洞村礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造條件及復(fù)雜性分析

王 茜，張玉樹

（江西省地質(zhì)局能源地質(zhì)大隊，江西 南昌 330000）

礦區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度往往會影響礦井初期的規(guī)劃設(shè)計和之后的生產(chǎn)接替計劃。通常礦井地質(zhì)條件越簡單，投入到諸如斷層、陷落柱等構(gòu)造的探查治理費用就越小，且無需留設(shè)不具備可采性的防隔水煤柱，因而煤炭資源開采利用率也得到提高［1］。以洞村礦區(qū)地質(zhì)條件普查工作為基礎(chǔ)，根據(jù)分維理論定量評價區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性。

1 礦區(qū)概況

洞村礦區(qū)位于江西宜春地區(qū)分宜縣境內(nèi)，屬于丘陵地貌，地形起伏不平，地勢由南往北逐漸升高。礦區(qū)東西長約11.7 km，南北寬約3.0 km，面積為35.1 km2。礦區(qū)東部與江西新余市花鼓山礦區(qū)相接，西與楊橋礦區(qū)相毗鄰。

南北兩翼地表均有煤層露頭出露。出露地層自老至新為二疊系中統(tǒng)茅口組、二疊系上統(tǒng)樂平組、長興組、第四系等。其中二疊系上統(tǒng)樂平組為礦區(qū)主要含煤地層，厚度約為500 m。根據(jù)鉆探揭露情況，樂平組官山段、老山下亞段含煤層1～4層，其中A1煤層全區(qū)大部可采，煤厚0.52～1.35 m，平均厚度0.80 m。B4煤層全區(qū)基本可采，煤層厚0.51～8.01 m，平均厚度1.54 m。

2 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

利用礦區(qū)普查期間完成的10、12、14及18勘探線上的ZK1001、ZK1202、ZK1401、ZK1801等13個鉆孔資料，結(jié)合以往多次開展的地質(zhì)調(diào)查工作，分析礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育狀況，如圖1所示。

洞村礦區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)為北東東走向的亂山復(fù)向斜往東的延展部位，亂山復(fù)向斜往東有抬升變窄的趨勢。洞村礦區(qū)位于亂山復(fù)向斜兩翼，由于亂山復(fù)向斜兩翼大部被F2、F3、F31等斷層分割成北翼的樟木橋向斜和南翼的長坑向斜，南北兩翼地層為直立倒轉(zhuǎn)［2］。

礦區(qū)區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育F2逆斷層、F3正斷層、F6平移斷層、F31逆斷層，其特征如下：

F2逆斷層位于礦區(qū)南翼，東起丁家，西止田螺坑，走向北東東，傾角40°～70°，斷距160 m，延展長度約14 km。該斷層斷失了向斜南翼淺部煤層，顯示向南傾斜的逆斷層屬性。F3正斷層位于礦區(qū)南部，走向近東西向，傾角25°～30°，延展長度約4 km，斷距240 m，由ZK1403、ZK1802孔控制，地質(zhì)層位上其斷層北盤上升，南盤下降而顯示向南傾斜的正斷層屬性。F6平移斷層位于復(fù)式向斜西端，南起谷山村，北至十八排亭，走向近南北向，延展長度約3 km。F31逆斷層位于礦區(qū)北部，東起壓石洞，西止樟木橋，走向由北西向轉(zhuǎn)為北東東向，總體向北傾斜，傾角50°～60°，延展長度8 km，斷距180 m，斷層北盤為中二疊統(tǒng)茅口組，南盤地表出露樂平組官山段地層，呈現(xiàn)出逆斷層屬性。

由圖2中18勘探線剖面知，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺構(gòu)造，導致了煤系地層起伏波動較大，同時受后期斷層構(gòu)造影響，錯動切割煤系地層，增加了煤層賦存條件的復(fù)雜性。

圖1 礦區(qū)構(gòu)造綱要及主要勘探線

圖2 18勘探線剖面

3 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性分析

3.1 分維理論

分形的度量稱為分數(shù)值，俗稱“分維”。目前分維研究的方法，較為常用的方法是相似維［3-4］。

設(shè)F（r）是任意非空有界子集，N（r）為涵蓋F（r）所需的分形基元的相似集最小個數(shù)集合。如果網(wǎng)格尺寸rni不斷被剖分細化，即i→∞時，N（rni）趨向無窮大，則集合F（r）的相似維DSi為：

式中：ri為網(wǎng)格邊長大小，m；N（rni）為不同維度下rni對應(yīng)的構(gòu)造跡線網(wǎng)格數(shù)目；n為網(wǎng)格塊段號。

對不同維度下Dsni值進行線性回歸，最終確定最佳斜率值即為該塊段的分維值Dsn。

3.2 分維計算

本次以洞村礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為研究內(nèi)容，利用AutoCAD內(nèi)置的AutoLSP語言編程對斷層構(gòu)造進行自動剖分網(wǎng)格方法，統(tǒng)計分析不同網(wǎng)格尺寸下網(wǎng)格數(shù)目N（rni）。

根據(jù)研究區(qū)范圍，確定設(shè)置初始邊長rn0=1 000 m的方形網(wǎng)格，遍歷步距s為500 m，對研究區(qū)范圍進行分塊逐一分析。按照rni=0.5rn0、0.25rn0、0.125rn0、0.062 5rn0分別對研究區(qū)進行細化遍歷循環(huán)，統(tǒng)計出不同維度下所包含構(gòu)造極限的網(wǎng)格數(shù)目N（ri）。

經(jīng)統(tǒng)計分析計算可知，斷裂構(gòu)造網(wǎng)格分維值Dsn為0.30～1.60，平均值為1.24；各塊段網(wǎng)格之間的相關(guān)系數(shù)R2基本在0.93以上，平均值為0.987。表明研究分析結(jié)果具有一定的準確性和可靠性，其數(shù)據(jù)分布情況如圖3所示。

圖3 分維值Dsn和相關(guān)系數(shù)R2分布

3.3 構(gòu)造復(fù)雜程度分區(qū)

基于以往國內(nèi)學者對礦井構(gòu)造復(fù)雜程度劃分研究及《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》中對煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度劃分原則［5-6］，同時考慮洞村礦區(qū)實際地質(zhì)條件和分維值Dsn，將研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度劃分為四個等級，即Dsn≤1.0為構(gòu)造發(fā)育簡單區(qū)；1.0＜Dsn≤1.25為構(gòu)造發(fā)育中等區(qū)；1.25＜Dsn≤1.50為構(gòu)造發(fā)育較復(fù)雜區(qū)；Dsn＞1.50為構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜區(qū)。利用GIS繪圖功能對分維值進行處理，繪制出構(gòu)造復(fù)雜性分區(qū)如圖4所示。

圖4 礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度分區(qū)

由圖4可知，構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域主要集中在礦區(qū)的東北和西南區(qū)域，主要原因是F3、F6、F31等斷層和樟木橋、長坑向斜等構(gòu)造相互切割錯動影響所致?？傮w來說，洞村礦區(qū)以較復(fù)雜構(gòu)造為主。

4 結(jié)語

通過對洞村礦區(qū)開展的地質(zhì)普查工作，查明了礦區(qū)主要以樟木橋向斜、長坑向斜為代表的褶曲及F2、F3、F31主要斷層的構(gòu)造格局。利用分維理論對礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜性進行定量分析，確定了研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性分布情況。本次研究工作對洞村礦區(qū)未來規(guī)劃設(shè)計和生產(chǎn)起到一定的指導意義。