法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-09-21
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01V8/02 授权公告日:20130403 终止日期:20150729 申请日:20110729
专利权的终止
2013-04-03
授权
授权
2012-05-30
实质审查的生效 IPC(主分类):G01V8/02 申请日:20110729
实质审查的生效
2012-04-18
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种适用于深部岩体结构面产状测量及统计的方法。
背景技术
本发明中所提到的“深部”是指地表以下或开挖面以内一定深度,即采 用常规的探勘等(如探洞和探槽等)措施不便施工或无法到达的深部岩体, 但钻探技术完全可以到达的地下岩体。目前,对于深部岩体结构面产状的 测量,主要是根据相邻三个钻孔揭露的同一结构面空间位置,通过空间几 何理论计算得出。这一方法存在三个方面的缺点:不同钻孔揭露的同一结 构面的识别易于误判;三个钻孔并不一定能同时揭露出一些规模不大的结 构面;深部钻探费用昂贵,三个钻孔成本过高。现也有采用高密度电法和 EH4电磁探测成像系统等高科技手段测量深部相对较大规模的矿脉或断 层等产状,但这类方法仅仅适应于大规模的地质结构面,对于小规模的 裂隙性结构面并不适宜。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用单个竖直钻孔的电视图像确定深部岩 体结构面产状的方法。
为了实现上述目的,采用以下技术方案:一种利用单个竖直钻孔的电 视图像确定深部岩体结构面产状的方法,其特征在于包括以下顺序步骤:
一、在钻孔口上标出地理方位点,并进行钻孔电视及图像提取;
二、在电视平展图像上标出相应的地理方位点,并建立二维坐标系;
三、将需要确定产状的岩体结构面在图像上标出,选取结构面上不共 线三点并且量测其平面坐标值;
四、将图像按钻孔形状卷成圆筒,竖直放置,建立三维直角坐标系;
五、运用空间向量几何理论,计算结构面法线的向量n(n1,n2,n3),计算 该结构面的产状;
倾角:
倾向:
式中:m表示点N(n1,n2)所在象限数(1、2、3、4),当在第一象 限时,m值为1,在第二象限时,m值为2,在第三象限时,m值 为3,在第四象限时,m值为4。
本发明克服了三钻孔确定深部结构面费用昂贵及同一结构面辨识误 差和其它物探方法探测相对小规模结构面精度很差等不足,本发明的方 法不仅经济地充分利用了单个钻孔的结构面信息,而且适应于各类结构 面(特别是小规模裂隙等)产状的统计分析。由于电视图像为钻孔表壁 成像,不存在钻孔扰动影响,非常客观地反映了结构面的局部产状特征。
附图说明
图1含有结构面的钻孔电视图像平展示意图及二维坐标系;
图2含有结构面的钻孔电视图像圆柱图及三维空间直角坐标系;
图3空间向量示意图;
图4结构面法向量投影图;
图5实际钻孔电视图像a;
图6实际钻孔电视图像b。
图中标记为:件1为结构面;件2为钻孔表壁;件3为三维直角坐标系 (x,y,z);件4为二维直角坐标系(d,h);A、B、C为待测结构面钻孔电视图像 上的点;n为待测结构面的法向矢量。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
具体的步骤如下:
(1)首先对钻孔冲洗干净,并最好用鼓风机吹干孔壁。采用罗盘在孔 口标出地理方位(NESW)点位置。按钻孔电视摄像设备操作规程完成成像 工作。
(2)在钻孔电视平展图像上标注钻孔孔口相应标注的地理方位点位置, 在平展图上建立相应的图像深度与孔周位置二维直角坐标系(d,h),坐标 原点为平展图中地理方位N点。如图1所示,其中H为钻孔的深度。
(3)将需要确定产状的结构面在电视图像用笔标出,选取该结构面上 任意三个点A、B、C,并且在如图1中量测和读其相应的位置坐标: A(A1,A2),B(B1,B2),C(C1,C2),量测三点在钻孔方向的深度。
(4)将已标注方位点的电视图像按钻孔形状卷成圆筒,在钻孔口部圆 心建立三维空间直角坐标系,如图2所示。以圆筒筒口圆心为坐标原点、 正北地理方位为坐标轴y方向、坐标轴z竖直向上。
(5)运用数学几何换算,将平展图像的二维坐标转化为相应的空间三 维直角坐标。如二维坐标A(A1,A2),B(B1,B2),C(C1,C2)转化成相应的空间三维直 角坐标为:
其中:r为钻孔的内径;
(6)运用空间向量几何理论,计算结构面法线的向量n(x,y,z),如图 3所示。通过结构面在空间直角坐标系中三个点的坐标:A(a1,a2,a3), B(b1,b2,b3),C(c1,c2,c3),求取向量 向量积即为法向量 n(x,y,z):
为便于记录,将向量n(x,y,z)记录为n(n1,n2,n3)。
(7)运用数学向量关系,计算该结构面的产状。
确定倾角:倾角即为该结构面与水平面xy平面的夹角α(锐角),求得 夹角(二面角):
确定倾向:将结构面的法向量n(n1,n2,n3)(由于结构面倾向的唯一性, 若n3为负则取n(-n1,-n2,-n3))投影到水平面xy平面,求得xy平面向量N(n1,n2), 向量N(n1,n2)与y轴正方向(正北方向)夹角即为倾向方位角θ(如图4所 示),可由下式计算获得θ:
式中:m表示点N(n1,n2)所在象限数(1、2、3、4),如图4所示,
如第1象限m=1,第四象限m=4。
以上二维和三维坐标原点可以任意选取,其确定产状方法及原理一样。 上面步骤中分别选取地理方位N点及圆筒顶部中心为坐标原点,是为了计 算简单和规范化。
实例1:
根据现场钻孔实际情况;钻孔深度为12m,孔径为130mm钻孔电视图 像进行处理(如图5所示),读取图像中结构面中不共线三个点的位置坐标 (单位为m):A1(0,-4.25)、B1(0.21,-4.35)、C1(0.3266,-4.3);进行坐标转化 代人公式(1)得到空间直角坐标:A1(0,0.065,-4.25)、 B1(-0.0058,-0.0647,-4.35)、C1(-0.0619,0.02,-4.3);代人法向量公式(2)求 得结构面法向量为n(0.001985,0.00648,-0.0083);代人公式(3)求取倾角为 39.3°;截取平面投影图求得N(n1,n2)为:N(-19.85,-64.8),位于第3象限; 代人公式(4)求得其倾向为197°;则确定结构面产状为197°∠39.3°。
实例2:
根据现场钻孔实际情况,提取竖直钻孔深度为12m,孔径为130mm钻 孔电视图像进行处理(如图6所示),读取图像中结构面不共线三个点的位 置坐标(单位为m):A2(0,-10.7)、B2(0.16,-10.55)、C2(0.3266,-10.65);进 行坐标转化代人公式(1)得到空间直角坐标:A2(0,0.065,-10.7)、 B2(0.0408,-0.0505,-10.55)、C2(-0.0619,0.02,-10.65);代人法向量公式(2) 求得结构面法向量为;n(0.000975,-0.011325,-0.008985);代人公式(3)求取 倾角为51.68°;截取平面投影图求得N(n1,n2)为:N(-9.75,113.25),位于 第4象限;代人公式(4)求得其倾向为315°;则确定两结构面产状为 315°∠51.68°。
岩体结构面并不一定呈现平面展布,可能存在起伏或弯折等特征。 由于钻孔孔径大小的局限性,因此根据单一竖向钻孔图像确定的结构面 产状为局部产状特征,但是如果根据邻近多个钻孔图像的结构面局部产 状,就可以非常准确地确定结构面的空间展布规律及整体产状特征。
本发明所述的方法使用操作方便,通过简单的测量和程序计算就能准确 得出深部岩体结构面的产状,而且可以对钻孔揭露的全孔岩体结构面产状 进行测量和统计分析。钻孔电视图像一般是物探领域用来分析岩体的破碎 程度的勘探方法,本发明是对已有资料附加应用,其不但易操作和较准确, 且充分利用了钻孔电视图像,并可编写成简单的程序软件,适合推广应用。
机译: 一种利用脉冲中子辐射测量方法确定钻孔的方法
机译: 一种利用脉冲中子辐射测量方法确定钻孔的方法
机译: 一种利用脉冲中子辐射测量方法确定钻孔的方法