煤层底板等高线图的编制.doc

编制煤层底板等高线图一、 实习目的掌握煤层底板等高线图的编制方法的步骤。熟悉不同地质构造在煤层底板底高线图上的表现形式。二、原理方法1、概述煤田勘探的最终目的，是为了了解煤层的埋藏深藏及其起伏变化，研究煤层的厚度、结构、煤质、储量、水文地质以及其它与开采有关的技木条件，对勘探区作出正确的工业评价， 为煤矿企业的设计、建设与开采提供必要的资料，以保证煤炭资源得到合理和顺利地开发。(1)基求概念煤层底板等高线图，就是用煤层底板等高线来表示煤层在空间的起伏及被断裂的情况，它可以帮助我们了解煤层底板的空间概念，掌握煤层产状和构造的变化。此外，还能表示古河流冲蚀煤层的界线，煤层尖灭线,岩浆岩分布的界线以及煤种牌号区划界线等，因而在煤炭资源勘探以及煤矿生产中得到广泛应用。煤系地层形成后，夹在地层中的煤层层面，包括顶面和底面，并不是一个平面，由于受构造变化的影响，大多为一空间曲面，它的起伏与变化，对煤矿生产有很大影响。同时，煤层底板等高线图编制的好坏，在一定程度上，也会影响对煤田的开发。在进行普查与勘探时，一般根据孔口标高及煤层底板深度资料可以获得煤层底面各点的标高，把各标高相等的点联结起来，就构成一条等值线，如果我们每隔一定高度 (如50米、100米等)，各选取一条等值线，把它投影到平面上，就成煤层底板等高线图，如图5-1。该图为一个煤盆构造，为了图示清楚起见，只画出半个煤盆，并表示出煤层顶板和底板的曲面，煤盆中虚线，为煤层底板曲面与水平面的交线，投影到平面上，成为五圈等高线，根据这五圈等高线呈同心圆状和外圈标高值较大这两个特点，很快就可以断定是一个煤盆构造，等高线之间的高差是10米，即h=10。所以简单地说，同一层面上高度相等的各点联线叫做构造等高线，用构造等高线表示煤层起伏形状的图，称之煤层构造图。一般常用煤层底面的标高来表示，故称煤层底板等高线图。图5-1煤层空间曲面在平面上的投影(2)图的种类根据层面选择及投影方法，一般常用煤层底板等高线图。如果煤层厚度大而且不稳定，为了更好表现煤层形态的全貌，也配套编制煤层顶板及底板等高线图。当煤层厚度很大时，有时也编制平分煤层厚度的层间面等高线图，或者大体上平分煤层厚度的某一层面(如某一层稳定夹矸顶面)的等高线图。但对倾角很陡的煤层，用平面投影往往影响精度，为了比较真实地反映其实际情况，采用立面投影或展反投影。图的大小，根据其用途而异，如果利用煤层来表现区域的构造特征，一般用较小的比例尺1:50000或1:25000的煤层底板等高线图。详、精查勘探常用的比例尺为1:10000或1:5000。如果是用于矿井开拓地区布置巷道和控制煤量，则常用的比例尺为1:2000或1:1000。 (3)实际资料和地质推断编制煤层底板等高线图时，应从编图的可能与用图的需要出发，合理的编图方法必须与足够的实际资料和正确的地质推断很好地结合起来，才能保证图的质量。1.实际资料 在编图时，必须以足够的资料为依据。如地质点、人工露头点、钻孔、老窑等，这些都是确定煤层位置所必须的资料。此外，为了解决构造等其他方面的问题，还需要各种其它实际资料，如测量数据、实际标本等。没有足够的实际资料，图件编制就失去必要依据，就会使地质解释和推断遇到困难。2.地质推断作为直接编图用的实际资料，其数量毕竟有限，仅仅根据若干实际资料，还不能有把握地全面掌握煤层的赋存情况，因此必须进行正确的地质推断，必要时可以作几个辅助剖面来帮助解释，尽量使地质推断符合客观实际的变化规律。如某一地段有两条勘探线，共布置七个钻孔，如图5-2。根据这些资料来编制煤层底板等高线图。从勘探线剖面图看，该地段总的来说是个单斜构造，其中包含着小的褶曲，用此资料来编制煤层底板等高线图时却出现了两种情况，一种是图4-2a的情况，单斜构造中东西方向有一个向、背斜;另一种是图4-2b的情况，单斜构造中南北方向为一个倾伏的背、向斜。图5-2 勘探线剖面图我们仔细分析一下图5-3a的等高线图，虽然总的形态仍然是一个单斜构造，但西部有一个包围3、4号孔的小穹窿，东部有一个包围5号钻孔的小煤盆，并且在2号孔附近有一凹槽，6号孔附近有一凸棱，这种形态显然是不合理的，稍有制图经验的人就能看出这一问题。再分析一下图5-3b的等高线图，总的形态仍然是一个单斜构造;其中改为一对轴线大致平行的倾伏向斜和背斜，这样就比较合理。为了验证一下推断是否五确，各作两个辅助剖面，分别见图5-4与图5-5。图5-3 煤层底板等高线图从图5-4第一方案看出，两个辅助剖面上的煤层曲线是奇形怪状，在较小的范围内有这样的构造变化，实际上是不可能的。而相反，图5-5第二方案的煤层变化，是比较合理的，从它们的形态来看，亦是常见的圆滑曲线。从以上实例可以看出，同样的地质资料，可以推断出不同的结果，可见地质推断是极为重要的。图5-4 第一方案辅助剖面图5-5 第二方案辅助剖面因此，实际资料和地质推断是保证图件质量的条件，它们是相辅相成的。实际资料越多，越有助于地质推断，并且能在一定程度上，弥补地质推断之不足。如果地质推断做得好，不但能够符合客观实际的变化规律，而且还能节约勘探工作量。并可对勘探工作进一步布置的轻重缓急作到心中有数。地质推断和实际资料之间的关系十分密切，一方面勘探工作离不开地质推断的指导，另一方面地质推断的正确性，则来自以往勘探工作的总结和当前地质勘探的验证。在地质勘探过程中，当实际资料积累到一定程度时，就应该结合地质推断，着手编制煤层底板等高线图，并随时根据新的资料，进行推断和修改。这样，在地质勘探工作的每个阶段结束时、就可迅速提出成果。通过一再修改便它逐渐接近于实际情况，并且能随时同陆续取得的实际资料互相校核，在边勘探边分析的研究中，对进一步的勘探起指导作用。因此，实际资料和地质推断，在图件编制过程中，应当很好地结合起来。2、煤层底板等高线图的性质和表现 (1)煤层底板等高线图的性质1.与地形等高线的共性 煤层底板等高线图与地形等高线图在原理上极为相似，都是一种标高投影的等值线图，因此，两者具有以下共性： (1)等高线上任一点高程相同； (2)不同标高等高线拒不相交； (3)等高线为一圆滑或封闭曲线； (4)等高线为一闭合曲线时，在底板等高线图上其曲率最大点与构造轴正交，如图5-6所示，而在地形图上等高线则与山脊线正交。图5- 6 闭合曲线的曲率2.底板等高线的特性地形等高线的连续性与圆滑性，一般是无条件的，而底板等高线的连续性与圆滑性有是条件的，即经常会出现中断、相交和分叉现象，常见有下列情况， (1)遇露头线和采空区时在地面露头线以外，煤层被剥蚀而不存在，因此，底板等高线遇露头线就发生中断。底板等高线遇到采空区时，因采空区没有煤层，同样也发生中断，如图5-7。(2)煤层尖灭和被冲蚀时煤层发生尖灭时，尖灭线以外煤层不再存在，底板等高线中断。煤层被冲蚀时，冲蚀区为碎屑岩所代替，底板等高线也中断，如图5-8。(3)岩浆岩侵入和产生岩溶陷落柱地区，都能形成相当大的无煤区，在这种无煤区的界线上，底板等高线就被切断，如图5-9。图5-7底板等高线遇露头线和采空区图5-8底板等高线遇煤层尖灭线和冲蚀区 5-9a 平面图 5-9b 剖面图图5-9 底板等高线遇岩浆岩和岩溶陷落柱(4)煤层分叉时当煤层发生分叉时，底板等高线亦出现分叉现象，如图5-10a,图5-10b。这时就应分别编制分叉后两个煤层的底板等高线图，两幅图上都应标出分叉线位置，以便分别计算储量。以底板岩石为底板的煤层称基本煤层，如图5-10c。以夹矸为底板的煤层称为分叉煤层，分叉煤层的底板等高线，遇到煤层分叉线即中断，如图5-10d。510a 煤层分叉 510b 煤层分叉剖面图510c 基本煤层 510d 分叉煤层图 510 煤层分叉时的底板等高线(6)煤层倒转时煤层受构造影响发生倒转时，底板等高线往往相交，所谓相交，实际上是在空间交叉，如图5-11。图511 倒转煤层等高线的空间交叉标高值为-10的等高线与标高值为-20、-30的两条等高线在空间交叉，标高值为-20、-30的两条等高线的被掩蔽部分用虚线表示，在剖面图上可以看出。在平面图上采用虚线，可以把等高线在空间的交叉关系，明显地表示出来。 (7)煤层断裂时当煤层遇到断层时，断层把煤层切断并发生位移，底板等高线发生中断，如图5-12。图512 煤层遇断层时底板等高线中断 (2)褶曲和断裂在图上的表现 1.单斜构造严格来说，真正的单斜构造实际上很少存在，只要煤层走向有些变化，就已经具备有向斜或背斜构造的特点了。单斜构造在图上反映为一组直线，如煤层走向与倾角不变、则等高向线大致为一组平行而均匀的直线，如图5-13。如果倾角有变化，则等高线疏密不均，等高线疏则煤层倾角小，等高线密则煤层倾角大，如图5-14。如果走向发生变化,则等高线为一组曲线，如图5-15。513a 平面图 513b 剖面图图513 走向与倾角变化图514 走向不变、倾角变化图5一15走向变化2.向斜构造底板等高线呈一组曲线或封闭曲线，向斜轴两侧等高线对应出现，靠近向斜轴的标高较低，远离向斜轴的标高较高，呈曲线状的多为倾伏向斜，如图5-16；呈封闭曲线状的多为煤盆构造，如图5-17。516a 平面图516b 剖面图图516 倾伏向斜517a 平面图 517b 剖面图图517 煤盆构造3.背斜构造底板等高线表现形式与向斜构造类似，但等高线的标高靠近背斜轴的较高，远离背斜轴的较低，呈曲线状的多为倾伏背斜，如图5-18；呈封闭曲线状的一般称背斜构造，如图5-19；如呈圆形，则称穹窿构造。518a 平面图 518b 剖面图图518 倾伏背斜519a 平面图519b 剖面图图519 背斜构造4.断层煤层受构造影响发生断裂时，、断层把煤层切断并发生位移，其底板不再是连续的面，等高线在断层处亦中断而不连续，上盘煤层与断层面的交线，称为上盘煤层断裂线，一般用点线-表示，简称上盘迹线；下盘煤层与断层面的交线，称为下盘煤层断裂线，一般用叉线x-x-x-表示，简称下盘迹线。如果断层是一个垂直面时，两条煤层断裂线在底板等高线上互相重合，这时可用点线加叉线表示。在一般情况下，当煤层遇到正断层时，底板等高线在图上表现为中断，在上、下盘煤层断裂线之间没有等高线通过，表示煤层缺失，见图5-12。当煤层遇到逆断层时，底板等高线在图上亦表现中断，上、下盘煤层断裂线之间互有等高线通过，表示煤层重复，如图5-20，特殊情况例外。520a 平面图520b 剖面图图520 逆断层煤层断裂形态，主要依靠煤层底板等高线图上的煤层断裂线形态以及断裂线和等高线共同显示出的种种缺失和重复现象表达出来，一般在编制断裂构造的煤层底板等高线图时，都必须用断层面等高线表示断裂形态，把断层面当做一个平面，因而断层的等值线也都是直线。如图5-21，把上、下盘迹线的同名标高值相连，就是断层走向线，并可求出其倾向倾角(a)。断层落差亦可以从图上求出，如将上盘-150米的煤层底板等高线延长，与下盘断裂线相交于O点，O点在下盘的高度为-125米，其间相差为25米，这25米就是断层的落差。图521 断层面等高线上面谈到，断层主要是依靠煤层断裂线形态表示出来，一般正断层上、下盘之间没有煤层底板等高线通过，逆断层上、下盘之间煤层底板等高线重复出现。但当断层面倾向与煤层倾向一致、断层面倾角小于煤层倾角时，正断层在上、下盘之间亦可以表现为煤层底板等高线重复出现，如图5-22，逆断层上、下盘之阿亦可以表现为缺失煤层底板等高线，如图5-23。图5-22 正断层切割向斜构造 图5-23逆断层切割向斜构造5.摺曲构造遇断层时的表现 (1) 向斜构造遇正断层 正断层上盘下降，下盘上升。一般情况下，上、下盘之间没有底板等高线通过，上、下盘煤层断裂线两侧同一等高线间的平距，上盘比下盘大，如图4-24。图524 向斜构造遇正断层 (2) 向斜构造遇逆断层 逆断层上盘上升，下盘下降。在一般情况下，上、下盘之间底板等高线重迭，上、下盘煤层断裂线两侧同一等高线间的平距，上盘比下盘小，如图5-25。图525 向斜构造遇逆断层 (3)背斜构造遇正断层在一般情况下，上、下盘之间没有底板等高线通过，上、下盘煤层断裂线两侧同一等高线的平距，上盘比下盘小，如图5-26。图5-26 背斜构造遇正断层 (4)背斜构造遇逆断层在一般情况下，上、下盘之间底板等高线重迭，上、下盘煤层断裂线两侧同一等高线间的平距，上盘比下盘大，如图5-27。图527 背斜构造遇逆断层6.断层遇断层时的表现当两条断层互相切割时，情况就复杂得多，如图5-28及图5-29，为-及-两个剖面，根据剖面资料，F2号断层切割了F1号断层。图5-28 -勘探线剖面图图5-29 -勘探线剖面图在煤层底板等高线图上，F1号被切断层的断层迹线被错开，F2主切断层的断层迹线亦是错开的，如图5-30。图5-30 断层遇断层时的煤层底板等高线图两条互相切割的断层，在煤层底板等高线图上有两种表示方法，一种是被切断层的断层迹线永远是错开的，如图5-31及图5-32；另一种是主切断层，其断层迹线一般也是错开的，但当主切断层的断层面直立或近于直立的情况下，上、下盘断层迹线重合或基本重合，其本身不发生错位，如图5-33。图5-31正断层切割正断层 图5-32正断层切割逆断层图5-33断层面直立时的底板等高线图3、煤层底板等高线图的编制掌握了足够的实际资料，进行了正确的地质推断，又了解了煤层底板等高线图的性质和表现，从而对煤层赋存及构造情况有了一个基本的概念，可以说就有了编图的基础。但还必须采用合理的编绘方法，才能将所获得的煤层在空间分布的概念，用煤层底板等高线图表现出来。煤层底板等高线图的编制方法，一般常用的有下例几种： (1)插入法用插入的方法来编制煤层底板等高线图，首先将钻孔和勘探线位置，按实测座标放在平平图上，在钻孔左上角注明编号，右下角注明煤层底板标高，然后在每一条勘探线上，根据每个钻孔的底板标高，插出要求的底板等高线标高;经过地质分析和推断，将这些标高相同的点，用平滑曲线相连，就绘成煤层底板等高线图，现以图5-34为例进行编制。图5-34 XX地区勘探工程布置图图中有四绦勤探线，共14个钻孔，要求等高距为50米，作煤层底板等高线图，其步骤如下：1.插出所需标高根据各勘探线上钻孔的底板标高，描出钻孔之间所需要的作图标高，如-100、-150、-200等。在第I勘探线上见煤底板标高，-1孔为-125， -2孔为-220，根据作图需要，其中可插出-150、-200两个点; -2孔为-220，-3孔为-175，其中可插出一个-200的点，其他助探线依此类推。第勤探线可插出两个-150的点;第探线可插出两个-200、一个-150的点;第勘探线可插出两个-150的点。2进行地质分析经过反复比较，发现所有钻孔的煤层底板标高，一般都是两头高、中间低，初步可以肯定基本上为一向斜构造。但、勘探线上钻孔最低标高在-200以下，而、勘探线上钻孔最低标高在-200以上，因此-200的等高线是否在整个区内通过，需要做进一步分析。从第勘探线来看，最低点为-185，钻孔位置大致在该线中部，因此-200的等高线不可能在该线通过。从第勘探线来看，最低点分别为-162及-163，根据分析，-200等高线亦不可能在该线通过。因此该区在I、勘探线中部分别形成两个小向斜，、勘探线中部略有隆起。3进行联线工作将各勘探线上标高相同的点用曲线相连，即得煤层底板等高线图，如图5-35。本区基本上为一东西向的不对称向斜，但在中部与东部有小的起伏。图5一35 xx地区煤层底板等高线图插入法的优点是方法比较简单，其实质是把煤层看成是一个不变的斜面，故而准确度较差，一般仅在产状平缓、构造简单时用之。（2）地质剖面法 利用勘探线地质剖面来编制煤层底板等高线图称为地质剖面法。根据煤层的倾角陡缓，又可以分成平面投影和立面投影两种方法。当断层切割比较复杂时，为了作好煤层底板等高线图，还应该先作断层面等高线图。现将其编制方法介绍如下：1平面投影法当煤层的倾角小于60时，常常用平面投影法作煤层底板等高线图。一般先标绘经纬线，把勘探线和勘探工程位置按实测座标放在平面图上，然后把剖面上某一煤层与水平标高线相交的点，用移植图尺法分别投影到勘探线上，并注明各点标高，经过地质分析和推断，将这些标高相同的点用曲线相连，即为煤层底板等高线图。现以图5-36xx勘探区地形地质图为例进行编制，图中共有七条勘探线(其中1一1(是辅助线)，共37个钻孔，要求按等高距50米，作第二层煤的煤层底板等高线图。 (1) 标绘经纬线按一定比例，标绘经纬线，经纬线精度要求很高，一般每个小方格为10*10厘米，纵横坐标必须互相垂直，不能有累积误差，一般采取坐标网定向和大方格控制小方格的办法，其具体作法如下，假定图纸的大致中心点为A，距A点一定距离画出指北方向，如图4-37。以A点为中心，AB为半经，画圆弧得C点，连接AC、AB两交线，并延长到图边(AB长短要适当，不要使BAC太小)。用钢钢尺或比例尺在AB、AC线上准确地量取AD=AB=AF=AG即为定向的大方格，这个大方格应尽量画得大些，一般越大越准确。在DG线上，用铟钢尺或比例尺，累计每10厘米量点，得DH=HK=KL=10厘米;在EF线上，同样每10厘米量点，得EM=MJ=JQ=l0厘米，连接HM、KJ、LQ即为坐标网的纵坐标,用同样方法连接RT、VW，得横坐标。座标网标绘好以后，必须用铟钢尺或比例尺对坐标网的垂向及对角线方向进行严格检查，反复校对，其误差不得大于1/4毫米。(2)放置勘探工程把勘探线和勘探工程，按坐标投绘到图上，注明编号及煤层底板标高，根据地形地质图投绘煤层露头，如有化验资料并画出风、氧化带。若为斜孔，必须经校正以后投上见煤点位置。(3)作地质剖面编制勘探线地质剖面图，见图5-38至图5-43。(4)移植图尺用一纸条将其长边置于剖面图最低标高的水平线上，将煤层与各个水平标高线的交点垂直投在纸边上，如遇断层则把煤层与断层的交点用同样方法投于纸边上，并注明其标高及断层上、下盘，再将该纸条按相同方法把位置移到平面图上，使其与相应的勘探线重合，然后把各点投于勘探线上，同时应注明其高程，如有断层，要注明断层上、下盘。图5-36 xx勘探区地形地质图图5-38 第勘探线剖面图 图5-39 第勘探线剖面图图5-40 第勘探线剖面图 图5-41 第勘探线剖面图图5-42 第勘探线剖面图 图5-43 第勘探线剖面图(5)进行地质分忻通过地形地质图和勘探线剖面图的分析，该地区为一东西向的不对称向斜，南陡北缓，向斜西北部为一正断层所切。(6)进行连线工作在连线时，先连接构造控制线，如向斜轴线、背斜铀线、断层迹线等，然后再将勘探线上标高相同的点用曲线相连，即成煤层底板等高线图，如图5-44。向斜有向西倾伏之势，中部略有起伏。图5-44 XX勘探区煤层底板等高线图地质剖面法的优点是，给出的煤层底板等高线，能更符合煤层构造变化的规律，故准确度高，一般常用之，有时亦与插入法结合使用。2立面投影法当煤层倾角大于60时，用平面投影法作底板等高线图计算储量往住不准确，因煤层倾角愈大，等高线间距愈小；当煤层陡立时，造成等高线密集，甚至无法计算面积，故必须采用立面投影。煤层立面投影图与煤层底板等高线图在用途上有相似的地方，但由于投影面选择不同，与煤层底板等高线图也有很大的区别，煤层立面投影图不能反映煤层产状变化和煤层构造形态，不管煤层沿走向、倾向有多大变化，在煤层立面图上都是一系列等间距的水平等高线，故只能表示煤层立面的面积，故一般仅用作储量计算底图。立面投影图的作法是，首先确定立面方向，然后按比例画出水平等高线，再根据平面图用剖面移植图尺将钻孔、煤层露头点放在图上，如图5-45，如有断层亦应表示出来，其步骤大致如下：图5-45 煤层立面投影示意图(1)选择立面方向根据煤层走向来确定立面方向，一般是平行或大致平行岩层走向，投影面与煤层走向线的交角一般不得超过15。如大于15，各勘探点的数值必须进行换算。如图5-45a，煤层走向近于东西方向，故选择东西方向为立面投影的方向。(2)绘制水平标高线先画出地形地物，再按照一定的比例尺及等高距，根据地面标高作出水平标高线，如图5-45b。(3)确定立面图与平面图的分界一般以煤层倾角60处作为分界，从图5-45a底板等高线图与图5-45c剖面图的情况来看，煤层在-300水平以下变缓，故分界线划在-300米处，按比例尺在图5-45b中，选择0、-50、-100、-150、-200、-250、-300等七条水平标高线。(4)钻孔投影根据煤层底板等高线图，将钻孔垂直投影到立面图上相应的标高位置上,联接各钻孔即为勘探线，如1号孔，在-50米处见煤，将它从图5-45a中垂直投影到图5-45b上的-50米处，即为1号孔在煤层立面图上的投影。同理将2号孔亦垂直投影到煤层立面图上相应的标高位置上，到联接1号孔与2号孔，即为-勘探线。再将勘探线剖面上的煤层露头点投影到立面图上，如图5-45c II剖面图中的煤层露头点a，投影到图5-45b上相应的标高a处，即为煤层露头点在煤层立面图上的投影，联接各勘探线上的煤层露头点即成煤层露头线，联