[发明专利]一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法

说明书

本发明提供了一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法，以待测结构面的中心点为坐标原点，建立法向量、第一坐标系与第二坐标系，第一坐标系为以竖直方向为Z轴的实际坐标系，第二坐标系为以取出后的岩心的轴线为Z轴的相对坐标系，先将法向量在第二坐标系中的坐标用与事先测得的α、β三角函数相关的表达式表示，再用事先测得的θ、γ三角函数相关的表达式表示第二坐标系与第一坐标系之间的转换关系，进而得到法向量在第一坐标系中的与α、β、θ、γ相关的实际坐标，再以该实际坐标来求解结构面的真倾角ε与真倾向ω，得到结构面的产状。本发明简单方便，准确度高，整个计算过程可通过设置Excel表格工具进行自动计算，节省人力物力与财力。

技术领域

本发明涉及地质测绘技术领域，尤其是一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法。

背景技术

岩层产状计算是地质测绘的一项重要内容，主要用于测算与绘制地质剖面图，岩层产状指岩层在空间产出的状态和方位的总称，除水平岩层成水平状态产出外，一切倾斜岩层的产状均以其走向、倾向和倾角表示，走向、倾向和倾角称为岩层产状三要素。参见图3，岩层面与水平面的交线或岩层面上的水平线即该岩层的走向线，其两端所指的方向为岩层的走向，可由两个相差180°的方位角来表示(如NE25°与SW205°)，垂直走向线沿倾斜层面向下方所引直线为岩层倾斜线，倾斜线的水平投影线(即倾向线)所指的层面倾斜方向就是岩层的真倾向，走向与真倾向相差90°。岩层的倾斜线与其水平投影线之间的夹角即岩层的真倾角。所以，岩层的倾角就是垂直岩层走向的剖面上层面与水平面之间的夹角。

对于裸露的岩层(如矿区边坡)，可以直接通过地质罗盘测得岩层的走向、真倾向及真倾角。但对于非裸露的岩层，则不能通过地质罗盘进行测算，目前使用较多的方法是钻孔成像法，即在定向钻孔的钻头上安装摄像头，通过摄像头拍摄岩层图像，用计算机对图像进行分析解算得到走向、真倾向及真倾角这三个要素，由于安装摄像头需要在钻头上开孔，且定向钻孔深度较深，一般在几十米以上，摄像头及相关的连接线路极易遭到损伤与破坏，另外，解算结果还受图像质量的影响，准确度较难保证。因此，现有技术中需要一种方案来解决这个问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法，以解决背景技术中提出的问题。

一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法，包括以下步骤：

S1)定向钻孔的岩心取出后，在岩心外柱面绘制定向母线，所述定向母线为过钻孔最高点或钻孔最低点的线，即所述定向母线经过被钻取前的岩心的所有径向平面的竖向最高点或竖向最低点，选取待测结构面，用工具测量待测结构面的α角与β角，其中α角为待测结构面与岩心轴线之间的夹角，β角为在岩心外柱面上以结构面母线为起点至对应结构面最低点或最高点处所需转过的圆周角度；

S2)在待测结构面上建立第一坐标系OXYZ与第二坐标系OX′Y′Z′，第一坐标系与第二坐标系均为空间直角坐标系且两个坐标系的的坐标原点重合于O点，O点位于岩心轴线上且与待测结构面的椭圆中心重合，其中：

第一坐标系的Z轴与竖直方向重合，第一坐标系的Z轴正方向为竖向向上的方向，第一坐标系的XOY平面与水平面重合，第一坐标系的Y轴正方向为地球的正北方向，第一坐标系的X轴正方向为地球的正东方向；

第二坐标系的Z′轴与岩心的轴线重合，第二坐标系的Z′轴正方向为与定向钻孔钻进方向相反的方向，第二坐标系的X′OY′平面与岩心的径向平面重合，第二坐标系的Y′轴过岩心母线，Y′轴正方向为由岩心轴线指向岩心母线的方向，第二坐标系的X′轴为Y′轴绕Z′轴以左手法则顺时针旋转90°；

S3)作待测结构面的法向量法向量的起点为所述坐标原点O，终点为点n，相应的，点n在第一坐标系中的坐标定义为(x，y，z)，将坐标(x，y，z)以式1所示的形式表示：

点n在第二坐标系中的坐标定义为(x′，y′，z′)，坐标(x′，y′，z′)通过式2表示：