一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地 質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦動(dòng)力現(xiàn)象長(zhǎng)久以來一直對(duì)高效和安全生產(chǎn)造成巨大威脅，動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生常常 伴隨巷道或工作面的嚴(yán)重破壞，設(shè)備的損壞和人員的傷亡。造成動(dòng)力現(xiàn)象形成的原因多種 多樣，基本可以概括為內(nèi)在因素和外在因素，外在因素是指在資源開發(fā)過程中的人為擾動(dòng) 因素，內(nèi)在因素是指資源開發(fā)區(qū)域所處的天然的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境。礦區(qū)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境既與 煤巖體自身的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，又與礦井活動(dòng)構(gòu)造和應(yīng)力分布等因素有關(guān)，并且從礦井 動(dòng)力現(xiàn)象的分布特征來看，其發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)是不均衡的，具有明顯的構(gòu)造帶控制性、分 段變化性、區(qū)域分布不均勻性，在時(shí)間和空間上受地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力的影響和控制，其中活 動(dòng)構(gòu)造和煤巖體應(yīng)力狀態(tài)及其能量?jī)?chǔ)備是礦井動(dòng)力顯現(xiàn)的決定性因素，礦區(qū)活動(dòng)斷裂構(gòu)造 發(fā)育程度在較大程度上控制著礦區(qū)所處地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境，也就是說從礦區(qū)活動(dòng)斷裂的角度分 析和評(píng)價(jià)地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境具有一定的依據(jù)性和可行性。分形理論引入中國以后，眾多學(xué)科領(lǐng) 域?qū)＜叶颊J(rèn)為這是一個(gè)能夠利用分維數(shù)定量描述和評(píng)價(jià)不規(guī)則事物復(fù)雜程度和不均勻分 布程度的方法，因此本發(fā)明采用多重分形理論計(jì)算廣義分形維數(shù)和特征參數(shù)，并運(yùn)用這兩 個(gè)參數(shù)定量描述活動(dòng)斷裂的復(fù)雜性和均勻性，進(jìn)而評(píng)價(jià)礦區(qū)所在地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境。目前從礦 區(qū)活動(dòng)斷裂角度定量評(píng)價(jià)礦區(qū)地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境還處于空白階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境 評(píng)價(jià)方法。
[0004] 一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟1 :獲取待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的地形地圖，對(duì)地形地圖進(jìn)行描點(diǎn)，確定地質(zhì)區(qū)域 地形地貌信息；
[0006] 步驟2 :采用基于地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃的方法對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行活動(dòng)斷裂劃分， 得到待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂圖；
[0007] 步驟2. 1 :根據(jù)地形地圖描點(diǎn)結(jié)果對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行斷塊劃分，得到地質(zhì) 區(qū)域的斷塊圖；
[0008] 所述的地形地圖描點(diǎn)結(jié)果對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行斷塊劃分的方法為：將地形地 圖的描點(diǎn)按其高度劃分為若干個(gè)等級(jí)，將同一等級(jí)的描點(diǎn)劃分為一個(gè)斷塊內(nèi)，不同斷塊的 邊界即為斷裂。
[0009] 步驟2. 2 :利用待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的實(shí)際地形地貌特征對(duì)步驟2. 1得到的地質(zhì)區(qū) 域的斷塊圖進(jìn)行校對(duì)；
[0010] 步驟2. 3 :根據(jù)校對(duì)后的斷塊圖，確定待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的斷塊和活動(dòng)斷裂，得到 待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂圖；
[0011] 步驟3 :對(duì)地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂圖采用活動(dòng)斷裂多重分形方法計(jì)算得到其分形維 數(shù)和特征參數(shù)；
[0012] 步驟3. 1 :將地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂圖劃分為若干個(gè)邊長(zhǎng)為e的單元網(wǎng)格；
[0013] 步驟3. 2 :將地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂劃分結(jié)果構(gòu)造為一個(gè)配分函數(shù)，根據(jù)多重分形 方法求解其分形維數(shù)和特征參數(shù)；
[0014] 步驟4 :將待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的分形維數(shù)和特征參數(shù)作為該地質(zhì)區(qū)域的地質(zhì)動(dòng)力 環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)定的臨界值對(duì)該地質(zhì)區(qū)域所處動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行等級(jí)劃分。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明提出一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法，首先根據(jù)礦 區(qū)地形地貌特征，利用地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃斷裂劃分方法對(duì)所研究礦區(qū)進(jìn)行活動(dòng)斷裂劃分，然后 對(duì)斷裂劃分結(jié)果進(jìn)行多重分形計(jì)算，求解其廣義分形維數(shù)和特征參數(shù)，以這兩個(gè)參數(shù)作為 評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)礦區(qū)地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，從礦山開采地質(zhì)動(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生內(nèi)因角度為礦 山開采預(yù)測(cè)動(dòng)力現(xiàn)象提供有意義的指導(dǎo)，為有針對(duì)性的采取防治措施提供了科學(xué)依據(jù)，做 到了有的放矢，避免了盲目采取措施的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和不采取解危措施造成災(zāi)難。解決了目前 尚無明確規(guī)定指出礦區(qū)斷裂分布和活動(dòng)規(guī)律等與礦井動(dòng)力現(xiàn)象的定量關(guān)系問題。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià) 方法的流程圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的四個(gè)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的V級(jí)活動(dòng)斷裂圖；
[0019] 其中，（a)為地質(zhì)區(qū)域A的V級(jí)活動(dòng)斷裂圖，（b)為地質(zhì)區(qū)域B的V級(jí)活動(dòng)斷裂圖， (c)為地質(zhì)區(qū)域C的V級(jí)活動(dòng)斷裂圖，（d)為地質(zhì)區(qū)域D的V級(jí)活動(dòng)斷裂圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的四個(gè)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的lnxq(e)-lne曲線 圖；
[0021] 其中，（a)為地質(zhì)區(qū)域A的lnxq(e)-lne曲線圖，（b)為地質(zhì)區(qū)域B的 lnxq(e)-lne曲線圖，（c)為地質(zhì)區(qū)域C的lnxq(e)-lne曲線圖，（d)為地質(zhì)區(qū)域D的 lnxq(e)-lne曲線圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的四個(gè)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的配分函數(shù)的質(zhì)量指數(shù) t(q)隨q的變化曲線圖；
[0023] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的四個(gè)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂的廣義分形 維數(shù)曲線；
[0024] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的四個(gè)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂的多重分形 譜；
[0025] 其中，（a)為地質(zhì)區(qū)域A的活動(dòng)斷裂的多重分形譜，（b)為地質(zhì)區(qū)域B的活動(dòng)斷裂 的多重分形譜，（c)為地質(zhì)區(qū)域C的活動(dòng)斷裂的多重分形譜，（d)為地質(zhì)區(qū)域D的活動(dòng)斷裂 的多重分形譜。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】加以詳細(xì)的說明。
[0027] 地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃方法劃分礦區(qū)地表活動(dòng)斷裂是基于板塊學(xué)說和地形地貌形態(tài)，結(jié)合 對(duì)地形地貌分析及現(xiàn)場(chǎng)考察，確定區(qū)域斷裂的形成與發(fā)展，進(jìn)而明確礦區(qū)所處地質(zhì)動(dòng)力環(huán) 境，對(duì)礦區(qū)可能產(chǎn)生的地質(zhì)動(dòng)力效應(yīng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。由于板塊學(xué)說研究的尺度標(biāo)準(zhǔn)和空間范圍 較大，目前尚不能直接應(yīng)用于解決礦區(qū)開采工程出現(xiàn)的動(dòng)力災(zāi)害問題。地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃理論 的提出，開辟了將板塊構(gòu)造的研究成果應(yīng)用于礦產(chǎn)資源開發(fā)和地質(zhì)動(dòng)力災(zāi)害評(píng)價(jià)的新途 徑，使得人們能夠在人類工程活動(dòng)尺度上解釋和處理工程中出現(xiàn)的動(dòng)力現(xiàn)象。這一方法遵 循板塊學(xué)說原理，從總體到局部對(duì)礦井動(dòng)力災(zāi)害開展系統(tǒng)的研究工作。
[0028] 1、一種基于廣義分維和特征參數(shù)的地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)價(jià)方法，如圖1所示，包括以 下步驟：
[0029] 步驟1 :獲取待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的地形地圖，對(duì)地形地圖進(jìn)行描點(diǎn)，確定地質(zhì)區(qū)域 地形地貌信息。
[0030] 本實(shí)施方式中，選取礦區(qū)的四個(gè)礦井地表斷裂活動(dòng)為待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域。
[0031] 確定待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域后，對(duì)地形地圖進(jìn)行描點(diǎn)，本實(shí)施方式中，在地形地圖上覆 蓋一層透明的硫酸紙，將圖紙與硫酸紙固定好，將地形圖上的高程點(diǎn)透到硫酸紙上，包括描 點(diǎn)的位置和其對(duì)應(yīng)高程值。此外河流、湖泊等信息也繪制到硫酸紙上。當(dāng)這一工作完成后， 便形成了從地形圖中抽取出來的以高程點(diǎn)為主的地質(zhì)區(qū)域地形地貌信息。這一工作也可用 計(jì)算機(jī)對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來完成。
[0032] 基于地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃方法的活動(dòng)斷裂劃分主要是基于活動(dòng)斷裂的地貌特征進(jìn)行的， 根據(jù)地形地貌的基本形態(tài)和主要特征決定于地質(zhì)新構(gòu)造形式的原理，通過對(duì)地形地貌的分 析查明區(qū)域活動(dòng)斷裂的形成與發(fā)展。斷裂構(gòu)造的劃分采用的是繪圖的方法，在地形圖的基 礎(chǔ)上定量的反應(yīng)地貌三維空間特點(diǎn)。
[0033] 在地形圖上用約定的符號(hào)標(biāo)出構(gòu)造階地、分水嶺和小臺(tái)地，以及平原的控制高度， 山坡和河谷侵蝕溝的標(biāo)高不標(biāo)出。這些符號(hào)可以指示所標(biāo)地段屬于哪一高程。斷裂符號(hào)中 用鋸齒方向表示地形的下降方向。斷裂構(gòu)造地貌在地形上表現(xiàn)為斷層崖和斷層三角面，他 們都有沿?cái)鄬幼呦蚍植嫉姆较蛐?。此外，沿?cái)嗔炎呦蚍植嫉倪€有斷層山鞍、斷層谷等。斷裂 通常是斷塊的邊界，相鄰斷塊產(chǎn)生差異運(yùn)動(dòng)，使兩斷塊地區(qū)有迥然不同的形態(tài)組合。借助這 一點(diǎn)，在地形地圖上可以判斷斷裂是在繼續(xù)活動(dòng)還是已經(jīng)穩(wěn)定。
[0034] 根據(jù)對(duì)活動(dòng)斷裂地形地貌標(biāo)志分析，在地形地圖上將同一個(gè)界別高程的地段用平 滑的曲線或直線圈出一個(gè)斷塊，平滑曲線或直線為斷塊邊界，即斷裂帶位置。結(jié)果將所研究 的區(qū)域劃分為許斷塊。圈出的每一個(gè)斷塊以其范圍的最高的標(biāo)高標(biāo)出。
[0035] 步驟2 :采用基于地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃的方法對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行活動(dòng)斷裂劃分， 得到待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域的活動(dòng)斷裂圖。
[0036] 步驟2. 1 :根據(jù)地形地圖描點(diǎn)結(jié)果對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行斷塊劃分，得到地質(zhì) 區(qū)域的斷塊圖。
[0037] 所述的地形地圖描點(diǎn)結(jié)果對(duì)待評(píng)價(jià)的地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行斷塊劃分的方法為：將地形地 圖的描點(diǎn)按其高度劃分為若干個(gè)等級(jí)，將同一等級(jí)的描點(diǎn)劃分為一個(gè)斷