（地质工程专业论文）口孜东新生界底部含水层参数随机分布规律研究.pdf

摘要 摘要 口孜东井田为全隐伏井田，上覆有平均厚度达5 9 1 6 0 m 左右的新生界松 散层，其中含有多个含水层组。在井田范围内，新生界松散孔隙含水层在 厚度、岩性结构和水动力学参数三方面均显现出极强的不均匀性和各向异性。 由于新生界底部含水层是矿井的充水含水层，其水文地质参数的空间分布将 成为矿井今后的防水煤柱留设方案的设计依据。井f h 资源勘探阶段对新生界 底部含水层仅进行了三次简易抽水试验，据其结果难以获得水文地质参数的 分布信息。 本文利用钻孔取芯的土工试验来了解底部松散沉积物的粒度成分，通过 量化各钻孔各分层的测井曲线取得测井参数，运用多元地质统计法推求出测 井参数与特征粒径的统计关系，并用其对采区松散层底部含水层粒度成分进 行全区预测。在此基础上引用与口孜东井田相邻、且水文地质条件相近的板 集井田所取得的经验公式计算出口孜东井阳新生界底部松散层钻孔尺度下导 水系数和平均渗透系数等水文地质参数，然后用地质统计学方法对井田内基 岩面标高、新生界底部含水层厚度、反映含水层岩性结构的特征粒度以及含 水层的渗透系数和导水系数等水文地质参数进行空间变异结构与各向异性分 析，并采用k r i g i n g 法对各参数进行了空间最优估计，得出了各参数平面分 布规律。 根据新生界底部含水层水文地质参数的分布，本文对井田内该含水层进行 了富水性分类和分区，并结合煤层露头线分布预测了新生界底部松散层对煤 层开采的影响，提出了针对新生界底部含水层的防水煤柱的留设原则。 图2 l表3 3 参考文献6 0 关键词：新生界含水层：水文地质参数；测井参数；随机分析；防水煤柱 摘要 a b s t r a c t k o u z i d o n gc o a l f i e l di sac o m p l e t e l yc o n c e a l e do n ec o v e r e dw i t hav e r yl a r g ea i l d t h i c kc e n o z o i cu n c o n s o l i d a t e ds e d i m e n tw h o s et h i c k n e s sa f n o u n tt oa b o u t6 0 0m e t e r s a j l ds e v e r a la q l l i f e r sa r ec o n t a i n e di nt l l i sl a 唱ea i l dm i c ku n c o n s o l i d a t e dl a y c r t h e s e a q u i f b r s a r ea i i i s o 虮) p i ca n d嬲y m m 嘶ci nt e m so ft h i c k n e s s ， l i t h o l o g y a n d h y d 胁g e o l o g i c a lp a m m e t e r s 1 1 1 ew a t e r 曲u n d 粕c es t a t eo ft h ei l i l d e r l y i n ga q u i f e r s d e t e n i l i n 豁也et y p e sa i l dt l l i c l m e s so f w 砒吼p r o o f c 0 面p i l l a 培t 0b ed e s i g n e di l lt 1 1 en e 盯 缸u r e f i r s t l y ag e o m e c i l a l l i c st e s ti si m m d u c e di nt l i i sa n i c l et oo b t a i n 曲ed a t a0 f m e b o r e h o l e 删埘哆c o m p o s i t i 卸dt l l ew e l l - l o 站i n gc u r v c s t h r o u 曲m l l l t i v 柚曲l e a p p m a c h ，t h ew h o l ec o a 墒e i ds t a t ei sp r e d i c t c di nr e s p e c to fg r a n u l a r i t y s e c o n d l y ，t 1 1 e h y d l _ o g e o l o g i c a lp a r a n l e t e r ss u c ha sw a t e rc o n d u c t i o nc o e f f i c i e n ta n da v e 豫g ew a t e r p e n e 仃a b i l 姆c o e 衔c i e n ta r ea c l l i e v e du s i n gd r i l l h o l eda _ t a ，e x p c r i m e n t a lr e s u l t s 锄d 也e e x p e r i e m i a lf o 咖l l l a st l l a tw e r em a d ei nb 蛆j im i n e t h i r d l y ，t h ep l a i l ed i s t r i b u t i o n so f p a r 锄e t e r s ( b e d l o c ke l e v a t i o n ，a q i l i f e rt l l i c k n e s s ，w a t e rc o n d u c t i o nc o e m c i e n l ，a i l d w a t e rp e n e t r a b m t yc o e m c i e n t ，e t c ) a r ed i s p l a y e dt l l l o u 曲s t a t i s t i c a lr a i l d o ma i l a l y s i s a n df i i l a l l y ，c o m p a r e d 、) l ，i t hap 啪p i n gt e 瓯m ee 任b c to fc o nc o a lm i i l i n gi sa p p 豫i s e d b ya j l a l y z i n gs y n t h e t i c a l l yt l l ed i s t r i b m i o no fc o a lo u t c r o p c o a l f i e l dt e c t o l l i c s a n d w a t c ra b 咖d 锄c ed e g r e e a tt l l ee n do ft l l i sa n i c l e ，ap m p o s a la b o u tt h ed e s i g no f w a t e 印m o f c o a lp i l l a r si sa l s op u tf o 枷 f i g u r e 2 1t 曲i e3 3r e f e r e n c e6 0 k e y w o r d s ：l a r g e 锄dt 1 1 - c k 岫c o n s o l i d a c e dl a y e r s ，、e l l l o g g i n g ，h y d m - g e o l o g i c a l p a r a l n e t e r s ，r a n d o m 孤a l y s i s ，w a t e r p r o o f c o a lp i l l a r s 插图和附表清单 插图或附表清单 附表1 口孜东井田底含土样粒径分析成果表 附表2 口孜东井田松散层岩性统计表 附图1 口孜东井田松散层等厚线图 附图2 口孜尔井田底含枯十层累计厚度等值线圈 附图3 口孜东井田底含渗透系数等值线图 附图4 口孜东井田底含导水系数等值线图 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞徼堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：莉包鲢蓬签字日期：o 年月f 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞徽堡兰太堂有保留、使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权塞筮堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 。同时本人保证，毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为安徽理工大学。 、名愕手 f 签字日期：o 年月门日签字日期：伊年f 月，明 引言 引言 随着淮南煤田东部煤炭资源逐渐枯竭和煤炭开采力度的加大，现有生产矿井 的后续开采能力难以保证今后各大采矿企业的稳定发展和华东地区对煤炭资源的 需求，因此开发皖西北地区的煤豳已是保证我省今后经济稳步增长的必行之举。 口孜东井田就为国投新集能源股份有限公司的在皖西北新勘探的后备井田。 口孜东井田的煤系地层之上覆盖有巨厚的新生界松散沉积物，其厚度为4 2 6 1 8 m 6 8 7 6 0 n l ，平均厚度达5 9 1 6 0 m 左右，并含有多个含水层组。已有的钻探结 果表明，在井田范围内新生界松散孔隙含水层在厚度、岩性结构和水文地质参 数三方面均显现出极强的不均匀性和各向异性，水文地质条件受区域构造及新构 造运动的控制，深、浅层地下水的分布存在明显的差异，并且其底部含水层中孔 隙水压值非常之大。在此类含水层下采煤，各主采煤层防水煤柱的留设尺寸不仅 取决于煤层厚度、倾角和顶板岩体特征，而且取决于含水层的厚度分布、各含水 层之间的水力联系以及含水层的水文地质参数及其在空间上的变异程度。 鉴于国内目前尚没有开采巨厚含水层下隐伏煤层的经验( 鲁西南煤田、皖西 北的板集井田虽有巨厚松散层块段但目前还处于勘探和建井阶段) 。国外，也只有 德国和美国有个别真正巨厚松散层( 厚度大于5 0 0 m ) 下采煤矿井，据他们开采经 验，由于巨厚松散盖层的不均匀性和各向异性格外显著，并且其水文地质参数随 孔压的变化而变化，因而难以用常规实验和理论确定此类含水系统的补、径、排 条件及水文地质参数，使得井田防水煤柱留设过分偏于防守，造成资源大量浪费， 矿井服务年限大大缩短。 对两淮新矿区厚松散层已开展一些关于松散层的沉积环境、富水性及在厚松 散层的如何开采露头附近煤层等研究，并在部分查明较好的地区进行提高开采上 限的试验，研究和开采经验表明该区内底部松散含水层厚度和富水性在区域内差 异很大，其富水性强弱决定了浅部煤层开采时防水、防砂煤柱留设类型及大小。 但对如此巨厚的松散层矿井也是首次遇到，以前对该区内的底部含水层认识仅是 靠个别普查钻孔，在加上深部含水层信息获取困难等，因此目前对该井田区域内 的底部松散含水层认识还存在很多不足，利用还未成熟的邻近矿区经验来指导该 煤矿的开采还存在很多商榷之处。 限于此类矿井( 巨厚松散层) 的开采先例经验不足及对该新区新地层的水文 地质特性及变化规律尚未准确了解，给此类矿井的开采及浅部煤层合理留设防水 安徽理工大学硕士论文 煤柱的设计带来很大的困难，通过本课题研究来对该井田内新生界底部松散层富 水性作出合理评价与分区，并对今后该井田煤层开采影响进行分析预测，因此开 展本课题研究，有很好的现实意义和实用价值。 2 研究现状、内容和本课题的技术路线 1 1 研究进展 1 研究现状、内容和本课题的技术路线 近年来国内对厚松散层和开采其下覆煤层留设防水煤柱的研究相关报道很 多，其大都集中在两淮和鲁西新区井田。其研究内容主要集中在以下几点：新 区厚松散层的成因、分布趋势与含水层划分对比l i 2 j ；新区内厚松散层的第四含 水层的发育程度、岩性结构及其分布规律p j ；松散层底部含水成的富水性程度、 岩性结构类型等对煤层开采影响及在厚松散层下开采如何留设防水煤柱【4 巧】；煤 层开采对厚松散层的影响掣6 棚。研究同时也使人们更加清楚地认识到厚松散层是 一个非均质性、各向异性极强的地质体，其水文地质参数随空间、。尺度和方向而 变化，具有结构性和随机性的二重属性，并且其水文地质参数随着开采对其某一 因素的影响而改变，是离散又空间自相关的非稳定参数。底部松散含水层的富水 性，直接决定着防水煤柱的留设类型，底部含水层的富水性又受着其岩性结构、 发育厚度、渗透性等因素的影响1 9 j 。 随着地下水环境研究深入，特别是对污染物在非均质孔隙介质中运移规律的 研究表明非均质松散层的水力学参数存在很大的空间各向异性及空间尺度效应， 即在不同观测方向和不同观测尺度下其参数发生变化叫”。尺度效应的存在就违 背了很多定律和理论中“水文地质参数是一常量”这一假设，这也是很多理论计 算推断与实际情况发生很大偏差的主要原因【1 2 。“】。为此很多国内外学者对参数尺 度效应进行研究并提出一些新的数学理论和方法f l 孓，综合国内外文献来看，水 文地质参数的尺度效应主要有两种：一种是参数本身求取的尺度效应，如利用钻 孔岩芯求取的渗透系数与抽水试验获取的渗透系数存在的差异，对于该类尺寸效 应主要是通过改变测试尺度，拟合出其不同尺度下的变化趋势，推求出所谓的准 表征单元体尺度下的等效参数。在水文地质中主要是采用室内微观实验、常规实 验和现场不同降深( 水压) 条件下抽( 注) 水试验下求取的水文地质参数进行其 尺度效应研究。矿区水文地质中也有相关的尺度研究报道，但现今我国煤矿勘查 过程中现场试验一般只采用两三次降深抽水试验，降深差异不是很大，因此涉 及的尺度格局太少，只能做到大概的趋势评价，而不能精确到每一尺度下的具体 效应值。对于该类尺度问题研究在实际运用主要牵涉到的两个问题：一是参数的 升格，即由小尺度的实验参数升格修正到计算模型单元或区域尺度下等效参数： 二是对尺度很大的区域参数进行降格到细微模型单元尺度下参数。参数升格与降 安徽理工大学硕士论文 格在国内研究报道甚少，国外在地下水污染模拟中对弥散系数和渗透系数等参数 作了大量的升、降格处理。可升、降格仍在尝试，方法繁多，现在还没有一种泛 泛的方法得已推广。 另一种尺度概念，就是随机参数场本身在空间分布上的尺度效应，即空间变 异格局上的尺度，不同格局下参数有着不同的变异程度l l m o 】。研究参数场在空间 上分布的规律性及变异性往往要结合其非均质性的另一特征表现离散性一起 研究。参数场随机性研究方法现主要是经典概率统计学中的随机场理论，该理论 将水文地质参数看成是一随机变量来研究，视其形成和分布是受规律性及随机性 相结合的过程。随机场理论要以参数场符合对数正态分布为假设前提，且其研究 并不考虑随机场在空间位置上的变异，使得该方法运用到空间变异并不能很好符 合对数正态分布的水文地质参数中受到很大限制。小波变换、分形理论、地质统 计学等方法发展充实该领域的研究。小波变换是从傅立叶变换发展而来，是通过 变尺度窗口进行数据平滑将随机性带入的噪声剔除，尽量显示出其规律性：分形 理论主要研究变量在不同尺度下出现的自身相似性来研究其空间场的分布规律； 地质统计学是利用随机变量在不同尺度空间上的相关程度来研究随机场的空间变 异规律。对参数场研究的目的是根据场的特点把点的参数数据推广到二维平面或 三维空间参数的分布，其中主要技术问题是对空间任意一点进行估值。传统估值 方法以线性差值、趋势分析、反距离加权平均值等为代表，这些插值方法没有考 虑变量的空间变异结构性，以地质统计学为基础的空间最优估计理论很好的解决 了这种空间变异随机性和结构性二重性区域化随机变量场的估值问题【2 i _ 2 3 】。 地球物理测井技术( 简称测井) ，是应用地球物理方法来研究、解决钻孔、井内 地质结构构造和地质条件、地质环境的一种技术，它也是工程物探之一，或称工 程测井方法。测井技术，包括电法、磁法、电磁、弹性波、放射性、温度场等测 井和跨孔测量，透视及层析技术等，自7 0 年代以来，由于电子计算机技术应用于 测井，使得测井资料不但可以用来解决油气勘探中的各种地质问题，而且在煤田 勘查中用来解决水文地质、工程地质和环境地质问题发挥了重要作用。经过多年 探索，测井技术在石油界发展迅速，已经研究了一套地质、测井、石油及地震多 工种紧密结合、多学科相互渗透印证、新老测井资料结合、以少量岩芯刻度测井， 充分运用各种地质、测井、试采信息进行复杂油气藏综合定性、定量评价的系统 工程方法【3 2 书】。有人根据地层倾角测井资料解释古生代地层复杂的推覆体构造， 根据声波测井资料推算老地层的抬升高度或剥蚀厚度，根据泥岩电阻率估计古沉 积水体的含盐度，并结合泥岩的放射性特征和声学特征解释地层的沉积环境，根 4 研究现状、内容和本课题的技术路线 据泥岩的声波时差值判断沉积能量的高低，并结合泥岩的电阻率指示陆相泥岩的 有机质丰度及母质类型【列；周延奎从现有物探测井技术出发，对含水层的导水系 数、渗透系数、粒度中值等测井解释模型进行了探讨研究【3 5 1 。黑龙江煤田地质局 利用美国m o u n t s o p 刚s 数字测井仪对塌陷区的裂隙、冒落带及塌陷地层进行 综合解释，取得满意的效果p 6 】。王志荣等利用地球物理测井资料来解释煤层顶板 构造岩岩体的力学强度，收到很好的效果【3 ”。但在煤炭界，由于测井技术的发展起 步较晚，现有的研究还仅局限于定性评价，即使有部分定量研究，所得经验公式 也不具有推广性。 过去，生产实践中多数人采用传统的人工线性插值方法，传统的单元剖分与 初始水位分布多是通过在地形图上手工插值计算进行的，根据已有的钻孔资料或 观测资料，逐层作出含水层各参数等值线图，然后再在平面图上插值，算出每个 节点的参数值，最后把算出的值输入计算机 帅j ，如果实测数据多且分布均匀，这 种方法能取得好的效果，但这种方法一般需要经验丰富的水文地质工作者承担， 需要花费大量的人力与时间，还往往会因人而异，受经验判断的影响很大，缺乏 一个客观的标准，不能高精度地反映水文地质变量的非线性变化。若实测数据少， 则效果较差。后来人们采用的趋势面模拟模式。其基本假设是一系列空间数据相 互相关，实测值的趋势是与它相关的其他变量的函数。如果实测数据多且分布均 匀，这种方法也能取得较好的效果，且费人力和时间较少，若实测资料不足时， 则不能取得较好的效果，误差较大。因此它的应用也受到限制1 4 1 1 。 地质统计学是数学地质领域中一门发展迅速且有着广泛应用前景的新兴科 学。地质统计学的基本思想从本世纪5 0 年代初开始提出，6 0 年代在法国统计学 家m a l e r o n 的大量理论研究工作的基础上逐渐趋于成熟，并经过广大数学地质工 作者、地质统计学工作者、矿山地质和采矿设计专家及其它地质统计学应用者和 爱好者的不断努力，现在已经形成了一套独立的理论体系，成为数学地质中比较活 跃的一个分支【4 5 】。7 0 年代地质统计学引入我国，在各领域得到广泛运用，经生产 实践表明，地质统计学除了在异常评价、找矿勘探、矿体圈定、储量计算、采矿设 计、矿山生产及地学科研等方面具有明显的优越性外，它在石油、农林、环境、水 资源及工程她质等许多方面都有成功应用的实例，特别是在油藏描述中，地质统计 学已经受到高度重视1 4 6 】。8 0 年代，国外g a m b o l a t i 、y e h 、d e l h o m m e 、c l i r o n 等 将克里格方法用于水文地质方面。在国内，考虑到非平稳的区域化变量问题，他 是一种对空间变量或参数求最优、线性、无偏内插估计量的方法。主要优点是若 实测数据少的时候，也能使求得结果的误差较小，且程序基本上具有通用性，可 安徽理工大学硕士论文 以减少人工干预，更节省了大量的机时，提高工作效率，增大了估值精度。候景 儒、赵鹏大、孙洪泉、张征等人在此地质统计学推广运用领域作出卓越贡献，候 景儒将地质统计学另称为空间信息统计学。现今地质统计学研究的主要新进展在 于：研究域高维化：研究信息多元化；计算变异函数或协方差函数的方法多样化； 与稳健统计学结合化等。 近几年，地质统计学在煤矿地质中也得到广泛运用，主要运用于储量计算、 地下水位估计、含水层顶底板标高估计及钻孔优化设计等方面。运用收效很大， 但是同时也反映出很多问题：( 1 ) 地质统计学的平稳和内蕴假设在实际中不一定 符合：( 2 ) 钻孔的间距与分布与实验变异函数拟合的步长很难吻合；( 3 ) 研究区 域相对较小使其最大滞后距离不能达到拟合变程的要求；( 4 ) 地质统计学的平滑 效应掩盖了很多异常信息等。 含水层水文地质参数求取方法进展主要是在其实验方法上的改进及各参数间 的多元统计分析，寻求一些敏感难确定参数与其它一些相对易得且可靠参数间的 统计关系，并用此关系对敏感参数进行预测。 1 2 课题研究目的 按照我国现有的相关规程，在含水层下开采煤层时防水煤柱的留设依据主要 是采厚、采高、煤层倾角、顶板岩性及其力学性质等因素，而未考虑含水层的物 理性质、水理性质和水文地质性质及其在孔隙水压发生变化后的改变，亦未考虑 基岩风化层的上述性质。口孜东井田的松散层底部含水层具有孔隙水压高、土层 结构多变、含有大量的弱渗透性夹层以及下伏有厚度不等的基岩风化层等特点。 这些因素对煤层内开采条件下底含水能否下渗均起到控制性作用。因此，开展本 课题研究的目的就是在了解底含的厚度和岩性结构的变化规律基础上，研究确定 底含水文地质和工程地质参数及其随孔隙水压变化而变化的趋势，从而为防水煤 柱的合理留设提供关键性依据。 1 3 研究内容 本课题主要研究内容是充分利用现场测井资料提取测井参数，并根据室内土 工试验来寻求测井参数与特征粒径指标问关系，引用邻近板集井田的特征粒径与 渗透系数的相关关系来对本井田范围内底含的渗透系数进行量化预测，并在此基 础上结合钻孔资料求取底部松散层的导水系数及平均渗透系数等参数。利用地质 6 研究现状、内容和本课题的技术路线 统计学的随机原理分析各水文地质参数得空间变异规律，从而进行网格节点最优 估计得出各参数平面分布规律，综合各水文地质参数分布特征对底部松散含水层 进行富水性分区及评价，并对今后煤层开采影响预测及防治措施进行建议。具体 内容子项可分为如下几点： ( 1 ) 新生界底部松散层测井参数的提取与统计分析。 ( 2 ) 新生界底部松散层粒度成分的室内试验研究。 ( 3 ) 新生界底部含水层组厚度和岩性结构的变化规律。 ( 4 ) 新生界底部岩性及其粒度组成与声波测井值之间的相关性，并用其相 关关系对底部松散层的粒度进行预测。 ( 5 ) 引用邻近板集井田的研究结果( 粒度与渗透系数问关系) 对底部松散 层的等效渗透系数进行预测。 ( 6 ) 新生界底部含水层组水文地质参数变异特征及其分布规律研究 ( 7 ) 新生界底部含水层组富水性研究； ( 8 ) 底部松散层富水性对今后煤矿开采影响评价； 1 4 研究意义 开展本课题研究，其理论意义主要体现在： 对大量测井资料进行定量统计研究，并用间接的方法推求水文地质参数； 更深入了解巨厚松散层底部含水层的沉积环境、分布规律空间变异特征； 为把地质统计学随机理论推广到水文地质参数的各向异性、非均质体及空间分 布等方面研究提供实例充实； 实际意义主要体现在： 充分利用大量的测井资料为底部含水层的含水性进行评价； 对底部松散含水层对今后矿井生产的威胁作预测评价； 为该矿或该类矿井预设合理防水煤柱提供借鉴。 1 5 研究思路与技术路线 根据以上研究内容和国内外相关领域的进展设计出流程图l 所示的研究技术 路线： 图l 技术路线流程图 安徽理工大学硕士论文 藏岭卜 羊蓠浔冷薄辫姆 辞孑l垮蕈漤卑 莉吩冷湖塑书蜘 撵一书苗赢，蔼雠一 弓l盈禽：i丘茼将书田 舔：i嚣淤潜灯谗阎于旨 莉雷墨盏冰因群 狲褂笾_井髓姜j灯伞蓠溉于旨莉雷盏凇吲肄 母雄霹露酒|旨茹港瞄窳打斟盈 望盗盖冰圄肄滔墅伞羊*j参婊ji罨潜 妒妊霹舔j爱豸；洋溢瞄高打斟田 雨吩辞卜湖猢卑询阕 冷斟汩萄*薛草$ 伞聿占孑l旃吩母堆 薛冷湖湘滴 啦辞孑l旃岭洳爵誉冷湖嚣站离浔滴阕 啦窭孑l旃吩姐zk粼 潍打书薅舔：i嚣豸；潜 母孑l 啉雌兼斟 藩辩啦诳融t j c 赣蒴 誉趣藩海灞卑枨鼍淞*h藩海：参潜潦彳亍瞄窗埘翔冷蒜灯滩窘辞卑 鄱才(汛潜泔莓 串斟阿冷冈 疑吩澜溉凿寄湖獬卑澜阕冷卦j及冷冈 旃鬻蓠薅吩*湖哪才(醉冷冈打蔫$ 卅滟箍_|薯潮滟昶善冷尊滔配够i藩鼯2；【 圃_i滋*察潞藩黼硒 蒜膂啦啦藩谌 口孜尔升田地质条什概况 2 1 井田地理位置 2 口孜东井田地质条件概况 口孜东井田位于安徽省阜阳市颖东区与颍上县交界处，西距阜阳市3 0 k m ，行 政区划属阜阳市管辖。井田的地理坐标范围：东经：1 1 6 0 0 5 + 0 0 。1 16 0 1 30 0 。，北 纬3 2 1 6 3 0 3 2 。5 43 0 。东起f 1 2 断层，西至d f 3 断层，北起太原组第一层灰岩 顶面露头线，南至f l 断层，走向长7 4 k m ，倾向宽3 o 7 3 k m ，井田面积约3 3 6 k m 2 淮( 南) 阜( 阳) 铁路自本区南侧经过，阜( 阳) 淮( 南) 公路穿过本区。 济河、颍河位于本区南侧，东部有颍河支流流经本区。陆路、水利交通均较方便。 本区为淮河冲积平原，地形平坦，最高地形标高2 7 5 8 m 主要河流有济河、颍河及 颍河支流。 2 2 井田地质特征 图2口孜东井田地理位置示意图 f i 9 2 1 飞eb a m a po f k o u z i d gc o a l n e l d 淮南煤田位于华北板块东南缘，北邻蚌埠隆起，南靠合肥坳陷，东起郯庐断 裂，西至商丘麻城断裂，东西长1 8 0 k m ，南北宽1 5 2 5 k m ，面积约3 2 0 0 k m 2 淮南煤田呈复向斜形态，主体构造线呈北西西走向，两翼有低山出露太古界五河 9 安徽理工大学硕士论文 群、下元古界风阳群、上元古界青臼口系八公山群和震旦系徐淮群、古生界寒武 系、奥陶系。轴部具有次一级宽缓褶曲，以石炭二叠系含煤地层为主，上覆新生 界一般厚2 0 0 5 0 0 m ，南翼有阜风、舜耕山逆冲推覆构造，北翼有明龙山上窑 山重力滑动构造。北北东向的区域性断层叠加在北西西向的主体构造线上。勘探 结果表明，井田总体为一轴向北西的不完整向斜构造，南翼地层平缓，倾角一般 为5 1 旷，北翼稍陡，倾角一般为2 0 左右。区内发现正断层2 6 条，逆断层4 条， 共3 0 条，其中最大落差大于或等于5 0 m 的断层有l o 条，大于或等于3 0 m 小于 5 0 m 的断层有4 条，大于或等于2 0 m 小于3 0 m 的断层有5 条，小于2 0 m 的断层 有1 1 条。上述断层中控制程度可靠的有1 7 条，较可靠的6 条，控制不足的有7 条。各断层的产状、位置和控制可靠程度如表2 所示。 图3 口孜东井田构造示意图 f i 9 3 t h et e c t 呻i cs k e i c hm 印o f k o u z i d o n gc o a m e l d 口孜东井田位于淮南煤田的西部，井田为全隐蔽井田，地层层序与淮南煤田 o 口孜东井田地质条件概况 各勘探区相同，据钻探揭露，井田地层有老到新有：上太古界；上元古界青白口 系：寒武系：奥陶系中、下统；石炭系中统本溪组、上统太原组：二叠系下统山 西组、下石盒子组，上统上石盒子组、石千峰组：三叠系下统；新生界上第三系 及第四系。其包括4 个含煤段，共含有1 0 个可采煤层。( 见表1 ) 表l ： 口孜东井田可采煤层一览表( 来源于煤田地质局勘查报告) t 曲l e ln em a i nc 捌so f k o u z i d o n gc o a l f i e l d 2 3 井田水文地质概况 根据含水系统的介质特征，口孜东井田的地下水系统可分为新生界松散层孔 隙水、二叠系砂岩裂隙水和石炭系太原组岩溶水三个含水子系统。 井田内新生晃松散层两极厚为4 2 6 1 8 m ( 8 8 。孔) 6 8 7 6 0 m ( 2 7 一孔) ，平均厚 为5 9 1 6 0 m ，其厚度变化受古地貌形态控制，厚度变化规律是从东向西，从南、 北部向中间增厚。局部古地形隆起地段第四含水层( 组) 缺失。区内松散层自上 而下可分为四个含水层( 组) 、三个隔水层( 组) ，其含、隔水层( 组) 的水文地 质特征见表2 。 二叠系砂岩裂隙含水层岩性以中、细砂岩为主，局部为粗砂岩和石英砂岩， 分布于煤层、粉砂岩和泥岩之间，岩性厚度变化均较大，除1 ，5 煤顶板上砂岩较 安徽理工大学硕士论文 表2 新生界松散层含、隔水层( 组) 水文地质特征表 t a b l e 2t h ep r o p e r t i e so f c 朋o z o i cu n c o n s o l i d a t e ds e d i m e n ta tk o u z d o n gc o a e l d 含、底板埋深 组厚( m )纯厚( m ) 田狄页b 弦舣甲捌够、槭土厦炒、炒赝莉土组厩。 砂层厚度变化大，分布不稳定。据邻区刘庄抽水资 料水位标高2 3 8 3 5 24 8 8 2 m ，q = o 2 7 9 1 2 5 l 二含 缱一蚰7 02 i j ，- m mm 一”m 1 s 啊，k = 4 5 0 7 2 2 8 5 6m d ，矿化度0 3 8 1 7 ，醴j 2 6 0 4 9g 1 ，水质类型h c 0 3 一s 0 一水。从本区 砂层厚度分析富水性弱中等。局部地段可作为供 水水源。 二隔 7 9 4 5 9 34 5 6 2 5 2 0 5 ，o 1 6 加 该组以灰绿灰黄色粘土，砂质粘土组成，局部 拍6 31 2 w1 0 8 l 夹薄层粉细砂，粘土质砂粘土分布较稳定，能起 上部以灰绿色中细砂为主，含粗砂和粉砂，夹多 层粘土薄层。据邻区刘庄抽水资料，水位标高 三含 3 s 25 0 一4 2 53 d一3 4 3 1 8 3 m 一2 “3 5 1 4 6 2 8 m q = o 5 8 7 l s mk = 7 2 5 m d ，水质为 1 1 2 i5 02 2 4 h c 仉c 卜n a 水，是矿井主要供水导位。下部由灰绿、 杂色、浅棕红色中细砂和半固结粘土为主，据邻区 由灰绿色厚层粘土、砂质粘土和多层细、粉砂组 三隔 4 2 61 8 6 1 5 ，56 i 船一2 i o 成。粘土质细、纯、可塑性较强具有膨胀性，粘 5 6 0 i 卯5 78 77 9 土厚度大，分布稳定，隔水性能好，是区内重要的 隔水层( 组) 。 2 口孜东井田地质条件概况 含、底板埋深 组厚( m )纯厚( m ) 隔水 ( m ) 一一一一一一。 水文地质特征 层 星尘= 量盔星尘= 量盔量尘= 星盔 名称 平均 平均平均 四含! 芈铲 0 一8 7 1 0 3 2 0 7 一一 一_ j ：含水层( 组) 由上部灰白、灰黄色中、细砂层( 西部) 0 一7 43 5 2 22 7 和下部棕红色砂砾层、砾石层、粘士砾石构成( 全 区) ，砾石层问有棕红色粘土，砂质粘士分布。除8 8 。 ；t o 两孔无沉积外，其余地段均有沉积，含水层厚度 油东向西增厚。井田内抽水3 次，水位标高1 5 6 5 5 1 9 2 4 m ，q = 0 0 0 0 4 7 o 0 0 3 7 8 1 s m ，k = o 0 0 1 5 3 n0 0 3 7 8m d ，富水性弱，矿化度1 7 4 1 8 2g 1 。： 水质类型c 1 一n a 水，水温2 0 2 4 。 稳定外，其余分布均不稳定。依照与主要可采煤层之间的关系和对矿坑充水影响 程度的大小，可划分为基岩风化带和1 3 一l 、1 l 一2 和8 5 煤层顶底板3 个含水层 ( 段) 。基岩风化带的厚度一般为2 5 3 0 m ，富水性弱。 太原组灰岩岩溶裂隙含水层埋藏较深，钻孔未揭露全层厚度，据区域地层资料， 地层总厚1 1 0 1 3 0 m 左右，含灰岩1 3 层。除第3 、4 、1 2 等三层灰岩厚度大，分 布稳定外，其余均为薄层灰岩，富水性中等。 安徽理工大学硕士论文 3 底部松散含水层的试验研究 鉴于板集井刚的同类研究成果已证明，新生界孔隙含水层的渗透性与含水层 的粒度分布有很好的相关性、含水层的渗透系数可用以特征粒度为自变量的回归 方程来预测，加之口孜东井田的新生界底含粒度分布极差很大、所取的岩芯中约 4 0 的样品为砾石，4 4 为固结粘土，难以进行渗透试验，因此本次试验研究仅 对含水层的粒径分析试验进行了研究。 3 1 现场试样采集及其技术要求 了解松散层底部含水层和基岩风化带的水文地质性质、厚度等参数空间的分 布规律是本次研究的主要目的之一，因此在对这二个地层采样时，采样的密度和 质量都要达到一定的要求。在垂直方向上，每个钻孔采样的密度控制在每隔2 4 m 要至少有一个样，并且原则上对每一分层都要采集试样。采样范围是自第三隔 水层底部到基岩面的整个底部台水层组，厚度在4 5 8 0m 不等。本次采样随钻进 过程同步进行，提取的岩芯在完成编录后及时取样。试样选取扰动小、结构完整 的岩芯段，长度大于3 0c m 。取好的试样要立即装入p v c 样筒中加盖密封，以防 止试样发生失水固结。采样点在平面上的分布原则是沿大角度相交的勘探线均匀 分布，并且能达到地质统计学分析研究的要求。因此在勘探区的井田中央部位选 择了1 4 1 、1 4 3 、1 4 6 、1 4 8 、1 5 6 、1 6 - 1 、1 6 - 4 、1 8 2 、1 8 - 5 、2 0 1 、2 0 - 7 、2 1 - 6 、 2 2 1 和2 2 3 共1 4 个钻孔进行取样，此外对副井检查孔也采取了部分土样。在运 送过程中尽量减少振动、碰撞，以保持土样的原始结构。 采样钻孔、各孔的采样数量以及试样的描述定名如表3 所示。 应该说明的是，表3 中的大部分“砾石”样实际上是粘土夹砾石样，但由于 砾石块度的影响，取样过程中夹在砾石中的粘土易受到扰动而使其结构被破坏， 试样难阻保持原始状态，所取试样中的粘土成分往往在提升过程中流失造成试 样呈现以砾石为主的表象。此外，由于取样尺度的限制，部分试样仅由数个砾石 组成，由此也会造成描述误差。 组成，由此也会造成描述误差。 堕塑坠塑鱼坐星塑堕竺堕窒 表3 底部松散含水层组十样取样表 t a b i e 3t h es o 订s mp l i n gt a b i ei nl o w e r n l o s ta q u i f e r s 孔号坐标( y )坐标( x )坐标( z ) 采样总数 粘士砾干i砂 1 4 13 9 4 2 5 0 9 9 2 93 6 3 8 0 1 8 4 5 2 6 5 020 o2 1 4 - 33 9 4 2 4 7 0 9 9 5 3 6 3 7 2 5 3 4 12 6 5 51 0 1 4 6 3 9 4 2 4 0 8 6 0 13 6 3 6 0 5 0 3 92 6 3 8 1 4 8 3 9 4 2 3 6 8 0 5 13 6 3 5 2 4 52 5 0 7 1 5 书3 9 4 2 4 0 1 5 7 4 3 6 3 7 0 7 8 _ 72 6 6 3 1 昏13 9 4 2 3 8 6 3 3 33 6 3 7 7 3 2 5 2 2 6 0 4 1 昏43 9 4 2 3 2 5 1 3 23 6 3 6 6 1 8 7 72 4 3 6 1 8 - 2 3 9 4 2 2 5 6 8 73 6 3 7 2 9 5 1 12 5 9 2 1 8 - 53 9 4 2 1 9 8 6 6 73 6 3 6 2 3 6 9 52 5 4 8 2 0 - 1 3 9 4 2 1 3 8 9 9 33 6 3 7 1 1 1 5 22 5 3 3 2 0 _ 43 9 4 2 0 7 1 5 6 13 6 3 5 9 2 6 0 72 6 6 3 2 m 73 9 4 2 1 8 1 6 3 3 3 6 3 7 8 7 0 6 92 5 1 2 2 1 - 63 9 4 2 11 0 23 6 3 7 6 4 5 1 4 2 6 8 2 2 2 - 13 9 4 2 0 4 9 9 7 63 6 3 7 4 9 7 8 32 5 2 0 2 2 - 3 3 9 4 2 0 0 3 6 5 53 6 3 6 7 3 2 _ 7 22 6 8 5 比例( ) 5 50 l5l 443 6 5l 632 l 30 8 31 270 3 43 322 80l 041 4 2o 4 23 5 54 92 0 4 4 3 53 9 5 21 6 1 3 3 2 粒度分析实验 为了确定松散层底部含水层的粒度组分和分布规律，特对底含岩芯试样进行 了粒度分析实验。本次研究实验方法采用的是筛分法【4 引。 筛析法 该方法利用一套顺序孔径的标准筛来分离一定量的土样，得出各粒径组的相 对含量，然后通过计算确定土的粒度分布。实验步骤如下： 1 将土样风干并干燥，采用碾钵轻轻将结团士块碾碎； 2 充分分散后的土样采用缩分取样并称量过筛，振动1 0 1 5m i n ： 3 留在筛上的样再用净水从上到下进行冲洗，使附着在大颗粒表面上的小颗粒 1 5 7 住 ” 4他9竹7 9 5 6 9 私 安徽理工大学硕士论文 随水流而带走，冲洗干净后的样再放入烘箱烘干； 4 烘干后对各层筛上的土样进行称重，粒径 o 0 5 ) ，方差的来源 主要来自剩余方差，残差相对比较小，说明每个回归方程回归效果都显著。从残 差统计表( 表1 5 ) 可以看出其标准化残差的绝对值都小于3 ，根据概率分布的3o 原则，说明样本中已经没有了奇异数据，从残差分布图残差的正态p p 图中可以看 出这一点，在分布图中残差呈很好的正态分布，在p p 图中各点基本样均值为o 的 正态分布斜线分布。 表15 各模型特征粒径预测及残差统计表 t 曲l e1 5n l es t a t s t i c so f f o r a s t e dv a l 柚d 化s j d 删so f c h 椭c t e r i s t i c s 鲫u l a r j t yo f e a c hm o d e l 新生界底部含水层测井参数与水文地质参数相关性研究 频 教 c s 与l g d 3 0 之间的标准残差分布图 标准残差值 图1 1 模型2 回归残差分布图和回归方差p p 图 f i 9 1 1 t h e m a po f r e g r c s i o np pr e s i d u i sa n dv a r i 绷c eo f m o d l e 2 比较以上各模型的检验结果可以看出，模型2 的回归方程f 统计量值最大， 预测值的平均值最接近于实际样本的平均值，且标准差最小，因此认为对于整体 样本回归预测模型2 最好。而与极差的相关性较差，而且其剩余方差均大于回归 方差，f 统计量也明显小于均值模型的f 统计量，所以不能单独把它作为回归模 型，也就未对其预测值和预测残差进行统计，以上一元线性模型的回归方程系数 是一区间值，以下是均值一元线性模型的9 5 的置信区间表。 表1 6 各模型回归方程系数9 5 的置信区问 t 曲l e1 6t h ec o n f i d e n c ei n t e r v a i ( 9 5 ) o f 佗g 陀s i o n 如n c t i o ne f f i c i e n to f e a c hm o d e l 2 多元线性回归分析 采用最小二乘法分别求得的1 9 ( d 1 0 ) 、l g ( d 3 0 ) 和l g ( d 5 0 ) 与两个三向电阻率 参数指标( 极差和平均值) 的多元线性回归方程及其检验参数如表1 7 所示。 4 i 安徽理t 大学顾士论文 m o d8l g d l 0 = 一o 0 0 2 e j + o 1 1 8 e p _ 4 8 6 3o 8 0 76 3 8 34 1 6 l2 2 2 24 8 6 9 m o d9 l g d 3 0 一0 0 0 7 e j + 0 1 2 3 $ e p 一4 1 0 6 o 8 3 36 3 4 24 3 9 9 61 9 4 2 25 8 9 0 m o d1 0l g d 5 0 = 一o 0 0 5 丰e j + o 1 1 1 木e p 一3 3 1 1o 8 0 25 6 8 33 6 5 l2 0 3 24 6 7 2 m o d1 l l g d 6 0 = 一0 0 0 7 幸e j + o 1 0 4 幸e p 一2 8 2 0 7 7 65 2 5 43 1 6 32 0 9 l3 9 3 3 以上回归方程中回归系数的9 5 置信区间界限如表1 8 所示。 表1 8 ：多元线性回归系数分布区间 t a b l e1 8 t h ed i s t m u t i o n i n t e r v a lo f m u i t i - v 耐a b l e i i n e 盯r 昭燃s j o n c o d 侬c j e n t 将多元线性回归模型和一元线性回归模型相比较可以发现，前者的总方差和回归 残差都小于后者。虽然前者的f 统计量明显的变小，但其原因是由于多