巖層真厚度的自動(dòng)化計(jì)算

鄒　波

巖層真厚度的自動(dòng)化計(jì)算

鄒波

（四川鑫順礦業(yè)股份有限公司，成都 610091）

目前地質(zhì)工作中巖層真厚度的計(jì)算一般都是采用列昂托夫斯基的傳統(tǒng)公式（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（DD2006-01），但公式中有一個(gè)正負(fù)號(hào)的判斷經(jīng)常困擾著廣大的地質(zhì)技術(shù)人員。文章里介紹了通過EXCEL編輯公式來(lái)實(shí)現(xiàn)巖層真厚度的自動(dòng)化計(jì)算的方法，以方便廣大的地質(zhì)技術(shù)人員進(jìn)行巖層真厚度批量自動(dòng)計(jì)算，提高工作效率，減少運(yùn)算錯(cuò)誤。

；巖層；真厚度；計(jì)算

在野外地質(zhì)工作中，計(jì)算巖層真厚度是每個(gè)地質(zhì)技術(shù)人員經(jīng)常面臨的問題。實(shí)測(cè)剖面地層厚度計(jì)算受諸多因素影響（如坡向、地形坡度角、巖層產(chǎn)狀、導(dǎo)線方位等），在運(yùn)用列氏厚度計(jì)算公式H=L（sin α×cosβ×sinγ±cosα×sinβ）時(shí)，存在“+”、“-”號(hào)選取及正負(fù)地形坡度角等問題，稍微不慎將符號(hào)判斷錯(cuò)誤，將導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤。通過研究、圖形驗(yàn)證、結(jié)合實(shí)際工作，運(yùn)用EXCEL公式編輯，做成方便實(shí)用的程序，利于廣大地質(zhì)技術(shù)人員快速、準(zhǔn)確的計(jì)算巖層真厚度。

1　列氏公式概述

列氏H=L（sinα×cosβ×sinγ±cosα×sinβ）：式中：H-巖層真厚度（m）；L-導(dǎo)線斜距（m）；α -巖層傾角（°）；β-導(dǎo)線坡度角（ ±°）； γ -剖面導(dǎo)線與地層走向線的銳夾角（°）。當(dāng)坡向與巖層傾向相反時(shí)，公式中用加號(hào)計(jì)算；當(dāng)坡向與巖層傾向相同時(shí)，公式中用減號(hào)計(jì)算。

圖1　

2　應(yīng)用列氏公式計(jì)算巖層真厚度實(shí)例

用列式公式H=L（sinα×cosβ×sinγ± cosα×sinβ）計(jì)算時(shí)，導(dǎo)線坡度角是仰角（+）還是俯角（-），坡度角β的取值，在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（DD2006-01）中并未做說明，經(jīng)查閱資料，實(shí)際運(yùn)用證實(shí)計(jì)算時(shí)應(yīng)該對(duì)導(dǎo)線坡度角β取絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算才對(duì)。

示例：當(dāng)巖層測(cè)量的導(dǎo)線方位為90°，巖層產(chǎn)狀為270°∠70°，導(dǎo)線坡角有+30°和-30°的兩種情況。如果用正負(fù)號(hào)，當(dāng)導(dǎo)線坡角為負(fù)時(shí)，公式D=L（sinα×cosβ×sinγ±cosα×sinβ）的最后一項(xiàng)sinβ為負(fù)值，由于導(dǎo)線坡角為負(fù)時(shí)，坡向與巖層傾向相反，公式中的±號(hào)應(yīng)取“+”號(hào)，相當(dāng)于公式里括號(hào)中的兩項(xiàng)為相減；而當(dāng)導(dǎo)線坡角為正時(shí)，sinβ雖為正值，但坡向與巖層傾向相同，公式中的±號(hào)應(yīng)取“-”號(hào)，公式里括號(hào)中的兩項(xiàng)仍為相減。假設(shè)導(dǎo)線斜距均為1m時(shí)，兩種情況計(jì)算出來(lái)的真厚度均為0.64m。導(dǎo)線坡角使用了正負(fù)號(hào)導(dǎo)致兩種截然不同的情況計(jì)算出來(lái)的結(jié)果一樣，這樣，導(dǎo)線坡角使用了正負(fù)號(hào)就不正確了。同樣，而導(dǎo)線坡角取絕對(duì)值后，假設(shè)導(dǎo)線斜距均為1m，坡角為正時(shí)，計(jì)算的真厚度為0.64m，為負(fù)時(shí)，計(jì)算的真厚度為0.98m。

為了驗(yàn)證取導(dǎo)線坡度角β絕對(duì)值計(jì)算出來(lái)的結(jié)果的正確性，筆者在AutoCAD2004軟件中，將長(zhǎng)度、坡度按實(shí)際比例尺畫圖，通過測(cè)量標(biāo)注的方式進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)際測(cè)量出的真厚度證實(shí)：無(wú)論導(dǎo)線坡度角是仰角（+）還是俯角（-），導(dǎo)線坡度角β必須取絕對(duì)值才是正確的。驗(yàn)證圖形如圖1。

從數(shù)值上看，導(dǎo)線坡度角β始終取正值即可使計(jì)算的結(jié)果正確，但為了實(shí)現(xiàn)使用EXCEL自動(dòng)化計(jì)算的目的以及真實(shí)反映導(dǎo)線的坡度情況，導(dǎo)線坡度角β仍要有正負(fù)之分，以判斷坡向與巖層傾向，如后面3.2節(jié)所述。上面的圖形同時(shí)證實(shí)了列式公式中提到的剖面導(dǎo)線與地層走向線的夾角，除了銳夾角外，實(shí)際上要包含90度直角的情況。當(dāng)剖面導(dǎo)線與巖層走向正好垂直時(shí)，其夾角為90度，該公式同樣能適用。

圖2　

3　使用EXCEL自動(dòng)化計(jì)算巖層真厚度

使用EXCEL進(jìn)行公式編輯，能較方便的實(shí)現(xiàn)巖層真厚度的自動(dòng)化計(jì)算。實(shí)現(xiàn)該功能的難點(diǎn)在于剖面導(dǎo)線與地層走向線的銳夾角的計(jì)算以及列氏公式中正負(fù)號(hào)的判斷。下面對(duì)各功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.1 剖面導(dǎo)線與地層走向線的銳夾角的計(jì)算

1）巖層產(chǎn)狀的傾向小于270°的，先將巖地產(chǎn)狀加上90°，得到地層的走向線方位角；如果巖層產(chǎn)狀的傾向大于等于270°，則將傾向減去90°，得到地層的走向線方位角。

2）將剖面導(dǎo)線的方位角與地層走向線相減，再取絕對(duì)值，即使用較大的方位角度數(shù)減去較小的方位角度數(shù)，即得剖面導(dǎo)線與地層走向線的夾角。

3）分析上面第二步得到的剖面導(dǎo)線與地層走向線的夾角度數(shù)，如果這個(gè)度數(shù)大于等于90°，則減去90°，直到得到的夾角度數(shù)小于或等于90°為止，即得到剖面導(dǎo)線與地層走向線的銳夾角。

3.2列氏公式中正負(fù)號(hào)的判斷

1）坡向可能有兩個(gè)方向，當(dāng)?shù)匦纹露冉菫檎龝r(shí)，坡向應(yīng)與導(dǎo)線方位相反，即坡向的方位角為導(dǎo)線方位角加上180°；當(dāng)?shù)匦纹露冉菫樨?fù)時(shí)，坡向應(yīng)與導(dǎo)線方位相同，即坡向的方位角等于導(dǎo)線方位角。

2）將導(dǎo)線坡向的方位角與巖層傾向的方位角相減，再取絕對(duì)值，（即使用較大的方位角度數(shù)減去較小的方位角度數(shù)）即得坡向與巖層傾向的夾角。

3）分析上面第二步得到的坡向與巖層傾向的夾角，這個(gè)夾角可分為3種情況，即夾角小于90°，夾角大于90°且小于270°和夾角大于270 °。如果這個(gè)度數(shù)大于90°，坡向與巖層傾向相反，使用列氏公式時(shí)取正號(hào)；反之，如果這個(gè)度數(shù)小于90°，則坡向與巖層傾向相同，使用列氏公式時(shí)取負(fù)號(hào)。實(shí)際工作時(shí)，還會(huì)遇到坡向與巖層傾向分別位于第一、四象限的情況，有時(shí)兩者相減會(huì)得到一個(gè)大于270°的值，這種情況夾角實(shí)際也是小于90°，如坡向45度與傾向340 °之間的夾角實(shí)際是65°，而不是295°，畫方位草圖即可很方便的分析出兩者之間的關(guān)系是相同還是相反，如圖2。實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面一般垂直巖層走向進(jìn)行，會(huì)有一定的夾角，小夾角的情況是實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面、布置工程等工作要避免的，因此就不會(huì)出現(xiàn)坡向與巖層傾向的夾角等于90°的情況，即順層測(cè)量巖層或順層采樣。

3.3其它

在使用EXCEL公式運(yùn)算三角函數(shù)時(shí)，需要使用弧度的角度單位。條件判斷在EXCEL中使用IF條件函數(shù)實(shí)現(xiàn)，中間過程保存在臨時(shí)單元格中備用。

圖3　

4　制作方法

我們首先在EXCEL中做一個(gè)基本的巖層真厚度計(jì)算表格，表頭及輔助列如圖3所示，然后在G到S列編輯相應(yīng)的公式，最終在S列得到真厚度值。

從上圖中可以看到，G、H兩列為輔助列，用于保證I列得到不大于90°的夾角；N列也是輔助列，用于計(jì)算坡向的方位角，O列則是根據(jù)N列的結(jié)果來(lái)判斷當(dāng)前剖面測(cè)量的地層傾向與坡向是否相同或相反，以此判斷真厚度計(jì)算時(shí)應(yīng)該使用列氏公式的“加”法式還是“減”法式，用“+”和“-”來(lái)作為判斷標(biāo)志，為S列計(jì)算真厚度做準(zhǔn)備；J、K、L三列和P、Q、R三列則是分別計(jì)算各參數(shù)的正弦、余弦值；M、R兩列則分別求出列氏公式“±”前后兩部分的乘積。S列則按照列氏公式，根據(jù)B、M、R三列的值計(jì)算出巖層的真厚度。

為了便于美觀和使用方便，最后將輔助列G、H、N列全部隱藏。為了防止誤操作損壞程序，可將左側(cè)需要輸入原始編錄數(shù)據(jù)的區(qū)域設(shè)置為可編輯區(qū)域，用于輸入原始數(shù)據(jù)，其它區(qū)域設(shè)置為保護(hù)區(qū)域，或者將該電子表格文件設(shè)置為只讀格式。

5　總結(jié)

樣品真厚度的計(jì)算也是礦區(qū)工作中經(jīng)常遇到的。因樣品的真厚度與地質(zhì)剖面測(cè)量中某個(gè)巖層的真厚度實(shí)質(zhì)是一樣的，樣槽的方位角相當(dāng)于地質(zhì)剖面測(cè)量中導(dǎo)線的方位角；樣槽的坡角相當(dāng)于地質(zhì)剖面測(cè)量中的坡度角；樣長(zhǎng)相當(dāng)于地質(zhì)剖面測(cè)量中的某一巖層的導(dǎo)線長(zhǎng)，其余類推。因此，樣品真厚度的計(jì)算同樣可以使用這個(gè)巖層真厚度自動(dòng)計(jì)算表來(lái)計(jì)算。

需要說明的是：實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面或采樣時(shí)，由于有可能在某段地層的往復(fù)測(cè)量或采樣，如果真厚度值總是一個(gè)正值，這樣會(huì)造成計(jì)算的累計(jì)真厚度偏大。本計(jì)算程序計(jì)算的地層真厚度值有正有負(fù)，當(dāng)導(dǎo)線坡向與巖層傾向一致且導(dǎo)線坡度角絕對(duì)值大于巖層真傾角時(shí)，從巖層頂面向巖層底面的方向產(chǎn)生的厚度為正厚度，反之為負(fù)厚度。這樣就消除了連續(xù)往復(fù)測(cè)量地層時(shí)，地層真厚度累計(jì)偏大的錯(cuò)誤。如不需要考慮值的正負(fù)，則取真厚度計(jì)算結(jié)果的絕對(duì)值即可。

［1］ DD2006-01，固體礦產(chǎn)勘查原始地質(zhì)編錄規(guī)程［S］.

［2］郭福生等.巖層真厚度計(jì)算公式述評(píng)［J］.中國(guó)煤田地質(zhì)，1999（2）.

［3］劉書才等.實(shí)測(cè)剖面地層厚度計(jì)算方法探討［J］.山東國(guó)土資源，2006（9）.

Automatic Calculation of the Actual Thickness of Rock Bed

ZOU Bo
（Sichuan Xinshun Mining Co. Ltd.， Chengdu 610091）

At present the actual thickness of rock bed is calculated by the three traditional formulas（CGS Standard :DD2006-01）， but plus or minus judgment in formulas is often very difficult. This paper gives an EXCEL editor formula to calculate automatically the actual thickness of rock bed.

rock bed； actual thickness； calculation

P622.22

A

1006-0995（2015）04-0632-0

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.037

2015-02-25

鄒波（1977—），男，四川成都人，助理工程師，研究方向：礦山地質(zhì)