|
Іванов Артем Олегович Інститут гірництва та геології кафедра Маркшейдерської справи |
RUS |
UKR |
ENG ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ |
|
головна реферат |
Тема випускної роботи: Побудова геологічних розрізів за даними розвідувальних свердловин за довільним напрямом Науковий керівник: проф., д.т.н. Грищенков М.М. |
 |
Реферат по темі випускної роботи
Зміст
1. ВСТУП 1.1. Актуальність теми Постійно зростають вимоги до достовірності розвідувальних даних і точності їх графічного відображення. Основні результати розвідки вугільних родовищ представляються на геологічних розрізах, які використовуються в подальших маркшейдерських роботах. Точність і достовірність геологічних розрізів залежать не тільки від складності геологічної будови, детальності і якості розвідувальних робіт, але й точності визначення координат точок зустрічі свердловин з шаром. Побудова геологічних розрізів - складне і трудомістке завдання, у якому необхідно визначити, побудувати і погодити в єдину систему велику кількість структурно-геометричних елементів. 1.2. Мета і завдання досліджень Мета роботи. Удосконалення методики побудови геологічних розрізів за даними розвідувальних свердловин на основі застосування засобів математичної статистики і комп'ютерної графіки. Завдання дослідження: аналіз існуючих методик та практики побудови геологічних розрізів за даними свердловин; аналіз існуючих методів побудови геологічних розрізів та їх недоліки; вплив похибок розвідувальних свердловин на методику та точність побудов геологічних розрізів; причини та закономірності викривлення свердловин; вплив похибок визначення координат точок розвідувальних свердловин на точність побудови геологічних розрізів за довільним напрямком. 1.3. Ідея роботи і об'єкт досліджень Ідея роботи. Встановлення залежностей побудови геологічних розрізів за довільним напрямком. Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження є методика побудови геологічних розрізів за довільним напрямком; предметом дослідження є дані розвідувальних свердловин. 1.4. Наукова новизна і практичне значення отриманих результатів Можливі результати, які очікуються при виконанні роботи, їх новизна і значення: побудова геологічних розрізів за даними розвідувальних свердловин на основі застосування засобів математичної статистики і комп'ютерної графіки. Запланована апробація результатів (участь у конференціях, подання робіт на конкурс, публікації, подачі заявок на винахід і т.п.). Доповідь на конференції; подання роботи на конкурс. 2. ОГЛЯДОВА ІНФОРМАЦІЯ 2.1. Огляд досліджень по темі в ДонНТУ На кафедрі «Маркшейдерської справи» Донецького національного Технічного Університету даними питаннями займаються: Грищенко М.М., Мирний В.В., Філатова І.В. Професор, д.т.н. Грищенко М.М. проводить наукові дослідження в області створення геоінформаційних систем у маркшейдерії і гірничій справі. Є автором понад 110 наукових робіт, ряду програмних систем, що пройшли державні приймальні випробування та експлуатуються на гірничодобувних підприємствах України та інших країн СНД. Профессор, к.т.н. Мирный В.В. занимается специальными вопросами геометризации месторождений полезных ископаемых, автор свыше 130 публикаций по этим направлениям, в том числе соавтор учебника для вузов «Маркшейдерское дело» (Москва, «Недра»,1981г.). Доцент Філатова І.В. є фахівцем в області обробки результатів розвідки вугільних родовищ та подальшої їх геометризації. Є автором великої кількості наукових робіт, статей і публікацій на дану тему. 2.2. Огляд досліджень по темі в Україні На території України даним питанням займаються кафедри маркшейдерської справи Донецького Національного Технічного Університету, Дніпропетровського гірничого інституту і науково-дослідний інститут УкрНДМІ. Питаннями геометризації родовищ корисних копалин і математичними рішеннями практичних завдань займалися Оглоблін Д.М., Герасименко Г.І., Омельченко А.Н. та інші. М. М. Погрібний, В. В. Трощенко працювали в області створення системи геометричного об'ємного моделювання вугільних родовищ. 2.3. Огляд досліджень по темі у світі У Росії даним питанням займаються Санкт-Петербурзький державний гірничий інститут імені Г. В. Плеханова, Уральська Державна Гірничо-Геологічна Академія, Уральський Гірський Інститут, Свердловський гірничий інститут та інші. Слід відзначити роботи О.М. Петрова і співробітників очолюваної ним лабораторії, що працюють при ДВО РАН. Вони займаються різними аспектами тектоніки і структурної геології. При цьому застосовують у повсякденному дослідницької діяльності обчислювальні можливості персональних комп'ютерів, що змушує їх формалізувати свої завдання. За кордоном існують окремі групи фахівців, які займаються розробкою прикладних програм для вирішення структурно-геологічних завдань. Серед них можна виділити Schlumberger, Midland Valley і Cognisers Development. Переважна кількість робіт присвячена питанням статистичної обробки геологічних даних. Серед них можна особливо відзначити двотомник «Статистичний аналіз даних в геології» (Дж.С. Девіс), в якому матеріал добре систематизований і досить повно розкриває можливості застосування статистики та деяких суміжних дисциплін її в геології. Так само існує безліч цікавих і значущих робіт з даної теми таких авторів як Epard, Groshong, Fernandez, Munoz, Arbues, Homza, Wallace. 3. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ 3.1. Методи побудови розрізу з відомих елементів залягання Часто завдання полягає в необхідності побудувати розріз за даними про елементи залягання і розташуванням кордонів світ (звичайно це карта, маршрутні спостереження або дані буріння свердловин). Побудова розрізу можливе лише за наявності деяких припущень щодо форми складок. А саме, складка повинна бути близькою до циліндричної або ж, принаймні, вона повинна складатися з фрагментів, що мають циліндричну форму. При цьому шарнір складки повинен бути горизонтальним. Серед методів побудови розрізу з відомих елементів залягання найбільш широко поширені такі: метод Баска-Вебера, метод кінк-зон та метод ізогон. Причому, використання того чи іншого методу в багатьох випадках визначає, наскільки правильним є побудований розріз. З цієї причини, перш ніж почати будувати розріз, необхідно ретельно проаналізувати всі наявні матеріали, і лише потім вибрати метод і приступити до побудови. Необхідно так само пам'ятати, що якщо використовуваний нами елемент залягання знаходиться не безпосередньо на профілі, то його положення на профілі визначається як проекція паралельно шарніру складки, причому з урахуванням гіпсометричний позначки, на якій знаходилося саме оголення. 3.1.1. Метод Баска-Вебера (метод радіусів) Ймовірно, це самий перший метод побудови розрізу, який отримав наукове обґрунтування. Метод був запропонований практично одночасно в 20-их - початку 30-их років англійською геологом Баском і російським ученим Вебером. Метод застосовується для концентричних складок з округлими зонами шарнірів. На картах такі складки характеризуються поступовим зміною кутів падіння на крилах складок. Суть методу зображена на рисунку 3.1. Передбачається, що нам відомі елементи залягання шарів у точках A, B і C.
Розглянемо послідовність дій, необхідних для побудови розрізу. Спочатку проводимо перпендикуляри до елементів залягання, винесеним на профіль, і знаходимо точки перетину перпендикулярів до сусідніх елементів залягання. Потім, з точок перетину двох перпендикулярів між ними будуємо дуги кіл через відповідні елементи залягання. Дуги «обірваних» верств добудовуємо, користуючись тим же методом. Даний метод допускає введення поправок, якщо його безпосереднє застосування призводить до помилок. Приклад такого випадку наведений на малюнку 3.2. Тут передбачається, що нам відомі елементи залягання в точках A, B, C і D. Передбачається, що в точках A і D виходить один і той же обрій, відстеження горизонту з точки A приводить нас в точку G, але не D.
Тут поправка вводиться на ділянці, де ми маємо найменше число спостережень, тобто найбільшу дугу кола. Скорегований розріз будується наступним чином. Звичайним способом будуються дуги з точок A і G. На сусідніх перпендикуляра отримуємо точки E і W, які з'єднуємо прямою лінією EW. Далі через точки E і W проводяться дотичні до проведеним дуг кіл, тобто перпендикуляри до ліній OE і QC. Перпендикуляри перетинаються в точці R, з якої на лінію EW опускається перпендикуляр, який перетинає вже побудовані радіуси в точках T і S. Дуги EH і HW відбудовуються так, як якщо б точки S і T були б центрами відповідних кіл. При цьому перпендикуляр до прямої RTS в точці U є передбачуваним елементом залягання, необхідним для з'єднання горизонту, оголюються в точках A і D.
Метод Баска-Вебера може бути застосований як до профільних, так і до косим перетинах. В останньому випадку, однак, на профіль повинні виноситися не справжні елементи залягання, а здаються кути нахилу, які можна розрахувати по номограми на малюнку 3.3. Дана номограма може використовуватися в різних випадках, коли необхідно визначити здаються кути падіння. Метод Баска-Вебера дає добрі результати в смузі між самими ближніми точками, які приймаються за центри кіл, з яких проводяться дуги кіл різного радіусу. За їх межами з'являються гострокутні точки з нескінченною кривизною (сингулярні точки), а сама структура зображується похилою. Приклад такого ефекту представлений на малюнку 3.4.
3.1.2. Метод кінк-зон Даний метод розроблений в кінці 60-их - 80-их роках і зараз має досить широке поширення. Він застосовується до складчастим структурам, що мають зламані плоскі крила і зони шарнірів, тобто складається з кінк-зон. На картах такі структури характеризуються наявністю зон, в межах яких домінують схожі елементи залягання, тобто дискретним набором можливих значень кутів падіння. Межі між зонами різкі і проходять по площині. Метод кінк-зон може бути застосований як для складок з постійною, так і змінної істинної потужністю складають їх шарів. 3.1.2.1. Складки з постійною потужністю Суть методу викладена на прикладі малюнка 3.5. Є профіль, в межах якого оголюються пачки пісковиків, сланців і вапняків, а в точках A, B і C зроблені заміри елементів залягання. Встановлено, що вапняки оголюються в ядрі антиклінальної складки.
Побудова розрізу відбувається шляхом простежування кордонів, найбільш близьких до точок виміру елементів залягання. Розглянемо послідовність дій. Спочатку визначаємо положення шарнірів і осьовий площині кінк-зон. Якщо у нас немає додаткових даних, то через точки X і Y проводимо лінії з тими ж нахилами шарів, як і в точках B і C відповідно. Злам контакту вапняк / сланець (Ls / Sh) відбувається в точці L. Через точку L проводимо бісектриса кута XLY - лінію ab, що є осьовий площиною кінк-зони на східному крилі складки. Через точку Z відбудовується контакт піщаник / сланець до перетину з ab в точці M, а далі ця межа триває паралельно сегменту XL. Далі через точку W проводиться контакт піщаник / сланець з нахилом як у точці A до перетину в точці N з його фрагментом, проведеним з точки M. Через точку N проводимо бісектриса кута WNM - лінію cd, що є осьовий площиною кінк-зони на західному крилі складки. Тепер, знаючи становище осьових площин, реконструюємо положення інших контактів. У точці e дві осьові площині з'єднуються в одну, яка триває вздовж бісектриси кута cea. Шари відбудовуються паралельно верствам на крилах складки. 3.1.2.2. Шари зі змінною потужністю Тут передбачається, що на різних крилах шари мають різну потужність. У принципі, підхід такий же, як і для концентричних складок, але тут потрібна наявність даних на різних висотах. Ці дані необхідні для виділення кінк-зон у розрізі. Передбачається, що в точках A і C виходить покрівля одного і того ж горизонту, в точці B - його підошва, а в точці h проходить межа зон - осьова площину кінк-зони. На малюнку 3.6 передбачається, що зроблено ще і виміри в свердловині, але вони з таким же успіхом можуть бути зроблені і на схилі гори. Послідовність побудови розрізу наступна. Спочатку проводимо осьову площину кінк-зони hi. Потім паралельно верствам в точках B і C проводимо прямолінійні сегменти CGJ і BEF з точками зламу G і F. Варто відзначити, що через зміни потужностей на крилах осьова площину не є бісектриса кутів CGJ і BEF. Для визначення положення другий осьовий площині (lm) нам потрібні додаткові дані про зміну потужностей на крилах і в замку складки. Якщо їх немає, в цій частині структури ми припускаємо сталість потужностей і відбудовуємо структуру так само як у попередньому прикладі - визначаємо положення точки K як перетин слідів шару з точки A і продовження лінії GJ, проводимо бісектриса кута AKG, відбудовуємо лінію BNO.
Після з'єднання осьових площин hi і lm разом в точці S, ми оцінюємо, наскільки відрізняється потужність шарів на різних крилах, і відбудовуємо шари, зберігаючи пропорційне зміна потужностей шарів. У цьому випадку положення єдиної осьової площини виходить автоматично по положенню точок зламу шарів. 3.1.3. Метод ізогон Наведені вище методи радіусів і кінк-зон застосовуються лише при дотриманні цілого ряду умов, і, перш за все, вони хороші лише для порівняно простих складок. Однак, у внутрішніх частинах складчасто-надвігових систем складки мають дуже складну форму зі значними змінами потужностей на крилах і в замках складок, які не можуть бути враховані настільки простими способами. Зазвичай у таких випадках розріз відбудовується «на око» - за даними елементів залягання на поверхні шари екстраполюються вглиб, причому на форму складок часто не накладається ніяких обмежень. Тим не менше, хоча загальних методів побудови розрізів у таких ситуаціях не існує, є можливість наближеної оцінки форми складок, що дозволяє зробити розріз більш достовірним. Цей метод називається методом ізогон. Ізогони - це лінії, що з'єднують точки на поверхні шарів, дотичні до яких нахилені під одним і тим же кутом до осьової площини складки. Якщо нам вдасться намальовані ізогони, ми зможемо відновити і елементи залягання відповідних шарів, і, отже, досить точно зобразити їх на розрізі. Таким чином, основна задача зводиться до пошуку методу, який дозволяє визначити положення ізогон. Хоча універсального методу і не існує, але зазвичай вважається, що форма складок залежить не від їх розміру, а від літології мнеться шарів і, отже, для вивчення поведінки ізогон можливе використання складок масштабу оголення. Інша можливість - використання розрізів, побудованих іншими методами, що дозволяють відновити геометрію хоча б однієї типової складки. Отже, припустимо, що нам необхідно відбудувати розріз через деформовану піщано-сланцевих товщу, в якій більшість дрібних складок мають форму, близьку зображеної на малюнку 3.7. Для обох різниць порід (пісковики і сланці) складається графік залежності кута нахилу ізогон від кута падіння шаруватості. Після того, як такий графік складений, від точок із зробленими на поверхні вимірами елементів залягання (допустимо, серед сланців) відбудовуються ізогони. Кордон піщанику і сланців проводиться «на око», але з урахуванням отриманих даних про елементи залягання вздовж ізогон. Потім за наведеними на графіку даними відбудовуються ізогони всередині шару пісковиків, і проводиться його підошва, і т.д. Побудований таким способом розріз зазвичай виявляється досить достовірним у межах області, де є фактичні дані, і призводить до суттєвих помилок за їх межами.
3.2. Метод стратоізогіпс Стратоізогіпсой називається лінія, що належить будь-якої поверхні нашарування і розташована на певній висоті. Такі лінії можна порівняти з горизонталями, що описують рельєф місцевості, з тією різницею, що стратоізогіпси описують поверхню пласта (його покрівлю або підошву). Метод побудови геологічних розрізів за допомогою стратоізогіпс використовується в тих випадках, коли ми не маємо достатньої кількості елементів залягання, виміряних при польових роботах. У цьому випадку неможливо застосувати методи розглянуті вище. Суть методу досить проста. На малюнку 3.8 зображені стратоізогіпси, побудовані для кордону між породами різного віку (J1 і J2). Для їх знаходження досить з'єднати відповідні по висоті точки перетину кордону J1/J2 з горизонталями. Далі проводимо лінію розрізу і зносимо на площину профілю кожну точку перетину з стратоізогіпсой на висоту останньої. Таким чином, на профілі виявляється набір точок, з'єднавши які ми отримуємо кордон, для якої були побудовані стратоізогіпси. Повторивши процедуру для інших кордонів, ми знаходимо їх положення на розрізі. Описана методика, по суті, є обчисленням елементів залягання моноклінальному залягають ділянок складки з горизонтальним положенням шарніра. При цьому, кут падіння графічно визначається для різному орієнтованих ліній розрізу - як при проведенні її вкрест, так і при неперпендікулярной орієнтуванні до простяганню шарів. При цьому відпадає необхідність користуватися номограмою, представленої на малюнку 3.3. Недоліком цього методу є той факт, що для його застосування необхідно, щоб рельєф місцевості був досить розчленованим.
Метод стратоізогіпс, в традиційному розумінні, застосуємо лише для моноклінальному залягають ділянок складок, що мають горизонтальний шарнір. У цьому випадку лінії стратоізогіпс є прямими і розташовані приблизно паралельно один одному на карті. Саме для таких структур призначена програма, написана автором в якості демонстрації роботи базового блоку алгоритму, розглянутого в даній роботі. Проте можна вважати, що метод можна застосовувати і для складок, чиї шарніри орієнтовані довільним чином. У цьому випадку стратоізогіпси стають кривими лініями. 4. ВИСНОВОК У зв'язку з підвищенням рівня комплексної механізації гірничих робіт постійно зростають вимоги промисловості до достовірності розвідувальних даних і точності їх графічного відображення. Основні результати розвідки вугільних родовищ представляються на вертикальних геологічних розрізах і гіпсометричних планах пластів, які використовуються при підрахунку запасів, проектуванні, будівництві та експлуатації гірничих підприємств. Точність і достовірність геологічних розрізів і гіпсометричних планів залежать не тільки від складності геологічної будови шахтного поля чи ділянки, детальності і якості розвідувальних робіт, але і від точності визначення координат точок подсеченія пластів свердловинами та методики структурних побудов. Побудова геологічних розрізів - складна і трудомістка задача, в якій необхідно визначити, побудувати і пов'язати в єдину геологічну концепцію велике число структурно-геометричних елементів - крапок, ліній, кутів, відміток, поверхонь. Нерідко дослідник стикається з необхідністю вибору з двох або декількох можливих рішень найбільш правдоподібного. Це, мабуть, найважчі і відповідальні випадки при геометризації родовищ. Правильне рішення таких завдань залежить від досвіду геолога, його вміння використовувати сучасні методи і прийоми структурних побудов і наявні дані про будову ділянки. Ефективність застосування виїмкових комплексів і механізованих кріплень великою мірою визначається сталістю гірничо-геологічних умов. Тому дуже важливою проблемою є підвищення роздільної здатності розвідувальних робіт і методів графічного відображення геологорозвідувальної інформації. Для її вирішення необхідно, зокрема, підвищити точність інклінометріческіх зйомок свердловин. Без цього неможливо вирішити проблему підвищення роздільної здатності розвідувального буріння і, отже, виявлення і геометризації малоамплітудних порушень. Зі зростанням глибини розвідувальних робіт і застосуванням направленого буріння підвищення точності інклінометріі свердловин набуває все більшого значення. При структурних побудовах використовуються геологічні, геометричні і математичні методи. І чим тісніше вони взаємодіють і доповнюють один одного, тим досконалішими методика геометризації вугільних родовищ, достовірніше і точніше одержувані на її основі геологічні розрізи. 5. ЛІТЕРАТУРА
RUS | UKR | ENG || ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ Іванов Артем © 2010 |
