不明顯異常帶，位置向礦井南北延伸，較小規(guī)模。對(duì)比礦層底板高程五次偏差，發(fā)現(xiàn)位置靠近過鉆孔，符合分析成果中斷層位置，結(jié)合異常條帶兩側(cè)異常值，判斷最大斷距約為10m。根據(jù)礦層底板高程二次偏差，礦井南部存在一條異常帶，方向大約為西東方向，傾向大約為東北方向。根據(jù)異常帶兩側(cè)異常值，判斷兩條斷層落差不超過5m。根據(jù)礦層底板高程二次偏差，北部存在一條異常帶，約為東西走向，判斷可能是斷層造成的異常，其正東方向有斷層存在，因而判斷為斷層延伸。

4 結(jié)論

在礦井地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)中，采用模糊數(shù)學(xué)方法，結(jié)合實(shí)際情況作出趨勢(shì)面分析和偏差分析，充分了解礦井地質(zhì)具體構(gòu)造情況，進(jìn)而為資源開采安全作業(yè)提供充足的保障。