模糊数学方法在矿井地质构造预测中的应用

王建龙

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

资源的开发与利用是保障社会平稳发展的基础，随着社会的快速发展，对资源的需求量也逐步增加，导致矿山地表资源逐渐枯竭并逐渐以矿井开发为主。在矿井安全生产中，对矿井地质构造加以明确，是重要的基础保障，因而查明矿井地质具有重要的意义。目前，矿井地质是地质研究中的一个重要内容，随着数学地质等学科的应用，正在逐渐实现定量分析矿井地质构造规律。在研究矿井地质构造预测方面，主要采用综合物探、地震勘探技术等，在地质建模工作中，也得到了广泛的引用。例如矿井构造贫家系统、FLC-3D、Gocad三维地质建模等。在探查预测地质构造中发挥了重要作用。

1 井田地质概况

所选案例为古书院矿，位置在市区北部1km，井田西侧控制为白马寺断层，北部连接凤凰山、王台铺井田，西南是北岩井田，东西长度在7km，南北宽度在5km，面积约为24.417km2。井田位置在沁水井田东南方向，晋城矿区东部位置。在井田当中，基岩分布情况主要在中南部沟谷零星地段，西北和北部山梁地段等。在沟谷两侧、低洼地带、东部丘陵、中南部等位置主要分布新生界覆盖层。根据地质力学分析，在太行隆起、秦岭纬向构造带符合位置。由于不同方向和不同时期应力叠加作用，导致但当前构造形迹生成。白马寺逆断层为井田西部边界，秦岭纬向构造对南部造成阻挡，因而构造形式为主要是东西向[1]。井田内地层受到新华夏构造控制，地层走向和构造基本一致，向NWW倾向，具有3°～11°的倾角，与构造线附近地层靠近位置，最大倾角在30°以上，最大可达70°。西部连续EW向背斜均受到白马寺逆断层控制。东部位置以褶皱曲为主，矿井生产中，有较多陷落柱、冲刷、断裂等小型构造存在。

2 趋势面分析

选择15号矿层进行研究，地质变量选择矿层厚度、矿层底板标高。通过钻孔资料获取了矿层厚度，全区可采，因而具有代表性。对矿层底板标高趋势面分析，对含矿岩系形成后地质构造发育特征加以探讨。对矿层厚度趋势面分析，对含矿建造形成构造条件，矿层厚度变化、矿层空间形态变化等加以研究，进而在后续开采中，提供地质资料参考。设钻孔数据左边（x，y）为自变量，将矿层底板标高z作为因变量。用见矿钻孔的数据xyz表示趋势面分析基本数据，对二维多项式趋势面数学模型加以建立。根据矿层底板高程一次趋势面，能够发现是单斜构造矿层形态，以矿井南东或北西为走向，以矿井西北为倾向。其与矿层底板等值线不同，因而一次趋势面拟合度低，对矿层形态无法完全体现。

在矿层底板高程二次趋势面中，矿层具有矿井北部西北倾斜单斜构造煤层形态，西北方单斜构造向北西倾斜，西南方单斜构造向南西倾斜，东方单斜构造向北西、北东倾斜[2]。二次趋势面能较好的温和矿层底板标高等值线，能够对矿层总体形态进行较好的体现。同沉积构造、泥潭沼泽基底不平等，对于矿层形体、厚度变化都有影响。因此，以矿层厚度变化为准，对矿井同沉积构造、古构造等进行反推。矿层厚度趋势面，能够对矿层厚度变化情况进行良好的体现。

根据矿层厚度多次趋势面，对含矿建造形成的构造条件进行研究，能去的理想的效果。在矿层厚度一次趋势面中，能够对矿层从东南到西北一线具有均匀增厚的厚度的情况加以体现，由此可知，矿层形成基底，是从南东到北西逐渐抬升。而二次、三次、四次的结果均和一次相同，可判断矿层沉积基底形态为西北高、东南低。

3 偏差分析

地质变量区域性变化可通过趋势面拟合，对区域变化规律发现。偏差分析将地质变量中区域性分量去除，进而对局部异常更明确的发现。对地质构造异常现象能发挥更好的解释作用，特别是针对断层的解释。

所以，在趋势面分析同时，进行各次偏差分析。以偏差零值线为主要的判断构造依据，地板高层二次趋势面，能够温和矿层总体形态，对矿层产状总体变化更能体现，因而利用底板高程二次偏差，对井田地质构造细节加以体现。同时可避免高次数的复杂计算，趋势面曲折过多对构造分心造成影响的问题。结合底板高程二次偏差、分析图件等，能够位推断预测构造提供基础[3]。对于主体构造也能利用地板高程一次偏差体现，所以可以结合一次偏差和二次偏差，预测地质构造，同时对其它各次偏差及趋势进行参考，得到矿层底板标高构造解译成果。

基于矿层底板高程一次偏差，能够发现在五孔连线西侧存在一条异常带，位于矿区边界位置，断层位置符合解析成果中白马寺逆掩断层位置，因而判断是白马寺逆掩断层。根据异常条带两侧异常值，判断最大断距约在20m。根据矿层底板高程二次偏差，发现三孔连线东侧存在一条不明显异常带，位置向矿井南北延伸，较小规模。对比矿层底板高程五次偏差，发现位置靠近过钻孔，符合分析成果中断层位置，结合异常条带两侧异常值，判断最大断距约为10m。根据矿层底板高程二次偏差，矿井南部存在一条异常带，方向大约为西东方向，倾向大约为东北方向。根据异常带两侧异常值，判断两条断层落差不超过5m。根据矿层底板高程二次偏差，北部存在一条异常带，约为东西走向，判断可能是断层造成的异常，其正东方向有断层存在，因而判断为断层延伸。

4 结论

在矿井地质构造预测中，采用模糊数学方法，结合实际情况作出趋势面分析和偏差分析，充分了解矿井地质具体构造情况，进而为资源开采安全作业提供充足的保障。