模糊數學方法在礦井地質構造預測中的應用

王建龍

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

資源的開發與利用是保障社會平穩發展的基礎，隨著社會的快速發展，對資源的需求量也逐步增加，導致礦山地表資源逐漸枯竭并逐漸以礦井開發為主。在礦井安全生產中，對礦井地質構造加以明確，是重要的基礎保障，因而查明礦井地質具有重要的意義。目前，礦井地質是地質研究中的一個重要內容，隨著數學地質等學科的應用，正在逐漸實現定量分析礦井地質構造規律。在研究礦井地質構造預測方面，主要采用綜合物探、地震勘探技術等，在地質建模工作中，也得到了廣泛的引用。例如礦井構造貧家系統、FLC-3D、Gocad三維地質建模等。在探查預測地質構造中發揮了重要作用。

1 井田地質概況

所選案例為古書院礦，位置在市區北部1km，井田西側控制為白馬寺斷層，北部連接鳳凰山、王臺鋪井田，西南是北巖井田，東西長度在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，晉城礦區東部位置。在井田當中，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、低洼地帶、東部丘陵、中南部等位置主要分布新生界覆蓋層。根據地質力學分析，在太行隆起、秦嶺緯向構造帶符合位置。由于不同方向和不同時期應力疊加作用，導致但當前構造形跡生成。白馬寺逆斷層為井田西部邊界，秦嶺緯向構造對南部造成阻擋，因而構造形式為主要是東西向[1]。井田內地層受到新華夏構造控制，地層走向和構造基本一致，向NWW傾向，具有3°～11°的傾角，與構造線附近地層靠近位置，最大傾角在30°以上，最大可達70°。西部連續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，礦井生產中，有較多陷落柱、沖刷、斷裂等小型構造存在。

2 趨勢面分析

選擇15號礦層進行研究，地質變量選擇礦層厚度、礦層底板標高。通過鉆孔資料獲取了礦層厚度，全區可采，因而具有代表性。對礦層底板標高趨勢面分析，對含礦巖系形成后地質構造發育特征加以探討。對礦層厚度趨勢面分析，對含礦建造形成構造條件，礦層厚度變化、礦層空間形態變化等加以研究，進而在后續開采中，提供地質資料參考。設鉆孔數據左邊（x，y）為自變量，將礦層底板標高z作為因變量。用見礦鉆孔的數據xyz表示趨勢面分析基本數據，對二維多項式趨勢面數學模型加以建立。根據礦層底板高程一次趨勢面，能夠發現是單斜構造礦層形態，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，因而一次趨勢面擬合度低，對礦層形態無法完全體現。

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

根據礦層厚度多次趨勢面，對含礦建造形成的構造條件進行研究，能去的理想的效果。在礦層厚度一次趨勢面中，能夠對礦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，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、四次的結果均和一次相同，可判斷礦層沉積基底形態為西北高、東南低。

3 偏差分析

地質變量區域性變化可通過趨勢面擬合，對區域變化規律發現。偏差分析將地質變量中區域性分量去除，進而對局部異常更明確的發現。對地質構造異常現象能發揮更好的解釋作用，特別是針對斷層的解釋。

所以，在趨勢面分析同時，進行各次偏差分析。以偏差零值線為主要的判斷構造依據，地板高層二次趨勢面，能夠溫和礦層總體形態，對礦層產狀總體變化更能體現，因而利用底板高程二次偏差，對井田地質構造細節加以體現。同時可避免高次數的復雜計算，趨勢面曲折過多對構造分心造成影響的問題。結合底板高程二次偏差、分析圖件等，能夠位推斷預測構造提供基礎[3]。對于主體構造也能利用地板高程一次偏差體現，所以可以結合一次偏差和二次偏差，預測地質構造，同時對其它各次偏差及趨勢進行參考，得到礦層底板標高構造解譯成果。

基于礦層底板高程一次偏差，能夠發現在五孔連線西側存在一條異常帶，位于礦區邊界位置，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。根據異常條帶兩側異常值，判斷最大斷距約在20m。根據礦層底板高程二次偏差，發現三孔連線東側存在一條不明顯異常帶，位置向礦井南北延伸，較小規模。對比礦層底板高程五次偏差，發現位置靠近過鉆孔，符合分析成果中斷層位置，結合異常條帶兩側異常值，判斷最大斷距約為10m。根據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。根據異常帶兩側異常值，判斷兩條斷層落差不超過5m。根據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 結論

在礦井地質構造預測中，采用模糊數學方法，結合實際情況作出趨勢面分析和偏差分析，充分了解礦井地質具體構造情況，進而為資源開采安全作業提供充足的保障。