寧武煤田斷裂構造複雜程度評價

寧武煤田斷裂構造複雜程度評價

馬 勝 郭 瑞

(中國礦業大學資源與地球科學學院 江蘇 徐州 221 008)

【摘 要】煤礦中的斷裂網絡具有統計自相似性的分形體係，其結構複雜程度可用分維定量描述本文介紹了分形的理論，采用數值模擬並

結合礦井區域實際資料，研究表明礦井斷裂構造複雜程度與斷層分維(容量維)平麵分布圖擬合的較好，說明分形分布在定量研究礦井構造複雜

程度有重要的意義

【關鍵詞】斷裂構造;分形;數值模擬;斷層分維圖

Ningwu Coal Fracture Structure Complic~ed Degree Evaluation

MA Sheng GUO Rui

(College of Minerl Resources&Earth Science CUMT，Xuzhou Jiangsu，221008)

【Abstract1The fracture network has statistics coal mine since the similarity of the fractal system，the complexity f the fractal structure can be

quantitative desciption.This paper introduces the fractal theory，the numeical simulation and combining with the actual data mine area，research

shows that the mine of the fracture structure complexity and fault points d(capacity d)plane distibution itting is better，explain fractal distibution in

quantitative research mine tectonic complexity has important signiicance.

【Key words]Fracture stucture;Fractal;Numeic~simulation;Fault fractal graph

0 引言

煤礦地質工作的一項重要內容就是斷裂構造評價.但是其形成機

理具有複雜性和時空展布的不規則性.用傳統的評價方法很難得到令

人滿意的結果Ⅲ.近年來，國內外學者的研究結果證明’斷裂網絡是一種

複雜的、具有自相似性的分形體係口.而分形幾何學是一門新興發展起

來的非線性科學.已被廣泛應用於複雜圖形的描述.具體的研究方麵

是裂隙的分布預測.儲層孔隙結構和非均質等方麵 因此. 可以用定量

描述幾何不規則性的分維指標來評價礦井斷裂網絡的複雜程度。本文

在對山西省寧武煤田地質條件的研究過程中.運用分形理論.對該煤

田的斷裂構造進行了定量評價.取得了較好的結果目

1 寧武煤田構造特征

寧武煤田地處山西地台北中部.煤田南北長.東西窄.呈北東向斜

列，展布於鄂爾多斯地台，呂梁地塊、五台地塊及內蒙地軸之間為一繼

承性上疊構造盆地。寧武向斜貫穿煤田南北，其走向：井坪一陽方El近

南北.陽方El一靜樂為N30~E.向斜軸除朔縣平原偏向西部外.一般偏

向東部，且東翼地層傾角大於西翼.為一不對稱向斜 煤田東部構造較

西部複雜，地層傾角在30~以上，有的達7O一80。甚至直立倒轉.大的逆

斷層多分布於此，中部地層傾角平緩.一般在1O。以下，無急劇褶曲.微

傾斜波狀起伏較發育萁兩翼傾角一般2—5。左右。斷裂發育在煤田東

西兩側，主要在東部.以走向N20—50oE一組為主多為高角度的正斷

層，逆斷層較少，另一組為N15。～45ow，但數量稀少，規模較小，影響甚

微(圖1)。

圖1 寧武煤田構造綱要圖

2 研究區斷裂構造複雜程度評價 ’

研究表明，分維值是一項綜合性指標

， 包含著斷裂條數，延伸長

度，交叉關係等多方麵的信息

， 分維值越大，斷層對岩體的切割越嚴

重，煤田的地質條件也相對的比較複雜

。 本文采用改變粗視化程度的

方法求取分形維數.該方法比較適用於具有統計意義自相似事件的

分維求取。用不同尺度r的方格網覆蓋所研究的礦井構造平麵圖，計

數每一次覆蓋平麵圖所占有的方格數Ⅳ(r)，兩者之間的關係為：

Ⅳ( )～ (1)

D ：一Iim ：1im ： 士 (2) L

nr Ln(1/r)

其中(2)式是分形幾何中容量維數的定義，將這種關係表示在雙

對數坐標係中.可以得到InN(r)一In(r)關係曲線.在雙對數圖中呈簡單

的直線.其斜率一D 正好是容量維。由於礦井斷裂係在平麵圖上分布具

有自相似性，其結果一 可以定量化反映斷裂構造複雜程度，本文首先

將研究區域的構造圖數字化.生成褶皺斷層的分布數據.然後運用分

形維數計算程序進行計算 。

在計算過程中把井田構造單元按lO00m.500x5OOm.250×

250.125x125m將網格邊長依次減半分割.統計出各個單元格內含有

斷層跡線的網格數目.再通過雙對數線性回歸分析.表明斷層網絡分

布的單元.數據相關係數較大.相關性好.並且擬合的直線的斜率即為

該單元的斷層容量維值(圖2)。

圈2 全區統計數據雙對數線性擬合

然後，將單元中心的坐標和斷層容量維數據輸入計算機.利用

Surfer軟件繪製斷層分維的平麵圖，數據采用克裏格法進行內插加密.

得到斷層分維(容量維)平麵分布圖(圖3) 從圖3中可以看出.井田

構造複雜性具有顯著的不均一性，斷裂分布密集複雜的地方，分維值

大;反之，斷裂稀少處，分維值小，二者之間有很好的一致性。斷層係容

量維基本反映了井田構造的複雜程度.在總體較為簡單的構造背景上

存在一些斷裂構造複雜的區域.斷裂構造最為複雜的地段有兩處.一

處是礦區的東北端，斷層密集交叉，分維值超過了1.2.一處是井田的

西南部，分維值也超過了1.1，其它區域分維值低的原因可能與勘探揭

露程度低有一定的關係，但主要原因還是區域構造背景的控製

3 結論

3.1 采用斷裂構造容量維(Dk)對礦井斷裂複雜程度評價

. 能夠較準

確地反映斷裂分布複雜程度與差異等變化信息，可以對未開采區域做

出較合理的預測。 (下轉第418頁)

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