人人古交矿区断裂构造复杂程度评价.pdf

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1、能源技术与管理2013年第38卷第4期118EnergyTechnologyandManagementVo1．38No．4doi：lO．396％．issn．1672-9943．2013．04．046山西古交矿区断裂构造复杂程度评价杨松霖，杨靖z(1．中国石油东方地球物理公司，河北涿州072751；2．重庆一三六地质队，重庆401147)[摘要]基于分形理论，应用断层信息维对古交矿区断裂构造复杂程度进行定量评价。结果表明，矿区断层分维值整体较高，构造较为复杂。矿区北部、西北部以及西部大断裂带附近或小断层发育密集区域，分维值高，矿区南部断裂构造简单，分维值一般小于1。分维评价

2、结果与实际生产揭露一致，评价结果可靠。断层信息维很好地反映了矿区断裂构造的复杂程度，克服了以往单因子评价断裂构造复杂程度的不足，可作为定量评价矿井构造复杂程度的一种有效的、较为准确的指标。[关键词]断裂构造；复杂程度；定量评价；分形；信息维[中图分类号]P631[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2o13)04118-03包含F中的点，记包含有F的小方格数目为O引言』、『()，则容量维的表达式为：矿井构造复杂程度评价始于80年代，主要采Dk(lira一lim(1)加用常规的数理统计方法，如构造破坏指标、构造指信息维(D『)．信息维是容量维的推广，容量维数法等n

3、。由于矿井构造的非线性，模糊综合评只考虑了包含F的小方格数目N(e)与小方格边判法、人工神经网络技术等评价方法也越来越广泛地应用于矿井构造定量评价中]。以往的研究长s的关系，而未考虑研究对象本身的特征。对于非确定性的研究对象，需引入信息维的概念：中，评价断裂构造复杂程度的常用指标有断层长度、断层密度、断层强度等等，然而这些指标在多D『(lim=一(2)数情况下往往不能全面、准确地反映断裂构造的实际情况。分形几何学是一门以不规则几何形态为其中：，()=Piln(1)研究对象的几何学，自相似性是分形的灵魂[8-9]，式中，只表示F落在第i个小方格中的概率。目前已广泛应用于地质

4、学各个领域，诸如地质构如果F中的点落在所有方格中的概率相等，造、岩石断裂、地下水渗流等方面。大量研究表明，则=1，Ⅳ()，l(e)=lnN(e)，此时信息维与容量维断层、节理和显微断裂在几何学、动力学和运动学相等，即D，=。网格覆盖法均可用于断裂网格容特征上具有统计意义上的自相似性[10-12]。断层系量维、信息维的量算，二者不同之处在于信息维需的分维值，不仅与断层的长度有关，还有断层的条计算每一个含有断层迹线的网格中断层的信息数、展布及组合特征密切相关，它可以较好地反熵映断裂构造的复杂程度，可作为定量评价矿井构造复杂程度的一种有效的、较为准确的指标。2矿区断裂构造复杂程

5、度评价1分形评价原理2．1评价过程古交矿区位于山西西山煤田的西北隅，含煤分维是表征分形的一个重要参数。根据计算地层为二叠系山西组和石炭系太原组，区内的褶维数的定义，可分为相似维、容量维、信息维和关皱构造较为简单，断裂构造则极为发育，主要发育联维等。分形几何在构造复杂性的应用研究中，以NE、NEE向展布的压扭性高角度大一中型正断层，容量维和信息维较为实用。其发育具有明显的分区性、分带l生特征。根据井巷容量维()：设F是平面空间上的一个有界开采揭露，在已开采地段，小断层极为发育，而在点集，包含在一个矩形之中，将这个矩形划分成若未开采或未揭露地段，尚存在着一定数量的未知干个边长

6、为s的小方格，于是必有某些小方格内2013年8月Feb．，2013杨松霖，等山西古交矿区断裂构造复杂程度评价119断层。为了更深刻地揭示区内断裂构造发育情况，对未知地段进行构造预测，本次采用了分形评价方法对研究区内断裂构造的复杂程度进行了定量评价。由于断层系容量维的计算只考虑了网格中含O12341gr有断层的方格数N(6)与方格边长的关系，而未(a)全区平均考虑反映断层复杂程度的其他因素，如断层的落2·O差、延展长度等。l·5根据以往的研究，断层系的信息维比容量维1．0更能反映断层的发育规律，故本次研究采用信息∞一0维方法对断裂发育复杂程度进行评价，以落在小．5O1234

7、方格中断层的条数％来计算概率只所示。1gr实际计算过程中，以研究区8煤采掘工程平(b)单元29面图上的断层资料为基础，将研究区划分成75个图2全区及部分单元统计数据的双对数线性拟合情况单元，然后将各单元依次按2500mx2500m、1250mxl250m、625mx625m、312．5mx312．5m划分成若干个小网格，如图1所示，统计每一个单元的断层信息熵，最后根据关系，进行双对数线性回归，得到最佳拟合直线的斜率，即断层系的分维值。图3古交矿区断层系信息维值平面分布图从图3可看出，古交矿区断层分维值整体相对较高，构造较复杂。