一种基于高清钻孔彩电的岩体结构面的搜索方法与流程

本发明涉及地质勘探技术，尤其涉及一种基于高清钻孔彩电的岩体结构面的搜索方法。

背景技术：

岩体中广泛发育着成因多样、规模不等、性状各异的结构面，各种结构面的存在破坏了岩体的整体性，直接影响岩体的力学性质和变形破坏模式。因此，工程地质勘察中一项重要内容就是查明岩体结构面——ⅰ～ⅳ级结构面及长大的ⅴ级结构面的发育情况，以便后续评价其对工程的不利影响。

查明岩体结构面发育情况，传统方法仅能解决规模较大、性状较差的ⅰ～ⅲ级结构面，其主要以地表地质测绘和勘探平洞揭露来分析结构面的空间发育情况，钻孔仅起辅助判断作用。传统方法完全依赖勘探平洞，勘察投入大、周期长，钻孔因不能确定结构面产状中的走向或倾向参数，判断中仅起辅助作用，对多条断层同时发育或断层性状相对较好的部位往往还存在误判的可能，且该方法不能查明ⅳ级结构面的空间发育情况，更加不能搜索ⅴ级结构面。近年来，随着高清钻孔彩电技术的广泛应用，利用钻孔彩电生成三维电子岩芯，可以通过解译软件直接获得结构面产状和性状信息，这为搜索岩体结构面的空间发育情况提供了可能。目前的工程实践中，还没有一种能搜索岩体结构面且操作简单、可靠性高的搜索方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于高清钻孔彩电的岩体结构面的搜索方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于高清钻孔彩电的岩体结构面的搜索方法，包括以下步骤：

1)根据高清钻孔彩电解译资料获取岩体结构面性状类型、空间坐标及产状，具体如下：

根据地质测绘、勘探平洞地质编录和高清钻孔彩电解译资料，提取岩体结构面的性状类型及产状(倾向∠倾角)，并换算各结构面在平洞或钻孔内揭露点的空间坐标，其中，平洞中揭露结构面的揭露点空间坐标采用该结构面在平洞底板中线上的空间坐标；

2)根据岩体结构面空间坐标及产状，求解结构面空间平面几何方程；

具体公式如下：

假定某结构面揭露点的空间坐标为(x0,y0,z0)，产状dd°∠dip°，则该结构面空间平面方程的点法式可以写为：

a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0

其中：a＝sin(dip)*sin(dd)；b＝sin(dip)*cos(dd)；c＝cos(dip)；写成平面方程的一般式，则有：

ax+by+cz+d＝0；

d＝-ax0-by0-cz0；

3)产状对比：

对要比较的两条结构面分别进行倾向、倾角对比，如果两条结构面的倾向和倾角的差值均在设定的容许偏差范围内，则转入步骤(4)，否则判断两条结构面不是同一条；

4)空间位置对比；

用点面距判断两条结构面延伸后空间位置是否一致，具体判断步骤如下：

4.1)根据其中一条结构面在勘探揭露点的空间坐标，计算该点到所要比较结构面的平面距离；

4.2)根据另一条结构面在勘探揭露点的空间坐标，计算此点到另一所要比较结构面的平面距离；

4.3)如果4.1)和4.2)所得距离均在设定的容许偏差范围内，则判断空间位置一致，转入步骤(5)，否则判断两条结构面不是同一条；

5)性状对比；

对步骤4)获得的结构面进行性状对比，如果性状相同或相似则判断两条结构面是同一条，否则判断两条结构面不是同一条。

按上述方案，所述步骤4)中计算点面距的方法为：根据步骤(2)中的空间平面方程，空间任一点(x1,y1,z1)到该结构面平面的距离dist为：

按上述方案，所述步骤3)中，确定产状对比时允许偏差的范围通过包括研究区多数结构面发育形态、勘探揭露点分布、钻孔彩电读取的产状误差在内的因素综合确定。

按上述方案，所述步骤4)中，确定空间位置对比时允许偏差的范围通过包括研究区多数结构面发育形态、勘探揭露点分布、钻孔彩电读取的产状误差在内的因素综合确定。

例如，对于裂面平直发育的理想结构面而言，揭露点距离50m的两个结构面，如果走向(倾向)角度偏差1°，则距离偏差约0.9m。假设某研究区结构面多为平直发育，钻孔间距一般约30m，倾向偏差可取10°，倾角偏差可取5°，距离偏差可取10m。

本发明产生的有益效果是：

1)本发明提供了一种基于高清钻孔彩电进行岩体结构面搜索的方法：通过高清钻孔彩电解译确定揭露的结构面产状，建立结构面空间平面几何方程，通过依次进行产状、空间位置、性质对比，确定两个勘察点揭露的结构面是否属于同一结构面。

2)本发明充分利用了钻孔揭露的结构面信息，克服了传统方法的局限性，不仅扩大了搜索范围，而且提高了搜索的可靠性，具有操作简单、可靠性高的特点。

3)本发明方法由于充分利用了钻孔结构面性状和产状信息，为搜索结构面，评价结构面对工程的不利影响，提供了一个节省时间、节约投资的方案。

4)本发明在空间测量资料基础上，建立了结构面空间平面几何方程，设计了结构面产状对比和空间位置对比的公式算法，为下一步开发岩体结构面搜索批量化处理的应用程序，奠定了最重要的基础。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的实施步骤流程图；

图2是本发明实施例某工程中对相邻两钻孔揭露结构面进行搜索的成果剖面图；

图3是本发明实施例某工程中对相邻两钻孔揭露结构面的钻孔照片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，以金沙江某水电站可行性研究阶段勘察钻孔zk157和zk158为实例，如下表所示，两钻孔分别揭露裂隙t9和t8，按本发明技术方法判断是否为同一结构面，具体步骤如下：

(1)获取结构面性状、空间坐标及产状，见下表1。

表1拟对比的结构面信息表

(2)获取裂隙空间平面方程。根据钻孔坐标和钻孔高清彩电解译的结构面揭露深度及产状，求解裂隙空间平面方程。具体方法如下：

假定裂隙揭露位置为(x0,y0,z0)，产状dd°∠dip°，则结构面空间平面方程的点法式可以写为：

a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0

其中：a＝sin(dip)*sin(dd)；b＝sin(dip)*cos(dd)；c＝cos(dip)。写成平面方程的一般式，则有：

ax+by+cz+d＝0

其中，a，b，c意义同上，d＝-ax0-by0-cz0。

计算得t9和t8平面方程为：

t9:-0.604x+0.695y+0.391z-1684651.74＝0

t8:-0.571x+0.731y+0.375z-1808097.413＝0

(3)产状对比。考虑研究区结构面绝大多数为理想结构面，并且勘探点布置间距一般30m左右，如果结构面走向(倾向)角度偏差1°，则距离偏差约0.5m，因此本实例选取允许偏差范围为：倾向偏差取10°，倾角偏差取5°。t9产状为319°∠67°，t8产状为322°∠68°，在允许误差范围内，可以进行步骤(4)。

(4)空间位置对比。根据研究区勘探点布置间距和产状允许偏差，本实例选取的结构面空间距离允许偏差范围为10m。用点面距法来判断两条裂隙延伸后后空间位置是否基本一致，具体做法：①计算结构面t9在钻孔zk157的揭露点到结构面t8平面的距离；②计算结构面t8在钻孔zk158的揭露点到结构面t9平面的距离；③如果①和②获得的距离均在容许偏差范围内，则可以进行步骤(5)，否则可判断两条结构面不是同一条。

根据步骤(2)中的平面方程，则空间任一点(x1，y1，z1)到该平面的距离dist为：

其中，a，b，c，d意义同上。

计算得t9揭露点至t8结构面平面的距离为8.0m，t8揭露点至t9结构面平面的距离为9.4m，均在容许偏差范围内，可以进行步骤(5)。

(5)性状对比。结构面t8面附3mm钙膜，裂隙溶蚀色变；结构面t9面附3mm泥钙质，裂隙溶蚀色变。两条结构面性状相似，可判断为同一条结构面。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。