本文選題：斷層　切入點：破碎帶　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：斷層破碎帶的滲透性是控制斷層導(dǎo)水能力及其危害程度的決定因素。斷層破碎帶的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)是決定自身滲透性的基礎(chǔ)。斷層破碎帶物質(zhì)主要由兩盤地層破碎和結(jié)構(gòu)重組后形成。由于巖性不同,破碎后巖塊的內(nèi)部裂隙分布、形態(tài)、粒度、化學(xué)成分等呈現(xiàn)出差異性。本文通過理論分析、室內(nèi)試驗及現(xiàn)場工程實例,研究煤系斷層破碎帶物源組合特征對其滲透性的影響,并取得了如下主要成果:(1)從宏觀、細(xì)觀和微觀三個尺度研究了任樓煤礦F2斷層及錢營孜煤礦DF200斷層斷層帶的物質(zhì)組成及滲透性的分帶性特征。從宏觀角度,結(jié)合破碎帶內(nèi)巖石破碎特征、充填及膠結(jié)特征及裂隙發(fā)育情況,發(fā)現(xiàn)物源特征及滲透性的變化與距斷層面距離大小有著密切聯(lián)系。從細(xì)觀角度,通過室內(nèi)崩解試驗發(fā)現(xiàn),斷層帶巖樣飽水狀態(tài)下崩解后主要可以分為完整型、裂解型及泥化型三類,并獲得了水解后斷層破碎帶巖樣的顆粒粒徑分布特征。從微觀角度觀測發(fā)現(xiàn),煤系破碎帶內(nèi)巖樣往往含有較高含量的黏土礦物成分,黏土礦物集合體間的微觀孔隙、裂隙對巖樣的崩解起著重要作用。(2)對煤系不同巖性巖石進行了兩次室內(nèi)的單軸破碎試驗,得到了不同巖性巖石的破碎特征及破碎后顆粒粒徑的分布特征。不同巖性巖石破碎后,泥巖的破碎損失率最大,但泥巖破碎程度要弱于粉砂巖、細(xì)砂巖及石灰?guī)r。對破碎后不同巖性顆粒粒徑特征的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),在兩次破碎過程中泥巖破碎后形成碎裂巖的比例都要高于砂巖及石灰?guī)r,同時破碎后各自的顆粒粒徑特征也不同。(3)通過試驗得到了小于1mm顆粒含量對破碎巖石的孔隙度n、滲透系數(shù)K、水力坡度值J的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)了斷層破碎帶滲透性不完全取決于其孔隙度,主要是由顆粒級配決定。在孔隙度不變的情況下,破碎帶內(nèi)大顆粒(指不同配比組合中粒徑最大的顆粒)所占比重越大,其滲透系數(shù)值K也越大。另外,黏土礦物的最終膨脹率越大,其對破碎巖體滲透性的弱化效果越明顯。(4)根據(jù)理論分析及推導(dǎo),解釋了顆粒粒徑及黏土礦物對斷層破碎帶滲透性的影響。建立了斷層破碎帶物源組合與受影響地層巖性厚度比及斷距之間的概念模型,結(jié)合不同巖性的破碎損失率,得出了破碎帶內(nèi)物源組成的比例及斷層破碎帶內(nèi)碎裂巖與礫巖比例。從而揭示了斷層兩盤不同巖性地層厚度比R、巖石破碎損失率ω及各巖性碎裂巖比例λ對斷層破碎帶內(nèi)各巖性的總體混合比例、組成成分及顆粒粒徑特征的控制作用。(5)現(xiàn)場實測和工程實例證明了斷層破碎帶內(nèi)部物源組合對其滲透性的影響。結(jié)果表明:斷層破碎帶內(nèi)泥巖含量越大,破碎帶內(nèi)細(xì)小顆粒含量也越多,使得內(nèi)部孔隙、裂隙被充填而減小,從而減小了有效的滲流通道,增加了滲流的粘滯阻力及水頭損失。另外小顆粒的“遷移”也容易造成充填、堵塞,從而降低斷層破碎帶的滲透性。
[Abstract]:The permeability of fracture zone is the decisive factor to control the water conductivity of fault and its damage degree. The material composition and structure of fault fracture zone are the basis of determining its own permeability. The material of fault fracture zone is mainly broken by two layers. Broken and restructured. Because of the different lithology, The distribution, morphology, granularity and chemical composition of the fractured rock block show differences. This paper studies the influence of the combination characteristics of material and source on the permeability of coal measure fault fracture zone by theoretical analysis, laboratory test and field engineering examples. The main achievements are as follows: (1) the material composition and permeability of the F _ 2 fault zone and the DF200 fault zone of Qianyingzi Coal Mine are studied from the macroscopic, meso-scale and microscopic scales. From the macroscopic point of view, the characteristics of the material composition and permeability of the F _ 2 fault zone and the DF200 fault zone in Qianyingzi Coal Mine are studied. According to the characteristics of rock fracture, filling and cementation, and the development of fractures, it is found that the variation of provenance and permeability is closely related to the distance from fault plane. The rock samples in the fault zone can be divided into three types: complete type, cracking type and gouging type. The particle size distribution characteristics of the rock samples in the fractured zone after hydrolysis are obtained. From the microscopic point of view, it is found that the rock samples in the fracture zone of the fault zone can be divided into three types. The rock samples in the fractured zone of coal measures often contain relatively high content of clay minerals. The micro pores and cracks between clay mineral aggregates play an important role in the disintegration of rock samples. The uniaxial crushing tests of different lithologic rocks of coal measures have been carried out twice in laboratory. The fragmentation characteristics and particle size distribution characteristics of different lithologic rocks are obtained. The fragmentation loss rate of mudstone is the largest, but the fragmentation degree of mudstone is weaker than that of siltstone. Statistics of particle size characteristics of different lithologic particles after crushing show that the ratio of fractured mudstone to clastic rock is higher than that of sandstone and limestone in the process of twice crushing. The effect of particle content less than 1 mm on the porosity, permeability coefficient K and hydraulic slope value J of broken rock was obtained by experiments. The permeability of fracture zone was found. Is not entirely dependent on its porosity, It is mainly determined by particle gradation. Under the condition of constant porosity, the larger the proportion of large particles (the largest particle in different ratio combinations), the larger the permeability coefficient K in the broken zone. The greater the final expansion ratio of clay minerals, the more obvious the weakening effect of clay mineral on the permeability of broken rock mass. The effects of particle size and clay minerals on the permeability of fracture zone are explained. A conceptual model between the combination of source material in fault fracture zone and the ratio of lithology thickness and fault spacing of affected strata is established, and the breakage loss rate of different lithology is combined. The ratio of material source composition in fracture zone and the ratio of cataclastic rock to conglomerate in fault fracture zone are obtained. Thus, it is revealed that the ratio of different lithologic strata thickness, rock breakage loss rate 蠅 and the ratio 位 of each lithologic cataclastic rock to fault are revealed. The total mixing ratio of each lithology in the fractured zone, The effect of composition and particle size characteristics on permeability has been proved by field measurements and engineering examples. The results show that the greater the mudstone content in the fracture zone is, the greater the content of mudstone in the fracture zone is. The more the content of fine particles in the broken zone is, the smaller the internal pores and fissures are, thus reducing the effective seepage passage, increasing the viscous resistance and head loss of seepage, and the "migration" of small particles can also easily lead to filling. Blockage, thereby reducing the permeability of the fracture zone.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD745

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