洞村矿区地质构造条件及复杂性分析

王 茜，张玉树

（江西省地质局能源地质大队，江西 南昌 330000）

矿区地质条件的复杂程度往往会影响矿井初期的规划设计和之后的生产接替计划。通常矿井地质条件越简单，投入到诸如断层、陷落柱等构造的探查治理费用就越小，且无需留设不具备可采性的防隔水煤柱，因而煤炭资源开采利用率也得到提高［1］。以洞村矿区地质条件普查工作为基础，根据分维理论定量评价区内地质构造复杂性。

洞村矿区位于江西宜春地区分宜县境内，属于丘陵地貌，地形起伏不平，地势由南往北逐渐升高。矿区东西长约11.7 km，南北宽约3.0 km，面积为35.1 km2。矿区东部与江西新余市花鼓山矿区相接，西与杨桥矿区相毗邻。

南北两翼地表均有煤层露头出露。出露地层自老至新为二叠系中统茅口组、二叠系上统乐平组、长兴组、第四系等。其中二叠系上统乐平组为矿区主要含煤地层，厚度约为500 m。根据钻探揭露情况，乐平组官山段、老山下亚段含煤层1～4层，其中A1煤层全区大部可采，煤厚0.52～1.35 m，平均厚度0.80 m。B4煤层全区基本可采，煤层厚0.51～8.01 m，平均厚度1.54 m。

利用矿区普查期间完成的10、12、14及18勘探线上的ZK1001、ZK1202、ZK1401、ZK1801等13个钻孔资料，结合以往多次开展的地质调查工作，分析矿区地质构造发育状况，如图1所示。

洞村矿区总体构造形态为北东东走向的乱山复向斜往东的延展部位，乱山复向斜往东有抬升变窄的趋势。洞村矿区位于乱山复向斜两翼，由于乱山复向斜两翼大部被F2、F3、F31等断层分割成北翼的樟木桥向斜和南翼的长坑向斜，南北两翼地层为直立倒转［2］。

矿区区域内主要发育F2逆断层、F3正断层、F6平移断层、F31逆断层，其特征如下：

F2逆断层位于矿区南翼，东起丁家，西止田螺坑，走向北东东，倾角40°～70°，断距160 m，延展长度约14 km。该断层断失了向斜南翼浅部煤层，显示向南倾斜的逆断层属性。F3正断层位于矿区南部，走向近东西向，倾角25°～30°，延展长度约4 km，断距240 m，由ZK1403、ZK1802孔控制，地质层位上其断层北盘上升，南盘下降而显示向南倾斜的正断层属性。F6平移断层位于复式向斜西端，南起谷山村，北至十八排亭，走向近南北向，延展长度约3 km。F31逆断层位于矿区北部，东起压石洞，西止樟木桥，走向由北西向转为北东东向，总体向北倾斜，倾角50°～60°，延展长度8 km，断距180 m，断层北盘为中二叠统茅口组，南盘地表出露乐平组官山段地层，呈现出逆断层属性。

由图2中18勘探线剖面知，矿区内发育的褶皱构造，导致了煤系地层起伏波动较大，同时受后期断层构造影响，错动切割煤系地层，增加了煤层赋存条件的复杂性。

图1 矿区构造纲要及主要勘探线

图2 18勘探线剖面

3.1 分维理论

分形的度量称为分数值，俗称“分维”。目前分维研究的方法，较为常用的方法是相似维［3-4］。

设F（r）是任意非空有界子集，N（r）为涵盖F（r）所需的分形基元的相似集最小个数集合。如果网格尺寸rni不断被剖分细化，即i→∞时，N（rni）趋向无穷大，则集合F（r）的相似维DSi为：

式中：ri为网格边长大小，m；
N（rni）为不同维度下rni对应的构造迹线网格数目；
n为网格块段号。

对不同维度下Dsni值进行线性回归，最终确定最佳斜率值即为该块段的分维值Dsn。

3.2 分维计算

本次以洞村矿区地质构造为研究内容，利用AutoCAD内置的AutoLSP语言编程对断层构造进行自动剖分网格方法，统计分析不同网格尺寸下网格数目N（rni）。

根据研究区范围，确定设置初始边长rn0=1 000 m的方形网格，遍历步距s为500 m，对研究区范围进行分块逐一分析。按照rni=0.5rn0、0.25rn0、0.125rn0、0.062 5rn0分别对研究区进行细化遍历循环，统计出不同维度下所包含构造极限的网格数目N（ri）。

经统计分析计算可知，断裂构造网格分维值Dsn为0.30～1.60，平均值为1.24；
各块段网格之间的相关系数R2基本在0.93以上，平均值为0.987。表明研究分析结果具有一定的准确性和可靠性，其数据分布情况如图3所示。

图3 分维值Dsn和相关系数R2分布

3.3 构造复杂程度分区

基于以往国内学者对矿井构造复杂程度划分研究及《煤矿地质工作规定》中对煤矿地质构造复杂程度划分原则［5-6］，同时考虑洞村矿区实际地质条件和分维值Dsn，将研究区地质构造复杂程度划分为四个等级，即Dsn≤1.0为构造发育简单区；
1.0＜Dsn≤1.25为构造发育中等区；
1.25＜Dsn≤1.50为构造发育较复杂区；
Dsn＞1.50为构造发育复杂区。利用GIS绘图功能对分维值进行处理，绘制出构造复杂性分区如图4所示。

图4 矿区构造复杂程度分区

由图4可知，构造复杂区域主要集中在矿区的东北和西南区域，主要原因是F3、F6、F31等断层和樟木桥、长坑向斜等构造相互切割错动影响所致。总体来说，洞村矿区以较复杂构造为主。

通过对洞村矿区开展的地质普查工作，查明了矿区主要以樟木桥向斜、长坑向斜为代表的褶曲及F2、F3、F31主要断层的构造格局。利用分维理论对矿区构造复杂性进行定量分析，确定了研究区地质构造复杂性分布情况。本次研究工作对洞村矿区未来规划设计和生产起到一定的指导意义。

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