地質結構面與地表及坑探工程斜面水平投影圖編制

馬敏坤，郭佩佩，張 海, ，黃太忠，楊德傳

（1.貴州省地礦局113地質大隊，貴州 六盤水 553001；2.成都理工大學，核技術與自動化工程學院，成都 610059）

地表及坑探工程素描圖既是如實反映各種地質現象的一種最基礎圖件，也是反映工程地質情況的重要成果。因此，作圖方法的正確與否直接關系到地質現象及工程地質情況的真實性。據了解，不少地質工作者在制作地表及坑探工程斜面水平投影圖時，均是直接用地質結構面走向繪制地質界線。筆者認為除特殊情形外，用此法繪制的地質界線是欠妥的。傳統的地質界線繪制方法有“V”形法和放線比例尺法，還有個別學者則采用了解析幾何法。“V”形法給人一種模糊的概念，操作起來很不方便。放線比例尺法、解析幾何法雖然克服了“V”形法的缺陷，但操作起來較為繁瑣。這三種方法均主要運用于地形地質圖的編制，在地表及坑探工程斜面水平投影素描制圖中不便運用。為此，筆者根據任意地質結構面與任意斜面之間的組合關系，導出了地質結構面視走向與地質結構面產狀、斜面坡向及坡角之間的函數關系，從而可以根據地質結構面和斜面的產狀要素換算出地質結構面視走向，再根據地質結構面視走向繪制地質界線。經反復實踐證明，此方法用于制作斜面水平投影圖是正確的、可行的。它既簡單又適用，且定量準確，它解決了傳統制圖法中難以處理的問題。

1 地表及坑探工程斜面水平投影圖上的地質界線特征

圖1 水平巖層地質界線在斜面水平投影圖上的表現特征

1.1 水平產狀結構面 產狀近于水平的巖（礦）層、構造面界線在斜面水平投影圖上表現為與斜面坡向垂直，與等高線平行或重合，其界線隨斜面坡向或等高線的變化而變化（圖 1）。只要測出巖（礦）層、構造面界線的位置或高程，就可以垂直于斜面坡向或平行于其相應高程的等高線繪制出該巖（礦）層、構造面的界線。

1.2 直立產狀結構面

產狀近于直立的巖（礦）層、構造面界線在斜面水平投影圖上是沿巖（礦）層、構造面走向呈直線延伸，不隨斜面坡向、坡度或等高線的變化而變化（圖 2）。只要測出巖（礦）層、構造面界線的位置及走向，就可以根據巖（礦）層、構造面走向繪制出該巖（礦）層、構造面界線。

1.3 傾斜產狀結構面

產狀傾斜的巖（礦）層、構造面界線在斜面水平投影圖上表現為與斜面成不同方向的交切關系，其巖（礦）層、構造面界線隨巖（礦）層或構造面產狀以及斜面坡向、坡角的變化而變化（圖3～7）。

圖2 直立巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征

圖3 傾斜巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征（1）

圖4 傾斜巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征（2）

圖5 傾斜巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征（3）

圖6 傾斜巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征（4）

圖7 傾斜巖層地質界線著斜面水平投影圖上的表現特征（5）

2 地質結構面視走向

2.1 地質結構面視走向的含義

地質結構面與傾斜平面的交線在水平面上的投影線叫視走向線（圖8中AE）。視走向線兩端所指的方向即為地質結構面的視走向。地質結構面的視走向表示地質結構面在地表或坑探工程斜面水平投影圖上的延伸方向，即地質結構面與地表或坑探工程斜面交線的水平延伸方向。地質結構面的視走向都有兩個方位角數值，如一方為ρ，則另一方為ρ±180°。地質結構面的視走向隨斜面坡向及坡角的變化而變化。

2.2 地質結構面視走向與地質結構面產狀、斜面坡向及坡角之間的關系

地質結構面的視走向與地質結構面產狀、斜面坡向及坡角之間存在著這樣一種關系:

式中：ρ—地質結構面視走向方位角；φ—斜面坡向方位角；β—斜面坡角，“+”表示上坡（仰角）、“-”表示下坡（俯角）；λ—地質結構面傾向方位角；α—地質結構面真傾角。（圖8）

AB為斜面走向線；AC—地質結構面走向；AD—地質結構面與斜面的交線；AE—地質結構面與斜面的交線在水平面上的投影線，即地質結構面視走向線；∠CBD—斜面坡角；∠ECD—平行于斜面坡向的鉛直剖面上地質結構面視傾角；∠ACB—地質結構面走向與斜面坡向之間的夾角；∠AEB—地質結構面視走向與斜面坡向之間的夾角。

圖8 結構面視走向與結構面產狀、斜面坡及坡角的關系說明見正文

（6）式即為地質結構面視走向與地質結構面產狀、斜面坡向及坡角的關系式。

（7）式為地質結構面視走向的計算式。

3 地質結構面視走向在地表及坑探工程斜面水平投影圖編制中的應用

例如，野外作剝土、槽探、坑道編錄時，若剝土、槽探、坑道的方向與巖（礦）層、構造面的走向不直交，其剝土、槽探、坑道的坡度在±15～75°之間，這時剝土面、槽底、坑頂或坑底之正投影圖上的巖（礦）層、構造面界線就要用視走向線來表示。

例1：某槽探垂直斜面坡向布置，0—1站方位90°，坡度+45°，巖層產狀56°∠15°；1—2站方位90°，坡度-45°，巖層產狀56°∠15°。繪制其槽底地質界線。

(1)0—1站

巖層傾向λ=56°，巖層傾角α=15°；槽探方向φ=90°，槽探坡度β=+45°。

代入上述關系式得：

于是(ρ-90°)=83°,即ρ=173°

此時，根據野外測得的巖層分界位置，以槽探方向順時針旋轉83°或逆時針旋轉97°繪制巖層分界線（圖9中0-1站）。

(2)1—2站

槽探坡度β為-45°，其余數據不變，代入上述關系式得：

于是(ρ-90°)=-79°,即ρ=11°

此時，根據野外測得的巖層分界位置，以槽探方向逆時針旋轉79°或順時針旋轉101°繪制巖層分界線（圖9中1-2站）。

討論：在編制該類型的槽探或剝土素描圖時，有的學者是直接用巖層的走向來繪制地質界線，筆者認為這種表示方法是錯誤的（圖10）。

圖9 根據結構面視走向繪制地質界線

例2：某坑道寬2.0m，垂高2.0m，0—1站斜距20m，方位60°，坡角-25°，其中0～10m為細砂巖，巖層產狀100°∠25°，10～15m為泥巖，15米處為斷層，斷層產狀30°∠60°，15～20m為白云巖，巖層產狀56°∠45°；1—2站斜距10m，方位110°，坡角-35°，其巖性均為白云巖，巖層產狀56°∠45°。繪制該坑道平面素描圖。

作圖方法（圖12）：

1）計算各基點坐標，在平面圖上標出各基點位置及標高，繪制坑道輪廓線。

2）計算坑道拐彎處前后兩斜面的交線方向（同樣可以采用計算視走向的方法求得，本例為61.7°），并將其交線繪制到平圖面上（圖中AB），并將基點與拐彎內側前后兩壁之交點用線段隔開(圖中AC)。

3）分別計算各地質結構面在其斜面水平投影圖上的視走向（本例分別為 80°、110°、142.5°、102°），再根據各地質結構面視走向及巖性分界位置繪制地質界線，然后繪上巖性花紋。

討論：在編制該類型的坑道平面圖時，有的學者是直接用巖層的走向來繪制地質界線，筆者認為這種表示方法是錯誤的（圖12）。

圖10 直接用巖層走向繪制的地質界線

圖11 運用結構面視走向繪制傾斜坑道平面圖

圖12 直接用結構面走向繪制的傾斜坑道平面圖）

4 結論

地質結構面視走向與地質結構面視傾角一樣具有及其重要的意義，前者運用于斜面的水平投影圖上，如：地形地質圖、剝土面、槽底、坑頂或坑底素描圖等；后者則運用于剖面圖上，如：圖切剖面圖、實測剖面圖、槽壁及坑壁素描圖等。在地質制圖中，地質結構面視走向與地質結構面視傾角都是經常要用到的，然而，在以往的地質文獻中，無論是教學單位、生產單位還是科研單位都未曾有過地質結構面視走向的論述。在單一斜面的水平投影圖上,以往的地質界線繪制方包括“V”形制圖法、放線比例尺制圖法和解析何幾制圖法均是不便于運用的，而直接采用地質結構面的走向繪制地質界線則是錯誤的。地質結構面視走向不但能宏觀控制地質界線而且還有量的概念，它能將地表及坑探工程斜面上發現的各種地質結構面正確地表示在水平投影圖上，只要在地質編錄中測得地質結構面的產狀及斜面的坡向及坡角，就能簡單地用公式計算出地質結構面的視走向，操作起來簡便易行。地質結構面視走向的建立，為全面掌握各地質結構面在空間的分布情況及正確繪制地質界線提供了有利手段。

[1] 戚筱俊．工程地質及水文地質[M]．北京：中國水利水電出版社，1997．

[2] 成都地質學院．構造地質學[M]．北京：地質出版社，1989．

[3] 中國地質大學．構造地質學[M]．北京：地質出版社，1989．

[4] 劉悅忠．解析幾何法在傾斜地質結構面地質圖編制中的應用[J]．貴州地質．2000，17（3）：196～199．

[5] 人民教育出版社中學數學室．高中數學·第一冊（下）[M]．北京：人民教出版社，2003：28～36，129～133．