西秦岭夏河-合作地区断裂构造分形结构特征及成矿预测

西秦岭夏河-合作地区是中国重要的金矿及多金属矿床开发地带,区内断裂构造复杂,构造控矿作用显著。文章利用分形理论方法对夏河-合作地区不同方向断裂构造作定量分析,统计计算断裂构造容量维和信息维,结合矿床空间分布分形特征和矿床Fry分析,探讨研究区构造分形特征及断裂与矿床的空间展布关系。研究结果表明,研究区全部断裂容量维1.2374,北东向断裂容量维0.8229,北西向断裂容量维1.2296,近东西向断裂容量维1.0312,全部断裂容量和北西向断裂容量维处于断裂分形临界值(1.22~1.38)区域,显示研究区断裂构造连通性较好。研究区全部断裂信息维1.1118,北东向断裂信息维1.018,北西向断裂信息维1.2296,近东西向断裂信息维1.0217,北西向断裂信息维处于断裂分形临界值区域,反映北西向对矿床的控制最强。断裂构造分形维数可以表征矿床的沉积部位,以容量维、信息维等值线图以及Fry图划分出3个有利成矿区。

韩城矿区构造煤纳米级孔隙结构的分形特征

构造变形可以引起煤纳米级孔隙结构的变化,变形机制的不同对孔隙结构的影响程度也不同。煤的孔隙非均质性极强,传统实验方法难以准确地描述孔隙结构的复杂性,而分形理论提供了描述这一复杂性的量化方法。基于渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的低温氮吸附实验,采用分形FHH方法,定量表征了构造变形对煤纳米级孔隙结构的影响程度。结果表明:韧性变形煤比脆性变形煤的孔隙分形维数高,孔隙结构复杂,非均质性增强,导致毛细凝聚效应增强,吸附滞后突出;构造煤分形维数随着平均孔径的降低和中孔含量的升高而增大,说明构造变形程度越大,平均孔径越小,孔隙结构越复杂。研究认为,分形维数定量反映了煤构造变形的强弱,可以指示煤中纳米级孔隙结构的变形程度。

宿县矿区构造煤压缩特性及孔隙结构分形特征研究

基于构造煤孔隙结构对瓦斯赋存与突出具有重要影响,但在压汞试验中,过大的压力会造成煤基质的压缩,造成较大的试验误差,尤其对吸附瓦斯的纳米级孔隙的影响更为显著,选取宿县矿区典型构造煤样品,采用压汞法与液氮吸附相结合的方法,计算了不同类型构造煤的压缩系数,采用Menger模型表征构造煤的孔隙特征,并对100 nm以下煤样的压汞孔隙体积进行了校正。结果表明:Menger模型适合表征煤中的渗流孔,而对吸附孔的表征较差,说明在压汞试验中,高圧段(>11 MPa)煤基质压缩对分形维数造成了很大的影响;而经校正后,算得的吸附孔分形维数对孔隙特征具有较好的表征作用,在碎裂煤、碎斑煤到鳞片煤阶段,随着煤体变形程度的增加,吸附孔的分形维数D2c呈逐渐增大趋势、孔隙形态逐渐复杂,揉皱煤的D2c略小于鳞片煤。

基于层次分析法-系统聚类分析的井田构造复杂程度评价

为了有效评价井田构造复杂程度,提出了基于层次分析法(AHP)-系统聚类分析(HCA)的方法。以黄河北煤田赵官矿井为例,在充分研究矿井构造发育规律的基础上,根据矿井实际发育情况,选取断层分维值、断层强度指数、褶皱分维值和岩浆岩复合影响指数4个定量评价指标,对井田内断层、褶皱、岩浆岩的发育及分布情况进行了定量化研究和评价。利用层次分析法构建井田构造复杂程度评价指标体系,确定了4个定量评价指标的影响权重分别为0.181、0.364、0.182和0.273。在此基础上,运用系统聚类分析方法,对井田地质构造复杂程度进行了分析研究,得到构造复杂程度简单、中等、复杂3类等级的分区评价图。本研究评价结果旨在能对矿井安全高效生产提供有效指导。

煤矿断层构造复杂程度的非线性分析

煤矿中断层构造对开采条件、瓦斯突出、矿井突水等都有显著的影响。以陈四楼煤矿为例,利用分形理论计算了深部采区断层构造的分维,对断层构造的复杂程度进行了讨论和划分;分析了不同区域断层构造分维值出现差异的原因;建立了断层构造分维与矿井突水单位涌水量的对应关系,随断层分维的增加,矿井突水的单位涌水量也将随之增大。研究区的断层分维在0.7925～1.4534,断层总体的复杂程度为中等。

利用分形维数定量表征断裂发育程度——以红柳地区为例

根据分形几何学的重要参数———分形维数可以反映复杂分形体空间分布的特征,将红柳地区构造层断层系作为一个平面集来进行分形维数的研究。按照研究区不同构造层系断裂带的特点,将该区分为垦东断层区、垦利断层区和垦东6断层区3个子区域,并分别对T6、T2和T1这3个时期的构造层断层系进行分形维数的计算。研究结果表明,断层系分形维数在一定程度上可以反映断裂的发育程度,可以作为断裂系统研究的一种辅助手段。

金湖凹陷阜二段断裂信息维特征与油气藏分布

金湖凹陷油气运移、聚集、成藏与断裂的展布、发育程度密切相关。为了认识断裂发育区油气分布规律以及断裂对油气富集程度的控制作用，运用分形理论对金湖凹陷断裂体系进行研究．利用研究区已落实的油气藏分布，分析断裂与油气分布关系。结果表明，断裂面积信息维在1．530～1．685之间有利于大油藏形成和保存；断裂信息维在1．655—1．832之间的高值区，断块被进一步分割复杂化，导致油气分布支离破碎，使得油气藏小而碎；有利于油气聚集成藏的分维下限值为1．483。应用信息维法对断裂体系分维计算结果表明，断裂面积信息维高值区与油气藏分布区吻合较好。在此基础上，分析预测了金湖凹陷下一步勘探优选区。

分形理论在断裂与矿产关系研究中的应用

文章以招远金矿矿集区为例，在对研究区断裂与矿产分布关系的详细野外调查基础上，运用分形理论的盒维数法对区内断裂构造体系进行了分形研究，并对断裂与矿产分布的关系及矿产赋存规律进行了总结。通过分形计算，获得招远地区断裂构造总体的分维值D=1．48，地质体连通性断裂分维值临界值D为1．22～1．38。不同走向断裂的分维值：NNE向D=1．223，NE向D=1．194，近EW向D=0．864，NW向D=0．781。上述结果表明NNE、NE向断裂系统复杂程度较高，该方位断裂对矿产的控制强度大。这与区内大型、超大型金矿床多沿着NNE向断裂分布，尤其是招平、焦家断裂带，NNE向断裂起导矿、控矿作用这一地质事实相吻合，也反映出本区NNE、NE向断裂的拐点及其与不同方位断裂的交叉点的存在和发育程度影响着金矿床的分布。

基于分形维数的煤矿区景观格局特征——以徐州市沛北矿区为例

以徐州市沛北矿区2000年、2004年、2008年和2012年SPOT-4/5影像为数据源,采用分形学的理论与方法,选取形状、半径、信息和间隙度4个维数综合分析了研究区景观格局复杂性、向心性、均衡性和聚簇性,从矿区和井田两个尺度研究了景观格局演变特征。结果表明:(1)2000—2012年土地利用发生了剧烈变化,耕地大量转变为水域和建设用地,水域和建设用地显著增加。(2)景观斑块趋于规整、复杂性降低;空间分布向非均衡化发展,聚集程度增加,耕地向心性增强和趋于单中心分布;水域、建设用地和未利用地向心性减弱、均衡性降低,水域空间分布趋向多中心化结构,未利用地在塌陷水域周围集中分布,建设用地空间分布的圈层结构明显。(3)井田尺度景观斑块形状更加复杂,2008年是水域空间分布的转折点,其后空间分布趋向于均匀。

采动岩体分形裂隙网络演化规律的试验研究

利用相似材料模拟试验模拟采动岩体裂隙的形成过程和分布状态 ,运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体裂隙网络的演化规律。试验结果表明 :采动覆岩裂隙分形维数随工作面推进 ,经历了由小→大→小并趋于稳定的变化过程 ,在工作面推进距离相同情况下 ,冒落带分形维数是裂隙带的 1 0～ 1 2倍 ,裂隙带分形维数是弯沉带的 1 0～ 1

黄庄—高丽营断层的分段性

应用分形几何理论讨论了黄庄—高丽营断层的分段性。用分数维作为定量标志把断层分成了三段 (SW— NE) :第 段和第 段以良乡凸起为界 ,第 段和第 段以 NW向的南口—孙河断层为界。用地球物理资料、大地测量和断层位移测量资料、地震活动资料等对分段的合理性进行了验证。认为分数维较大、断层活动和地震活动性均较强的第 段应为地震危险重点监视区。

淮南矿区潘三矿构造发育规律定量研究

本文采用煤层构造形态空间分析、断裂要素数理统计分析等方法,并引入断裂分形维数指标作为刻划断裂构造发育强度的指标之一,对准南矿区潘三矿地质构造进行了定性—定量分析,揭示了矿井地质构造发育的南北分带性和东西分区性特征。

霍州矿区断层构造的分形特征

霍州矿区断层构造的分形特征与渭河盆地东区基本相同，都形成于张扭性的动力学环境；矿区内各井田的断层分维值以白龙井田最高，团柏井田最低；分维值的大小体现断层构造的复杂程度。

应用分形几何法预测珠江口盆地白云凹陷有利成藏区

利用分形几何法求得的断裂分维值是断裂数量、规模、发育程度、组合方式及动力学特征的综合体现,用其可定量描述断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度。断裂的分维值越高,断裂连通性越好,在一定范围内有利于流体流动汇聚和油气藏的形成。依据白云凹陷断裂性质及平面分布特点,将研究区划分为4个断裂区域,并对所求得的各断裂区域T3及T5两个层面分维值与油气分布的关系进行了分析。白云凹陷断裂体系的空间分布具有良好的分形特征,其西南控洼断裂区域(Ⅳ区域)在T3及T5两个层面的断裂分维值均最大,断裂构造发育,推测极有可能成为白云凹陷一个新的勘探目标区。

GIS分形法在西南三江地区断裂分析中的应用

本文以西南三江成矿带为例,采用分形理论的研究方法对其断裂构造进行定量研究,借助MAPGIS软件的网格和空间分析功能,计算出分维数D,通过解释其地质意义,利用ARCGIS对断裂构造进行频率分析显示:研究区分维数D在1.8对成矿较有利,控矿断裂(NNW-NW向)比一般断裂具有更高的分维值,而断裂构造分布最密集区并不是最有利成矿区。

丰乐地区葡萄花油层断裂系统分形特征及其对油气成藏的控制作用

为分析坳陷期张应力与构造反转期压扭性应力对丰乐地区葡萄花油层断裂发育与分布的双重影响,从断层断穿层位以及断层形成的应力环境出发,将断穿葡萄花油层不同时期的断层划分为油源断层和晚期调整型断层,结合这两类断裂系统的分形特征,分别刻画了油源断层和晚期调整型断层分维值。研究结果表明:丰乐地区油气有利区主要分布于油源断层分维值的高值区、晚期调整型断层分维值的低值区,即丰乐地区的西北部以及中部地区;而丰乐地区东部三肇凹陷—朝阳沟阶地地区,后期调整性断层的分维值较高,后期断裂活动较强,使得保存条件较差,不利于油气聚集成藏。这一认识不仅有力地指导了丰乐地区油气勘探,而且为周边含油气区寻找剩余油提供了借鉴。

不同煤体结构煤的孔隙–裂隙分形特征及其对渗透性的影响

煤的孔隙–裂隙结构特征是研究储层渗透性的关键问题。为了定量描述孔隙–裂隙结构的复杂程度,以黄陇侏罗纪煤田永陇矿区郭家河井田原生结构煤和碎裂结构煤为研究对象,基于压汞实验数据和扫描电镜(SEM)图像,采用Menger分形模型和计盒维数方法,分别计算不同煤体结构煤的孔隙–裂隙分形维数;同时采用不同孔径段的孔隙体积比作为权重值,计算得到孔隙综合分形维数,探讨孔隙–裂隙结构分形维数和渗透率之间的关系。研究结果表明,脆性构造变形作用对孔隙整体复杂性,裂隙孔、渗流孔复杂性以及微观裂隙复杂程度均具有积极改造作用,对吸附孔结构复杂性具有均一化作用;微观裂隙分形维数与渗透率具有较高非线性关系,脆性构造作用改造下形成的碎裂煤,其具有的孔隙–裂隙结构优势配比是决定储层高渗透性的关键。因此,建议优先考虑弱脆性变形的碎裂结构煤为主体的断层、向斜和背斜区域进行煤层气抽采。

东滩煤矿采区构造复杂程度及突水危险性分区对比探究

为了探究东滩煤矿五七采区开采山西组3煤层底板突水危险性,根据研究区地质、水文地质、断层和钻孔等资料,较系统分析了研究区断裂分布特征。在此基础上,采用分形分维方法和突水系数法对五七采区的断裂构造复杂程度及突水危险性分别进行了分区研究。结果发现,虽2种方法的计算原理和量化分区参数不同,但评价结果具有较好的匹配性。获得了五七采区煤层底板在东北部区域分维值高,地质构造复杂,突水系数值大,应属于突水危险区,东南部区域属于突水相对危险区,西部区域基本属于安全区。研究结果对五七采区安全带压掘采和水害防治具有重要的参考价值。

矿井构造复杂程度定量评价与涌（突）水耦合分析

多数矿井涌(突)水事故与矿井地质构造有着密切关系,准确评价矿井构造复杂程度对矿井水害防治具有重要意义。以徐庄煤矿为研究对象,选取断裂分维值、断层强度指数、褶皱平面变形系数作为影响矿井构造复杂程度的评价指标,采用独立性权系数法确定各评价指标所占权重,通过ArcGIS建立了矿井构造复杂程度定量评价模型,将研究区划分为复杂构造区、较复杂构造区、中等复杂构造区和简单构造区4个区域,并分析了矿井构造复杂程度与矿井涌(突)水的耦合关系。结果表明:研究区以复杂构造为主,构造复杂程度主要受控于大型断层和褶皱;断裂分维值、断层强度指数和褶皱平面变形系数越大,矿井构造复杂程度越大,涌(突)水点分布越密集,表明矿井构造对涌(突)水具有明显的控制作用。

半干旱矿区排土场苜蓿恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征

种植苜蓿恢复模式在半干旱矿区植被恢复中占重要地位。为掌握其恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征,选择恢复年限分别为2 a、4 a、6 a和10 a(M2、M4、M6和M10)的苜蓿种植地为研究对象,通过野外分层采样与室内测定,依据颗粒体积分形理论,研究了排土场苜蓿恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征及与土壤特性的关系。结果表明:研究区土壤各粒径含量以砂粒为主,粉粒次之,粘粒最少;随着苜蓿恢复过程,粘粒与粉粒含量整体表现为先增加后下降的趋势,且在M4阶段达到最佳,砂粒反之。土壤分形维数变化在2.09—2.57,在苜蓿恢复过程中先增大后减小,在M4阶段达到最大。土壤分形维数与粘粒、粉粒具有极显著正相关性(P<0.01),与砂粒具有极显著负相关性(P<0.01);土壤分形维数与电导率呈极显著负相关关系(P<0.01),与pH值和速效钾含量呈显著负相关关系(P<0.05),与碱解氮含量呈显著正相关关系(P<0.05)。在半干旱矿区排土场采用苜蓿恢复模式,可用土壤分形维数表征土壤特性,应重视恢复年限的调控,适时进行适宜的利用与改造,确保矿区生态恢复的可持续性。