|
Иванов Артем Олегович Горно-геологический институт кафедра Маркшейдерского дела |
RUS |
UKR |
ENG ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ |
|
главная реферат библиотека ссылки отчет о поиске инд. раздел |
Тема выпускной работы: Построение геологических разрезов по данным разведочных скважин по произвольному направлению Научный руководитель: проф., д.т.н. Грищенков Н.Н. |
 |
Реферат по теме выпускной работы
Содержание
1. ВВЕДЕНИЕ 1.1. Актуальность темы Постоянно возрастают требования к достоверности разведочных данных и точности их графического отображения. Основные результаты разведки угольных месторождений представляются на геологических разрезах, используемых в дальнейших маркшейдерских работах. Точность и достоверность геологических разрезов зависят не только от сложности геологического строения, детальности и качества разведочных работ, но и точности определения координат точек встречи скважин с пластом. Построение геологических разрезов - сложное и трудоемкое задание, в котором необходимо определить, построить и согласовать в единую систему большое количество структурно-геометрических элементов. 1.2. Цель и задачи исследований Цель работы. Совершенствование методики построения геологических разрезов по данным разведывательных скважин на основе применения средств математической статистики и компьютерной графики. Задачи исследования: анализ существующих методик и практики построения геологических разрезов по данным скважин; анализ существующих методов построения геологических разрезов и их недостатки; влияние погрешностей разведочных скважин на методику и точность построений геологических разрезов; причины и закономерности искривления скважин; влияние погрешностей определения координат точек разведочных скважин на точность построения геологических разрезов по произвольному направлению. 1.3. Идея работы и объект исследований Идея работы. Установка зависимостей построения геологических разрезов по произвольному направлению. Объект и предмет исследования. Объектом исследования является методика построения геологических разрезов по произвольному направлению; предметом исследования являются данные разведывательных скважин. 1.4. Научная новизна и практическое значение полученных результатов Возможные результаты, которые ожидаются при выполнении работы, их новизна и значение: построение геологических разрезов по данным разведывательных скважин на основе применения средств математической статистики и компьютерной графики. Запланирована апробация результатов (участие в конференциях, представление работ на конкурс, публикации, подачи заявок на изобретение и т.п.). Доклад на конференции; представление работы на конкурс. 2. ОБЗОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ 2.1. Обзор исследований по теме в ДонНТУ На кафедре «Маркшейдерского дела» Донецкого национального Технического Университета данным вопросами занимаются: Грищенков Н.Н., Мирный В.В., Филатова И.В. Профессор, д.т.н. Грищенков Н.Н. проводит научные исследования в области создания геоинформационных систем в маркшейдерии и горном деле. Является автором свыше 110 научных работ, ряда программных систем, прошедших государственные приемочные испытания и эксплуатируемых на горнодобывающих предприятиях Украины и других стран СНГ. 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 Филатова И.В. является специалистом в области обработки результатов разведки угольных месторождений и дальнейшей их геометризации. Является автором большого количества научных работ, статей и публикаций на данную тему. 2.2. Обзор исследований по теме в Украине На территории Украины данным вопросом занимаются кафедры маркшейдерского дела Донецкого Национального Технического Университета, Днепропетровского горного института и научно исследовательский институт УкрНИМИ. Вопросами геометризации месторождений полезных ископаемых и математическими решениями практических задач занимались Оглоблин Д.Н., Герасименко Г.И., Омельченко А.Н. и др. Н. Н. Погребнов, В. В. Трощенко работали в области создания системы геометрического объемного моделирования угольных месторождений. 2.3. Обзор исследований по теме в мире В России данным вопросом занимаются Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г. В. Плеханова, Уральская Государственная Горно-Геологическая Академия, Уральский Горный Институт, Свердловский Горный Институт и др. Следует отметить работы А.Н. Петрова и сотрудников возглавляемой им лаборатории, работающих при ДВО РАН. Они занимаются различными аспектами тектоники и структурной геологии. При этом применяют в повседневной исследовательской деятельности вычислительные возможности персональных компьютеров, что заставляет их формализовать свои задачи. За рубежом существуют отдельные группы специалистов, которые занимаются разработкой прикладных программ для решения структурно-геологических задач. Среди них можно выделить Schlumberger, Midland Valley и Cognisers Development. Подавляющее число работ посвящено вопросам статистической обработки геологических данных. Среди них можно особо отметить двухтомник «Статистический анализ данных в геологии» (Дж.С. Девис), в котором материал хорошо систематизирован и достаточно полно раскрывает возможности применения статистики и некоторых смежных ее дисциплин в геологии. Так же существует множество интересных и значимых работ по данной теме таких авторов как Epard, Groshong, Fernandez, Munoz, Arbues, Homza, Wallace. 3. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 3.1. Методы построения разреза по известным элементам залегания Часто задача заключается в необходимости построить разрез по данным об элементах залегания и расположению границ свит (обычно это карта, маршрутные наблюдения или данные бурения скважин). Построение разреза возможно лишь при наличии некоторых предположений относительно формы складок. А именно, складка должна быть близкой к цилиндрической или же, по крайней мере, она должна состоять из фрагментов, имеющих цилиндрическую форму. При этом шарнир складки должен быть горизонтален. Среди методов построения разреза по известным элементам залегания наиболее широко распространены следующие: метод Баска-Вебера, метод кинк-зон и метод изогон. Причем, использование того или иного метода во многих случаях определяет, насколько правильным является построенный разрез. По этой причине, прежде чем начать строить разрез, необходимо тщательным образом проанализировать все имеющиеся материалы, и лишь затем выбрать метод и приступить к построению. Необходимо так же помнить, что если используемый нами элемент залегания находится не непосредственно на профиле, то его положение на профиле определяется как проекция параллельно шарниру складки, причем с учетом гипсометрической отметки, на которой находилось само обнажение. 3.1.1. Метод Баска-Вебера (метод радиусов) Вероятно, это самый первый метод построения разреза, который получил научное обоснование. Метод был предложен практически одновременно в 20-ых - начале 30-ых годов английским геологом Баском и российским ученым Вебером. Метод применяется для концентрических складок с округлыми зонами шарниров. На картах такие складки характеризуются постепенным изменением углов падения на крыльях складок. Суть метода изображена на рисунке 3.1. Предполагается, что нам известны элементы залегания слоев в точках A, B и C.
Рассмотрим последовательность действий, необходимых для построения разреза. Сначала проводим перпендикуляры к элементам залегания, вынесенным на профиль, и находим точки пересечения перпендикуляров к соседним элементам залегания. Затем, из точек пересечения двух перпендикуляров между ними строим дуги окружностей через соответствующие элементы залеганий. Дуги «оборванных» слоев достраиваем, пользуясь тем же методом. Данный метод допускает введение поправок, если его непосредственное применение приводит к ошибкам. Пример такого случая приведен на рисунке 3.2. Здесь предполагается, что нам известны элементы залегания в точках A, B, C и D. Предполагается, что в точках A и D выходит один и тот же горизонт, прослеживание горизонта из точки A приводит нас в точку G, но не D.
Здесь поправка вводится на участке, где мы имеем наименьшее число наблюдений, то есть наибольшую дугу круга. Скорректированный разрез строится следующим образом. Обычным способом строятся дуги из точек A и G. На соседних перпендикулярах получаем точки E и W, которые соединяем прямой линией EW. Далее через точки E и W проводятся касательные к проведенным дугам кругов, то есть перпендикуляры к линиям OE и QC. Перпендикуляры пересекаются в точке R, из которой на линию EW опускается перпендикуляр, пересекающий уже построенные радиусы в точках T и S. Дуги EH и HW отстраиваются так, как если бы точки S и T были бы центрами соответствующих окружностей. При этом перпендикуляр к прямой RTS в точке U является предполагаемым элементом залегания, необходимым для соединения горизонта, обнажающегося в точках A и D.
Метод Баска-Вебера может быть применен как к профильным, так и к косым сечениям. В последнем случае, однако, на профиль должны выноситься не истинные элементы залегания, а кажущиеся углы наклона, которые можно рассчитать по номограмме на рисунке 3.3. Данная номограмма может использоваться в различных случаях, когда необходимо определить кажущиеся углы падения. Метод Баска-Вебера дает хорошие результаты в полосе между самыми ближними точками, принимаемыми за центры окружностей, из которых проводятся дуги кругов разного радиуса. За их пределами появляются остроугольные точки с бесконечной кривизной (сингулярные точки), а сама структура изображается пологой. Пример такого эффекта представлен на рисунке 3.4.
3.1.2. Метод кинк-зон Данный метод разработан в конце 60-ых - 80-ых годах и сейчас имеет весьма широкое распространение. Он применяется к складчатым структурам, имеющим изломанные плоские крылья и зоны шарниров, то есть состоящим из кинк-зон. На картах такие структуры характеризуются наличием зон, в пределах которых доминируют сходные элементы залегания, то есть дискретным набором возможных значений углов падения. Границы между зонами резкие и проходят по плоскости. Метод кинк-зон может быть применен как для складок с постоянной, так и переменной истинной мощностью слагающих их слоев. 3.1.2.1. Складки с постоянной мощностью Суть метода изложена на примере рисунка 3.5. Имеется профиль, в пределах которого обнажаются пачки песчаников, сланцев и известняков, а в точках A, B и C сделаны замеры элементов залегания. Установлено, что известняки обнажаются в ядре антиклинальной складки.
Построение разреза происходит путем прослеживания границ, наиболее близких к точкам замера элементов залегания. Рассмотрим последовательность действий. Сначала определяем положение шарниров и осевой плоскости кинк-зон. Если у нас нет дополнительных данных, то через точки X и Y проводим линии с теми же наклонами слоев, как и в точках B и C соответственно. Излом контакта известняк/сланец (Ls/Sh) происходит в точке L. Через точку L проводим биссектрису угла XLY - линию ab, являющуюся осевой плоскостью кинк-зоны на восточном крыле складки. Через точку Z отстраивается контакт песчаник/сланец до пересечения с ab в точке M, а далее эта граница продолжается параллельно сегменту XL. Далее через точку W проводится контакт песчаник/сланец с наклоном как в точке A до пересечения в точке N с его фрагментом, проведенным из точки M. Через точку N проводим биссектрису угла WNM - линию cd, являющуюся осевой плоскостью кинк-зоны на западном крыле складки. Теперь, зная положение осевых плоскостей, реконструируем положение остальных контактов. В точке e две осевые плоскости соединяются в одну, которая продолжается вдоль биссектрисы угла cea. Слои отстраиваются параллельно слоям на крыльях складки. 3.1.2.2. Слои с изменяющейся мощностью Здесь предполагается, что на разных крыльях слои имеют разную мощность. В принципе, подход такой же, как и для концентрических складок, но здесь требуется наличие данных на разных высотах. Эти данные необходимы для выделения кинк-зон в разрезе. Предполагается, что в точках A и C выходит кровля одного и того же горизонта, в точке B - его подошва, а в точке h проходит граница зон - осевая плоскость кинк-зоны. На рисунке 3.6 предполагается, что сделаны еще и замеры в скважине, но они с таким же успехом могут быть сделаны и на склоне горы. Последовательность построения разреза следующая. Сначала проводим осевую плоскость кинк-зоны hi. Затем параллельно слоям в точках B и C проводим прямолинейные сегменты CGJ и BEF с точками излома G и F. Стоит отметить, что из-за изменения мощностей на крыльях осевая плоскость не является биссектрисой углов CGJ и BEF. Для определения положения второй осевой плоскости (lm) нам нужны дополнительные данные об изменении мощностей на крыльях и в замке складки. Если их нет, в этой части структуры мы предполагаем постоянство мощностей и отстраиваем структуру так же как в предыдущем примере - определяем положение точки K как пересечение следов слоя из точки A и продолжения линии GJ, проводим биссектрису угла AKG, отстраиваем линию BNO.
После соединения осевых плоскостей hi и lm вместе в точке S, мы оцениваем, насколько отличается мощность слоев на разных крыльях, и отстраиваем слои, сохраняя пропорциональное изменение мощностей слоев. В этом случае положение единой осевой плоскости получается автоматически по положению точек излома слоев. 3.1.3. Метод изогон Приведенные выше методы радиусов и кинк-зон применимы лишь при соблюдении целого ряда условий, и, прежде всего, они хороши лишь для сравнительно простых складок. Однако, во внутренних частях складчато-надвиговых систем складки имеют очень сложную форму со значительными изменениями мощностей на крыльях и в замках складок, которые не могут быть учтены столь простыми способами. Обычно в таких случаях разрез отстраивается «на глаз» - по данным элементов залегания на поверхности слои экстраполируются вглубь, причем на форму складок часто не накладывается никаких ограничений. Тем не менее, хотя общих методов построения разрезов в таких ситуациях не существует, есть возможность приближенной оценки формы складок, что позволяет сделать разрез более достоверным. Этот метод называется методом изогон. Изогоны - это линии, соединяющие точки на поверхности слоев, касательные к которым наклонены под одним и тем же углом к осевой плоскости складки. Если нам удастся отрисовать изогоны, мы сможем восстановить и элементы залегания соответствующих слоев, и, следовательно, достаточно точно изобразить их на разрезе. Таким образом, основная задача сводится к поиску метода, позволяющего определить положение изогон. Хотя универсального метода и не существует, но обычно считается, что форма складок зависит не от их размера, а от литологии сминаемых слоев и, следовательно, для изучения поведения изогон возможно использование складок масштаба обнажения. Другая возможность - использование разрезов, построенных другими методами, позволяющими восстановить геометрию хотя бы одной типичной складки. Итак, допустим, что нам необходимо отстроить разрез через деформированную песчано-сланцевую толщу, в которой большинство мелких складок имеют форму, близкую изображенной на рисунке 3.7. Для обеих разностей пород (песчаники и сланцы) составляется график зависимости угла наклона изогон от угла падения слоистости. После того, как такой график составлен, от точек со сделанными на поверхности замерами элементов залегания (допустим, среди сланцев) отстраиваются изогоны. Граница песчаника и сланцев проводится «на глаз», но с учетом полученных данных об элементах залегания вдоль изогон. Затем по приведенным на графике данным отстраиваются изогоны внутри слоя песчаников, и проводится его подошва, и т.д. Построенный таким способом разрез обычно оказывается достаточно достоверным в пределах области, где есть фактические данные, и приводит к существенным ошибкам за их пределами.
3.2. Метод стратоизогипс Стратоизогипсой называется линия, принадлежащая какой-либо поверхности напластования и расположенная на определенной высоте. Такие линии можно сравнить с горизонталями, описывающими рельеф местности, с той разницей, что стратоизогипсы описывают поверхность пласта (его кровлю или подошву). Метод построения геологических разрезов с помощью стратоизогипс используется в тех случаях, когда мы не имеем достаточного количества элементов залегания, измеренных при полевых работах. В этом случае невозможно применить методы рассмотренные выше. Суть метода достаточно проста. На рисунке 3.8 изображены стратоизогипсы, построенные для границы между породами различного возраста (J1 и J2). Для их нахождения достаточно соединить соответствующие по высоте точки пересечения границы J1/J2 с горизонталями. Далее проводим линию разреза и сносим на плоскость профиля каждую точку пересечения со стратоизогипсой на высоту последней. Таким образом, на профиле оказывается набор точек, соединив которые мы получаем границу, для которой были построены стратоизогипсы. Повторив процедуру для других границ, мы находим их положение на разрезе. Описанная методика, по существу, является вычислением элементов залегания моноклинально залегающих участков складки с горизонтальным положением шарнира. При этом, угол падения графически определяется для различно ориентированных линий разреза - как при проведении ее вкрест, так и при неперпендикулярной ориентировке к простиранию слоев. При этом отпадает необходимость пользоваться номограммой, представленной на рисунке 3.3. Недостатком данного метода является тот факт, что для его применения необходимо, чтобы рельеф местности был достаточно расчлененным.
Метод стратоизогипс, в традиционном понимании, применим лишь для моноклинально залегающих участков складок, имеющих горизонтальный шарнир. В этом случае линии стратоизогипс являются прямыми и расположены примерно параллельно друг другу на карте. Именно для таких структур предназначена программа, написанная автором в качестве демонстрации работы базового блока алгоритма, рассматриваемого в данной работе. Однако можно полагать, что метод можно применять и для складок, чьи шарниры ориентированы произвольным образом. В этом случае стратоизогипсы становятся кривыми линиями. 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В связи с повышением уровня комплексной механизации горных работ постоянно возрастают требования промышленности к достоверности разведочных данных и точности их графического отображения. Основные результаты разведки угольных месторождений представляются на вертикальных геологических разрезах и гипсометрических планах пластов, которые используются при подсчете запасов, проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий. Точность и достоверность геологических разрезов и гипсометрических планов зависят не только от сложности геологического строения шахтного поля или участка, детальности и качества разведочных работ, но и от точности определения координат точек подсечения пластов скважинами и методики структурных построений. Построение геологических разрезов - сложная и трудоемкая задача, в которой необходимо определить, построить и увязать в единую геологическую концепцию большое число структурно-геометрических элементов - точек, линий, углов, отметок, поверхностей. Нередко исследователь сталкивается с необходимостью выбора из двух или нескольких возможных решений наиболее правдоподобного. Это, пожалуй, самые трудные и ответственные случаи при геометризации месторождений. Правильное решение таких задач зависит от опыта геолога, его умения использовать современные методы и приемы структурных построений и имеющиеся данные о строении участка. Эффективность применения выемочных комплексов и механизированных крепей в большой степени определяется постоянством горно-геологических условий. Поэтому очень важной проблемой является повышение разрешающей способности разведочных работ и методов графического отображения геологоразведочной информации. Для ее решения необходимо, в частности, повысить точность инклинометрических съемок скважин. Без этого невозможно решить проблему повышения разрешающей способности разведочного бурения и, следовательно, обнаружения и геометризации малоамплитудных нарушений. С ростом глубины разведочных работ и применением направленного бурения повышение точности инклинометрии скважин приобретает все большее значение. При структурных построениях используются геологические, геометрические и математические методы. И чем теснее они взаимодействуют и дополняют друг друга, тем совершеннее методика геометризации угольных месторождений, достовернее и точнее получаемые на ее основе геологические разрезы. 5. ЛИТЕРАТУРА
RUS | UKR | ENG || ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ Иванов Артем © 2010 |
