陕北侏罗纪煤田榆神矿区中鸡勘查区煤层厚度混合分布特征及其意义.pdf

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1、399—407．2014地质学刊第38卷第3期doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2014．03．399陕北侏罗纪煤田榆神矿区中鸡勘查区煤层厚度混合分布特征及其意义张锋1，王盼2，陈志军3⋯，陈建国3’4(1．陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林719000；2．中煤科工集团西安研究院，陕两西安710077；3．中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉430074；4．中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，湖北武汉430074)摘要：煤层厚度统计分布及空间变化规律研究对煤矿勘探和生产建设具有重要作用。以陕北侏罗纪煤田榆神矿区

2、中鸡勘查区详查工作中获取的83个钻孔数据为例，对三大主要可采煤层2。2煤、3“煤、4。煤的煤厚数据进行了探索性数据分析，认为3个层煤的煤厚数据均具有混合分布特征，进而采用MML-EM算法对煤层厚度数据进行了高斯有限混合总体筛分。由总体筛分结果可见2。煤、3。。煤的煤厚数据近似服从由2个子分布组成的混合正态分布，4。3煤厚数据近似服从由3个子分布组成的混合正态分布。讨论了煤层底板高程与煤厚的相关关系，认为煤厚变化主要受底板高程变化影响。筛分所获取的低值与高值2个子正态分布可能分别对应于2种不I—J的沉积环境，即低值总体指示泥沙及砾石等沉积物的沉积速度大

3、于植物遗体的沉积环境，高值总体则反之。关键词：煤层厚度；混合分布；探索性数据分析；MML—EM算法；中鸡勘查区；陕西榆林中图分类号：P618．11文献标识码：A文章编号：1674—3636(2014)03—0399—090引言现代矿床学研究表明，众多矿床的形成具有多来源、多阶段和多成因的特点(翟裕生等，1996)。故而可将形成一个矿床的过程看作是多个总体的混合或叠加，在数学上这种混合或叠加可以用混合总体筛分的数学模型来描述。研究勘查数据的混合分布特征可以帮助揭示多期次、多重叠加的地质作用与地质过程，是勘查数据统计分布特征研究的重要内容之一。为了深入研

4、究地质体(如岩体、矿体)的成因或形成过程，需要从混合分布的样本数据中将各成分总体分离出来(或估计出来)，对成分总体的有关参数进行估计，这个过程称为混合分布的筛分。混合总体的筛分方法可分为3类：解析法(McLachlanetal，2000)、图解法(辛克莱，1976；赵鹏大等，1983；王琳，2005)、数值法。数值法是近年来的主流方法，它运用各种数学最优化理论方法(如最小二乘法、最大似然法等)进行混合总体的筛分。EM算法目前是数值法中发展最快的一种(刘向冲等，2011；张锋，2012)。EM算法及其扩展算法如MML-EM算法等为勘查地球化学数据、金属

5、矿床品位分析数据的混合分布筛分以及解释地质成因提供了一种快捷优良的定量化工具，然而在煤田地质中的应用还比较少见。掌握煤层厚度变化规律，对于矿区煤炭资源估算及生产建设具有重要意义。前人对煤层厚度(简称“煤厚”)空间变化性总体上认为沉积环境控制煤厚区域变化，构造主要引起煤层厚度的局部变化(琚宜文等，2002；高荣斌等2011)。实际匕煤厚往往呈现更加复杂多样的变化，它往往不是单一因素造成的，而常常是几种因素综合作用的结果，基底的沉降幅度和速度、沉积物的补给及植物遗体的堆积速度、成煤期后的构造活动对煤层厚度及其变化都具有一定影响(李恒堂等，1995)。在同

6、一矿井中的不同煤层或同一煤层的不同部位，引起煤厚变化的收稿日期：2014—06—11：编辑：侯鹏飞基金项目：国家自然科学基金面上项目(4127236I，40802081)作者简介：张锋(1985一)．男，助理T程师，硕士，主要从事煤田地质勘查T作，E-mail：330662263@qq120re地质学刊原因也可能不同，有些地方以原生变化为主，而另一些地方则可能因后发生冲蚀或构造挤压引起。因此，煤厚变化通常是多种因素复合作用的结果，并且不同因素所起的作用还有着强弱上的差别，这些因素共同作用的信息可以体现在煤厚勘查数据中。因此，应用混合分布理论与方法来研

7、究煤厚主要控制因素是可行的。本研究以陕北侏罗纪煤田榆神矿区中鸡勘查区83个钻孑L中测量所得的3个主要煤层(2。(2。2。)煤、3一煤、4。煤)的煤厚数据为例，研究煤厚的混合分布特征，定量描述煤层的变化规律并进一步分析析混合分布中各子总体的地质意义。1有限混合分布模型和EM算法1．1有限混合分布模型地质勘查数据的多总体性特点具有普遍性，在开展统计分析中不容忽视。有限混合模型提供了一种用简单分布拟合复杂分布的强劲灵活的概率分析数学工具。不失一般性，假定样本的概率密度模型为(McLachlanetal，2000)：Ip(戈；臼)=∑d以戈，0。)(1)式(

8、1)中，k为混合分布模型的分支个数；a，为分支总体在混合分布模型中所占的比例，简称混合比例^或权重，有∑di