[发明专利]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

说明书

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：