衛(wèi)星圖像軟件在判斷礦井地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用＊

楊永辰 曾 康 尹 博 王 強

（1.河北工程大學(xué)，河北省邯鄲市，056038；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014000）

衛(wèi)星圖像軟件在判斷礦井地質(zhì)構(gòu)造中的應(yīng)用＊

楊永辰1曾 康1尹 博2王 強1

（1.河北工程大學(xué)，河北省邯鄲市，056038；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市，014000）

以北京長溝峪煤礦為背景，根據(jù)礦井的地質(zhì)報告，指出地質(zhì)構(gòu)造與地表形態(tài)存在的關(guān)聯(lián)。大致判斷出京西煤田向斜、背斜構(gòu)造及大型斷裂構(gòu)造與地表的關(guān)系。并利用衛(wèi)星圖像軟件谷歌地球（Google Earth）得到的圖像對礦區(qū)井田范圍內(nèi)的相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造進行分析，并進行井上下對比。以此作為判斷井下地質(zhì)條件的依據(jù)，為判明葫蘆棚區(qū)煤層賦存狀況提供幫助。

谷歌地球 衛(wèi)星圖像軟件 長溝峪煤礦 地質(zhì)構(gòu)造 判斷

以長溝峪煤礦為背景，對長溝峪礦及京西煤田的整體地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)形態(tài)、煤系煤層特征等相關(guān)情況進行考察。利用谷歌地球（Google Earth）衛(wèi)星圖像軟件協(xié)助地質(zhì)技術(shù)人員分析井下地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)及構(gòu)造的性質(zhì)特點，為缺乏地質(zhì)勘探資料的長溝峪礦解決地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測與識別方面提供了新手段，解決了地質(zhì)工程技術(shù)人員實地勘察勞動強度大的問題。

1 礦井地質(zhì)構(gòu)造特征

京西煤田所處的大地構(gòu)造位置從地質(zhì)力學(xué)的觀點看，屬祁呂賀山字型構(gòu)造體系東翼反射弧內(nèi)；從板塊構(gòu)造的觀點看，處于華北板塊東北緣，屬弧內(nèi)斷陷造山帶的一部分。京西煤田的晚古生代含煤巖系屬華北聚煤盆地的一部分，印支運動后形成了一個獨立的中生代含煤巖系。煤田的原始沉積方向為東西向，由于后期印支、燕山、喜山三大造山運動的改造，京西煤田形成了現(xiàn)在的構(gòu)造框架。京西煤田的構(gòu)造框架主要由沿河域—燕家臺斷裂、百花山向斜、髫髻山－廟安嶺向斜、九龍山向斜、石景山向斜、北嶺向斜及八寶山斷層組成。

長溝峪井田位于北嶺向斜壓性帚狀旋扭構(gòu)造南端，其構(gòu)造特征以褶皺為主，斷層次之。北嶺向斜為井田內(nèi)一級構(gòu)造單元，超嶺向斜為二級構(gòu)造單元，長溝峪向斜、老窯溝背斜、花港背斜、硐兒溝平移斷層、西安正斷層和羅圈椅斷層為三級構(gòu)造單元。如圖1所示。

圖1 長溝峪井田構(gòu)造示意圖

根據(jù)礦井的地質(zhì)報告和相關(guān)資料，礦井的某些地質(zhì)構(gòu)造與地表形態(tài)存在很大的關(guān)聯(lián)。其主要關(guān)系為：構(gòu)造對巖層的破壞必然在地貌中有所顯現(xiàn)；根據(jù)礦方多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，背斜軸部往往顯現(xiàn)于山谷之中，向斜軸部顯現(xiàn)于山脊之上；構(gòu)造運動對巖體造成較為嚴重影響的部位往往形成溝壑，巖體的運移形式主要表現(xiàn)為風(fēng)化、剝蝕和沖刷，塊體較小時容易產(chǎn)生上述表現(xiàn)形式；巖體硬度以及其溶水性能的強弱對地貌形狀也具有一定影響。根據(jù)上述特點，大致可以判斷京西煤田向斜、背斜構(gòu)造及大型斷裂構(gòu)造與地表的關(guān)系、特征如下：

（1）區(qū)內(nèi)構(gòu)造因受區(qū)域性構(gòu)造體系的影響，以北60～65°偏東呈多字型排列，并主要以褶皺（壓性結(jié)構(gòu)面）的形式出現(xiàn)。除上述各含煤向斜外，北嶺向斜西北有大白石尖背斜，九龍山向斜與髫髻山向斜之間有王平村背斜，均為北東—南西向。

（2）含煤向斜因受沉積環(huán)境和構(gòu)造運動的影響，部分成為短軸向斜即呈含煤盆地型，內(nèi)部多次級褶曲，地層走向和傾角均有較大變化，如北嶺向斜，其東西長和南北寬幾乎相近，東側(cè)因受巖漿侵入體的影響，形成半月形，盆地南半邊中間有緊閉的老窯溝背斜。

（3）含煤向斜地層傾角，東南部較陡而西北部較緩。其原因是區(qū)域內(nèi)主要受力方向來自東南向所致，北嶺向斜東端的長溝峪向斜南翼為急傾斜煤層。各向斜的西部和北翼地層傾角均較緩，多為緩傾斜煤層或傾斜煤層。

（4）煤田內(nèi)斷層以傾向斷層為主，外圍則有較大的近走向逆斷層。北嶺向斜（JY1－2）有沿地層傾向的安子斷層，之所以出現(xiàn)這種情況，還是與主受力方向有關(guān)。由于區(qū)域范圍內(nèi)主要受著東南方向力的推擠，因此較軟的煤系地層出現(xiàn)了較大的傾向斷層將地層錯開，而其外圍地層較硬被推移成逆斷層。

京西各含煤向斜，除百花山向斜其軸部地形為溝谷即與清水河幾乎重疊外，其他向斜均在山嶺處，形成了向斜軸與山嶺，即盆地與山峰相對應(yīng)的局面。北嶺向斜與貓耳山兩主峰之連線相重疊，兩主峰地面標(biāo)高分別為＋1307m和＋1005m，而煤系最深點則在－800（JY）～－1200m（C－P）左右。

2 衛(wèi)星圖像軟件基本原理

谷歌地球是一款谷歌公司開發(fā)的虛擬地球儀軟件，它把衛(wèi)星照片、航空照相和GIS布置在一個地球的三維模型上。谷歌地球具有三維模擬功能，可以通過在谷歌地球上建立一定海拔的平面，使之與起伏的地表相切，就能得到等高線。再通過矢量化和軟件編輯來完成地形圖的制作。

打開谷歌地球軟件可以方便地查看衛(wèi)星照片。其中一些大型構(gòu)造通過地表特征就可以很清楚地描述其構(gòu)造形態(tài)。

3 谷歌地球在地質(zhì)構(gòu)造分析中的應(yīng)用

利用坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，將長溝峪煤礦的井田邊界在谷歌地球中精確地進行了定位，同時利用礦上提供的相關(guān)礦圖，將井田內(nèi)的大、中型地質(zhì)構(gòu)造在衛(wèi)星圖像軟件中進行了范圍性的勾畫，雖然不是非常精確，但從圖上地貌形態(tài)可印證地面的地形，這樣可幫助分析井下的地質(zhì)構(gòu)造分布情況，特別是一些大型構(gòu)造通過地表特征就可以很清楚地描述其構(gòu)造形態(tài)?，F(xiàn)取典型地質(zhì)構(gòu)造進行分析。

3.1 北嶺向斜

北嶺向斜是長溝峪井田內(nèi)的一級構(gòu)造單元，北嶺向斜是以中生界侏羅系碎屑沉積為核心，周圍由古生代地層組成。從地貌上看有西高東低的特點，向斜西北翼較為開闊平緩，地層傾角20～35°；東南翼狹窄，地層變陡，局部直立或倒轉(zhuǎn)，巖層傾角55～80°，倒轉(zhuǎn)后傾角為80～90°，北嶺向斜因受房山花崗巖閃長巖侵入體擠壓作用影響，構(gòu)造形態(tài)在平面上呈新月狀，構(gòu)成了一個典型的帚狀構(gòu)造。軸線在地表延伸約10km，軸總體方向為北東向，兩端翹起向中心傾伏。軸面傾向東南，兩翼不對稱，次級斷層，褶皺發(fā)育，使北嶺向斜成了復(fù)式向斜。在谷歌地球中北嶺向斜局部放大圖見圖2。

圖2 北嶺向斜

3.2 超嶺向斜

超嶺向斜是長溝峪井田內(nèi)的二級構(gòu)造單元，向斜軸線由周口店太平山起經(jīng)超嶺延伸至老窯溝，走向長2500m，向斜軸東南向上翹起，北端向下傾伏。向斜東南是以C－P含煤巖系及碎屑沉積巖為核心，周圍由灰?guī)r組成。向斜北部主要由侏羅系地層組成，向斜軸在平面上呈現(xiàn)繞花崗閃長巖侵入體的圓弧形跡，向斜東翼地層產(chǎn)狀直立或倒轉(zhuǎn)，西翼產(chǎn)狀開闊平緩。超嶺向斜在谷歌地球中如圖3所示。

圖3 超嶺向斜

3.3 硐兒溝平移斷層

硐兒溝平移斷層為長溝峪井田內(nèi)的三級構(gòu)造單元，位于西葫蘆棚村的硐兒溝雙泉組與窯坡組地層中，斷層走向N40°E，與地層走向近似垂直，斷面直立，東盤移向西南，西盤移向東北。斷層?xùn)|側(cè)龍門底礫巖與西側(cè)窯坡組煤系地層基底接觸，水平錯距100m左右。斷層兩盤只有水平方向上的位移，而無明顯垂直方向的位移，故斷層力學(xué)性質(zhì)為扭力作用下產(chǎn)生的扭性平移斷層。硐兒溝平移斷層在谷歌地球中如圖4所示。

圖4 硐兒溝平移斷層

4 結(jié)語

根據(jù)長溝峪礦井的大型地質(zhì)構(gòu)造與地表形態(tài)的關(guān)聯(lián)性，即井田上方無第四紀沖積層及臺地地貌條件下的大型復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造顯現(xiàn)于地形中，利用谷歌地球衛(wèi)星圖像軟件，有效簡便地判斷出了井下大地質(zhì)構(gòu)造的位置及性質(zhì)。此技術(shù)的應(yīng)用可以將井下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)“可視化”；可快速預(yù)測新區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，解決了葫蘆棚區(qū)地質(zhì)資料缺乏的不利現(xiàn)狀；降低了地質(zhì)技術(shù)人員在分析井下地質(zhì)構(gòu)造中的成本；為分析煤層賦存狀況創(chuàng)造了新手段。

［1］ 王強.京西煤田煤層賦存特征及成因分析［J］.煤炭技術(shù)，2001（5）

［2］ 李四光.地質(zhì)力學(xué)概論［M］.北京：地質(zhì)力學(xué)研究所.1962

［3］ 彭和強，張有能.基于Google Earth的地形圖制作技術(shù)［J］.測繪通報，2009（10）

［4］ 賈坡，仲崇武，王英德，郭英.南屯煤礦采掘工作面地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測［J］.中國煤炭，2010（6）

Satellite image software used to determine geological structure of mine

Yang Yongchen1，Zeng Kang1，Yin Bo2，Wang Qiang1
（1.Hebei University of Engineering，Handan，Hebei 056038，China；2.Inner Mongolia University of Technology，Baotou，Inner Mongolia 014000，China）

Taking Beijing Changgouyu Coal Mine as an object of study，the relationship of geological structure and surface morphology was described according to the mine＇s geological reports.The geological structures cover syncline and anticline structure of Jingxi coalfield and large－scale fault structure.The images obtained from the satellite imagery software Google Earth were used to analyze the relevant geological structure within the scope of the mining area.The comparison of ground and underground was carried out so as to determine underground geological conditions，providing a scientific basis to identify the coal occurrence of Hulupeng area.

Google Earth，satellite image software，Changgouyu Coal Mine，geological structure，determination

P63

A

河北省社會發(fā)展項目（編號：102769010D）

楊永辰（1961－），男，河北靈壽人，教授，現(xiàn)在河北工程大學(xué)從事采礦工程專業(yè)的教學(xué)與科學(xué)研究工作。

（責(zé)任編輯 張毅玲）