铅直地层断距剖面不变性研讨.pdf

五 2 0 0 0 年 第3 期 童 瞧爰 科 技 3 9 铅直地层断距剖面不变性研讨 山东煤炭教育学院 宋其庚刘桂仁张振洪 摘要 结合构造的两 个示图， 对一般意义上的所述剖面不变性进行了证明， 特别对与煤层底板等高线图 有 联系的所述不变性作了进一步的揭示， 最后说明了研讨意义。 关键词铅直地层断距 剖面方向 不变性煤层底板等高线图 内 插法 问题的提出 ． 星 距 离 和 这里所说的剖面不变性即是通常所指的不随剖 面方向的改变而变化的性质。目前看来， 一方面， 有 关教材及文献对一般意义上的这种不变性多提及欠 论及。 另一方面， 当对煤层底板等高线图上所求铅 直地层断距的剖面不变性进行刻画时， 由于图示该 断距求定原理就已显抽象， 再进而分析其不变性就 显困难， 本文特别对这一个别问题作进一步揭示， 并 提出了一种证明方法。 图1 针对上述同一问题的两个方面， 笔者构造了两 个图， 每个图上都有特定和一般两个剖面方向， 其中 一 个图是剖面显示为主， 局部有平面图， 用以图示并 推证一般意义上的上述剖面不变性 见图1 ； 另一个 图 与煤 层低板等高线图相联系， 用以揭示在煤层底 板等高线图上用作图结合内 插法所求定的铅直地层 断 距也“ 恪守” 剖面不变性 见图2 。特别要指出， 两 图上的煤层、 断层产状总是假定稳定无变化， 还要指 出的是， 目 前对断层位移量的划分和命名及如何使 之统一的工作， 不少学者作出了很大努力并很有见 地地提出 采用离距概念； 鉴于目 前此事尚待规范推 行， 故本文采用的铅直地层断 距和地层断距仍如“ 传 统” 意义上的表述分别定义为 断层两盘同一岩煤层 X 图2 2 剖面不变性的一般证明 如图 1 图中实线部分为垂直煤层走向的剖面， 即平 行水平直线A B的剖面， 该剖面中C D 、 A E 分别表示 上下盘煤层， 设煤层倾角为a ， 显然 A C D a ； 虚线 部分为任意剖面即平行于水平直线A F的剖面， 主要 由H A 、 A G 、 G F 组成， 该剖面中F G 、 A H分别表示上下 盘煤层， 为使该剖面具任意性， 不失一般， 在A B 、 A F 确定的平面内设 B A F ∞ ， 在虚线剖面上设 A ．F G B ， 显然p 是煤层的伪倾角。A K 是铅直线， 在实线 剖面上延长 C D交 A K于 K ， 显然 A K是该剖面上的 铅直地层断距。在虚线剖面上延长F G ， 交A K于K ， 显然A K 是该剖面上的铅直地层断距， 现在证明A K A K 即 K与 K 是同一点。注意到c F 是同一煤层 面与水平面的交线， 即 C F是煤层走向线 ． A B _ l - C F ， A C F 9 0 。 在 R t AA C F中 A F 在 R l AF A K 中 F A K 9 0 ， A K ． ． ．A K ， A C t ． , O C O J 维普资讯 童 蒺 科技 2 0 0 0 年 第 3 期 在R t ／ x , C A K中 C A K 9 0 ， A C K Q 显然A C ． ． ． A K ， A K t g a t g a。 c 0 s 1J 由真伪倾角换算式 t tg a c o 鼬 ． ‘ ．A K A K 即K与 是同一点 这就证明了垂 直岩煤层走向 剖面与任意剖面上 的铅直地层断距相等， 亦即证明了铅直地层断距的 剖面不变性。 3 联系煤层底板等高线图对剖面不变性的揭示 图2 中， A G和H C分别表示上下盘迹线， A E 、 C F 与N H 、 K C分别表示上下盘煤层的两条底板等高线， 标高值如图， 为了更直观， 特顺煤层真倾斜线按比例 延伸下盘煤层得X Y 所示2 0 0 标高煤层底板等高线； 过c点沿煤层走向作平行 K C的剖面， 图中由K C 、 C G 、 G F 组成。在该剖面上过 G 、 F 两点的铅直线分别 交K C的延长线于 D 、 L ， 显然， D GL F 3 0 0 2 0 0 1 0 0 ， 在该剖面上， c s 是铅直线， 与 F G的延长线交于 S ， 显然， C S 是该剖面上的铅直地层断距且 C S IX ； L F1 0 0 不难看出， 在平行煤层走向这一特定剖面上， c s 也是地层断距。 不失一般性， 在同一点 C任选另一方向如图C B 方向作剖面， 切A E于B ， 过 B作作铅垂线交2 0 0 标高 平面于P ； 注意到C S必在此剖面中且 C S _ t_ B P ， 延长 P s 必与X Y 相交， 交点是Q ， 过Q 作铅直线Q R与B c 的延长线交于R ， 显然B P C S R Q1 0 0 ； 矩形B UR 剖面与断层面的交线是C M ， 显然B M是该剖面与上 盘煤层底板的交线； 同理， c Q是与下盘煤层底板的 交线。在矩形 B P Q R剖面上延长 B M交 C S于S ， 显 然c S 是该剖面上的铅直地层断矩， 这里不难看出， 图中C W是该剖面中上下盘煤层之间的距离， 即地 层断矩， C W≠C S 。 现在证明c S S 即 S 与 s 是同一点。 选取 L E 上C B ， 过 L和E的铅垂线分别交 2 0 0 标 高平面于F和T ， 连接 E F ， 显然 E F 是矩形剖面与上 盘煤层底板的 交线。 注意到立体图上 B S E F ．‘． C S D G L F 1 0 0 。 由前述， C S IX ； L F 1 0 0 ．‘ ． C S C S 1 0 0 即 S 与 s ， 是同一点。亦即在所述两个不同方向的剖面 上， 其铅直地层断距相等， 剖面不变性在这里又从另 一 视角表现出来。 由图2 不难得到该被断煤层的煤层底板等高线 图， 若在该图上延长下盘 3 0 0 标高的煤层底板等高 线K C ， 必与上盘的2 0 0 标高的煤层底板等高线G F 重 合， 二者之差是 3 0 0 2 0 0 1 0 0 ， 而这恰是 c s 的高度 值， 它等由于K C 、 C G 、 G F 组成的平行煤层走向剖面 上的铅直地层断距， 由上述可知， 它数值与其他任意 剖面上的铅直地层断距相等。 须指出， 在由特定的给图图二所得到的相应煤 层底板等高线图上， 如上所述， 延长 K C必与 G F 重 合， 但推广到一般， 多是两线不重合， 这就是大家所 熟知的在一般煤层底板等高线图上求铅直地层断距 时， 多要结合使用内插方法， 即当某盘等高线延长到 另盘某位值时， 在另盘上需按比例或用平行线作图 法确定 内插出 该位置的等高线值。然后二者相 减， 得出来的差值即是该图该位置的铅直地层断距。 由以上揭示， 可以看出它仍然“ 恪守” 剖面不变性。 4 研讨意义 对上述剖面不变性的揭示和确立， 具有实践和 理论上的双重意义 l 在一定条件下， 可用来作断层对比 当岩煤 层、 断层产状变化较为有序， 在不同的巷道 剖面 里 揭露同一断层时， 可用这一相对不变性识别对比断 层。 2 更利于用相对不变的 铅直地层断层计算其 他断距。 3 结合 2 可以进行断层的理论分析。如断层 位移的分析。 4 结合煤层底板等高线图的这种相对不变性， 可以深化对该图的读、 判和应用。这里至少可以明 确如下几点， ①在该图上用通常方法所求的断距是 铅直地层断距； ②用该图所切制的各方向剖面图显 示的铅直地层断距均相等； ③可以澄清其与“ 落差” 的区别与联系。 作者简介 宋其庚 1 9 8 2 年 1 月毕业于山东矿院地 矿系， 1 9 8 7 年矿山系统工程研究生班结业， 有著书、 论文、 专利并共承科研项目， 现任高级讲师、 地测教 研室主任。 一 ▲ 一1▲ ▲ 维普资讯