西部生態(tài)脆弱區(qū)現(xiàn)代開采對地下水與地表生態(tài)影響規(guī)律研究：神東大型煤炭基地地下水保護與生態(tài)修復途徑探索

目錄
前言
第1章 西部煤炭開采與生態(tài)修復技術(shù)發(fā)展 1
1.1 西部地區(qū)煤炭資源與開采地質(zhì)條件 1
1.1.1 西部地區(qū)煤炭資源基本情況及開采地質(zhì)條件 1
1.1.2 神東礦區(qū)煤炭資源及開采地質(zhì)條件 5
1.2 煤炭現(xiàn)代開采技術(shù)特點及發(fā)展趨勢 9
1.2.1 現(xiàn)代煤炭開采的主要特點 9
1.2.2 神東礦區(qū)煤炭現(xiàn)代開采工藝技術(shù) 12
1.2.3 西部地區(qū)煤炭現(xiàn)代開采技術(shù)發(fā)展趨勢 15
1.3 西部煤炭開采地下水與地表生態(tài)保護及研究方法 17
1.3.1 煤炭現(xiàn)代開采面臨的難題及相關(guān)科學問題 18
1.3.2 國內(nèi)外研究與實踐現(xiàn)狀 20
1.3.3 研究分析思路和方法 24
第2章 基于四維地震的現(xiàn)代開采覆巖損傷規(guī)律研究 32
2.1 采動覆巖結(jié)構(gòu)變化探測與分析方法 32
2.1.1 煤巖層地球物理測井方法 32
2.1.2 高精度四維地震數(shù)據(jù)采集與處理方法 43
2.1.3 四維地震資料數(shù)據(jù)處理 47
2.2 采動覆巖結(jié)構(gòu)變化的信息提取與分析方法 56
2.2.1 時移地震數(shù)據(jù)體顯示方法 56
2.2.2 采動覆巖靜態(tài)描述方法 59
2.2.3 煤系地層動態(tài)描述 67
2.3 現(xiàn)代開采工作面采動覆巖結(jié)構(gòu)變化分析 79
2.3.1 開采前煤層覆巖地震響應特征 79
2.3.2 開采中采動覆巖地震響應特征 80
2.3.3 開采后采動覆巖地震響應特征 83
2.4 現(xiàn)代開采技術(shù)下采動覆巖結(jié)構(gòu)變化趨勢分析 85
2.4.1 采動覆巖結(jié)構(gòu)變化的地震“三帶”響應特點 85
2.4.2 采動覆巖結(jié)構(gòu)變化信息增強方法 87
2.4.3 基于地震振幅譜信息的采動裂隙發(fā)育變化分析 88
2.4.4 采動覆巖滲透率變化趨勢分析 93
第3章 煤炭現(xiàn)代開采對淺表層結(jié)構(gòu)及土壤水的影響 100
3.1 基于時移地質(zhì)雷達的地表層含水性變化探測方法 100
3.1.1 時移地質(zhì)雷達探測方法 100
3.1.2 第四系地表層主要巖性結(jié)構(gòu)及分布特征 118
3.1.3 地表層含水率信息提取方法 123
3.2 開采對地表層結(jié)構(gòu)的影響分析 130
3.2.1 層位厚度提取算法研究 130
3.2.2 層位變化評價算法 133
3.2.3 開采不同階段主要巖性結(jié)構(gòu)的變化分析 134
3.3 開采對地表層含水率的影響及變化趨勢分析 137
3.3.1 地表層含水率探測有效性及影響因素 137
3.3.2 采前地表層含水率空間分布情況 139
3.3.3 開采對地表層含水率的影響分析 140
第4章 現(xiàn)代開采對采動覆巖賦水性影響研究 144
4.1 現(xiàn)代開采影響的物理和數(shù)值模擬研究 144
4.1.1 模擬研究方法 144
4.1.2 含水層泄漏狀態(tài)響應模擬 145
4.1.3 地下水順層流動狀態(tài)響應模擬 148
4.1.4 地下充水采空區(qū)狀態(tài)響應模擬 150
4.1.5 開采覆巖破壞狀態(tài)響應模擬 151
4.2 時移高精度電法數(shù)據(jù)采集與處理方法 152
4.2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 153
4.2.2 數(shù)據(jù)預處理方法 153
4.2.3 數(shù)據(jù)精細反演與可視化成像 158
4.2.4 高精度電阻率解釋 160
4.3 補連塔試驗區(qū)采動覆巖富水性變化綜合分析 165
4.3.1 試驗區(qū)基本地電情況 165
4.3.2 采動覆巖賦水性剖面分析 167
4.3.3 采動覆巖賦水性變化綜合分析 171
第5章 現(xiàn)代開采基巖裂隙水模擬預測分析 180
5.1 地下水流有限單元法模擬方法 180
5.1.1 有限單元法簡介 180
5.1.2 FEFLOW軟件介紹 182
5.2 基巖裂隙水流場數(shù)值模擬 183
5.2.1 地下水系統(tǒng)概念模型 183
5.2.2 地下水系統(tǒng)數(shù)學模型 184
5.2.3 地下水系統(tǒng)數(shù)值模型的建立 185
5.2.4 地下水數(shù)值模型的識別與驗證 188
5.2.5 地下水數(shù)值模型的預測 190
5.3 烏蘭木倫井田開采對基巖裂隙水影響預測分析 191
5.3.1 水文地質(zhì)概況 191
5.3.2 基巖裂隙水產(chǎn)生礦井水量預測 193
5.4 補連塔井田開采對基巖裂隙水影響預測分析 195
5.4.1 水文地質(zhì)概況 195
5.4.2 基巖裂隙水產(chǎn)生礦井水量預測 197
5.5 大柳塔井田開采對基巖裂隙水影響預測分析 200
5.5.1 水文地質(zhì)概況 201
5.5.2 基巖裂隙水產(chǎn)生礦井水量預測 205
5.6 榆家梁井田開采對基巖裂隙水影響預測分析 209
5.6.1 水文地質(zhì)概況 209
5.6.2 基巖裂隙水產(chǎn)生礦井水量預測 212
第6章 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)地表移動變形規(guī)律研究 216
6.1 現(xiàn)代開采地表移動變形觀測與分析方法 216
6.1.1 觀測系統(tǒng)及觀測點布局 216
6.1.2 地表移動觀測方法 218
6.1.3 地表移動觀測數(shù)據(jù)處理 220
6.2 現(xiàn)代煤炭開采對地表移動變形規(guī)律影響分析 222
6.2.1 基于實測的地表移動變形規(guī)律 223
6.2.2 基于模型的地表移動變形參數(shù)求取 228
6.2.3 地表動態(tài)參數(shù)求取與分析 231
6.2.4 動態(tài)參數(shù)對比分析 232
6.3 開采沉陷地表破壞預測分析 234
6.3.1 基于參數(shù)的地表沉陷預測分析比較 234
6.3.2 基于Suffer的開采沉降區(qū)三維動態(tài)模擬分析 235
6.3.3 地表變形區(qū)自修復能力分析 235
第7章 現(xiàn)代開采地表裂縫發(fā)育規(guī)律研究 240
7.1 開采沉降區(qū)動態(tài)裂縫初始狀態(tài)及分布特征 240
7.1.1 下沉盆地動態(tài)裂縫初始狀態(tài)的分布特征 240
7.1.2 動態(tài)裂縫發(fā)育周期監(jiān)測方法 242
7.1.3 動態(tài)裂縫產(chǎn)生的時機模型 242
7.2 典型動態(tài)裂縫發(fā)育規(guī)律分析 244
7.2.1 典型動態(tài)裂縫發(fā)育特征分析 244
7.2.2 動態(tài)裂縫的發(fā)育周期函數(shù)模型 246
7.3 典型邊緣裂縫分布特征與屬性 247
7.3.1 邊緣裂縫監(jiān)測方法 247
7.3.2 邊緣裂縫的分布特征與屬性 248
7.3.3 邊緣裂縫寬度與深度關(guān)系分析 249
7.4 地裂縫淺層地下軌跡研究 253
7.4.1 地裂縫淺層地下軌跡探測方法 253
7.4.2 地裂縫軌跡特征 255
第8章 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)土壤水及滲流規(guī)律研究 262
8.1 地表土壤水及土壤滲流特性測定方法 262
8.1.1 地表裂縫處含水率測定 262
8.1.2 土壤垂直方向水分影響觀測 264
8.1.3 地表裂縫區(qū)土壤滲流特性測定 265
8.1.4 地表水土流失測定 268
8.2 開采地表裂縫及沉陷區(qū)土壤水變化特征 270
8.2.1 動態(tài)裂縫對土壤含水性的影響特點 270
8.2.2 邊緣裂縫對土壤含水性的影響特點 278
8.2.3 開采裂縫對土壤含水量的影響及自修復作用 283
8.2.4 塌陷時序上土壤含水量變化比較分析 285
8.3 開采沉陷不同區(qū)土壤垂直方向水分變化特征 286
8.3.1 對照區(qū)的土壤水分垂直特征 287
8.3.2 沉陷區(qū)谷底區(qū)土壤水分垂直特征 289
8.3.3 沉陷盆地邊緣土壤水分垂直特征 289
8.3.4 開切眼處土壤水分垂直特征 290
8.4 開采對土壤滲流影響規(guī)律 291
8.4.1 開采過程中土壤入滲變化規(guī)律 291
8.4.2 影響土壤穩(wěn)定入滲速率的因素分析 294
8.4.3 土壤滲流變化趨勢分析 296
8.5 開采對地表水土流失影響研究 296
8.5.1 徑流小區(qū)地表和水流變化 296
8.5.2 水土流失影響現(xiàn)場試驗研究 297
第9章 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)土壤損傷規(guī)律研究 299
9.1 土壤主要參數(shù)測定方法 299
9.1.1 土壤樣點時空布局及采集方法 299
9.1.2 植物土壤采樣布局與方法 301
9.1.3 土壤主要物理參數(shù)測定方法 303
9.1.4 土壤主要化學參數(shù)測定方法 306
9.2 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)土壤物理特征時空變化 309
9.2.1 土壤容重變化特征 309
9.2.2 土壤孔隙度變化特征 312
9.2.3 土壤含水率變化特征 314
9.2.4 土壤入滲與蒸發(fā)能力變化特征 319
9.3 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)土壤化學特征時空變化 321
9.3.1 土壤pH 321
9.3.2 土壤全氮 322
9.3.3 土壤速效鉀 323
9.3.4 土壤速效磷 325
9.3.5 土壤有機質(zhì) 326
第10章 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物生長及根際土壤環(huán)境變化研究 329
10.1 研究區(qū)植物概況及采樣方法 329
10.1.1 研究區(qū)植物概況 329
10.1.2 典型植物選擇 331
10.1.3 樣區(qū)布置與采樣方法 334
10.1.4 主要測試參數(shù)及測定方法 338
10.2 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物生長變化研究 338
10.2.1 補連塔現(xiàn)代開采沉陷區(qū)典型植物變化研究 339
10.2.2 大柳塔現(xiàn)代開采沉陷區(qū)典型植物變化研究 348
10.3 現(xiàn)代開采對典型植物土壤環(huán)境的主要影響 354
10.3.1 補連塔現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物根際土壤變化 354
10.3.2 大柳塔研究區(qū)現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物土壤環(huán)境研究 369
第11章 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物根際生物環(huán)境及多樣性變化研究 378
11.1 開采沉陷對植物根際微生物數(shù)量的影響 378
11.1.1 補連塔研究區(qū) 379
11.1.2 大柳塔研究區(qū) 388
11.2 開采對典型植物根際酶活性的影響 390
11.2.1 補連塔研究區(qū) 391
11.2.2 大柳塔研究區(qū) 398
11.3 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)微生物菌群多樣性影響 400
11.3.1 不同開采時間根系真菌種類 400
11.3.2 不同開采時間下系統(tǒng)發(fā)育樹 401
11.3.3 根系真菌多樣性分析 401
11.4 現(xiàn)代開采沉陷區(qū)植物群落演替變化分析 417
11.4.1 物種多樣性 418
11.4.2 植物群落特征 419
第12章 現(xiàn)代開采地表生態(tài)損傷程度與自修復研究 431
12.1 基于GIS的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境損害評價 432
12.1.1 損害評價指標體系構(gòu)建 432
12.1.2 專題數(shù)據(jù)處理分析 436
12.1.3 評價方法 443
12.1.4 評價結(jié)果分析 443
12.2 基于現(xiàn)代開采的地表土地生態(tài)損傷自修復能力研究 445
12.2.1 土地生態(tài)環(huán)境自修復評價模型 445
12.2.2 評價體系構(gòu)建 449
12.2.3 評價模型應用 452
12.2.4 評價結(jié)果分析 454
12.3 基于現(xiàn)代開采的植被生態(tài)損傷及自修復能力研究 456
12.3.1 現(xiàn)代開采生態(tài)系統(tǒng)損傷模型構(gòu)建 456
12.3.2 現(xiàn)代開采對本底生態(tài)環(huán)境的影響程度評價(試驗區(qū)案例) 4