地质结构面与地表及坑探工程斜面水平投影图编制

马敏坤，郭佩佩，张 海, ，黄太忠，杨德传

（1.贵州省地矿局113地质大队，贵州 六盘水 553001；2.成都理工大学，核技术与自动化工程学院，成都 610059）

地表及坑探工程素描图既是如实反映各种地质现象的一种最基础图件，也是反映工程地质情况的重要成果。因此，作图方法的正确与否直接关系到地质现象及工程地质情况的真实性。据了解，不少地质工作者在制作地表及坑探工程斜面水平投影图时，均是直接用地质结构面走向绘制地质界线。笔者认为除特殊情形外，用此法绘制的地质界线是欠妥的。传统的地质界线绘制方法有“V”形法和放线比例尺法，还有个别学者则采用了解析几何法。“V”形法给人一种模糊的概念，操作起来很不方便。放线比例尺法、解析几何法虽然克服了“V”形法的缺陷，但操作起来较为繁琐。这三种方法均主要运用于地形地质图的编制，在地表及坑探工程斜面水平投影素描制图中不便运用。为此，笔者根据任意地质结构面与任意斜面之间的组合关系，导出了地质结构面视走向与地质结构面产状、斜面坡向及坡角之间的函数关系，从而可以根据地质结构面和斜面的产状要素换算出地质结构面视走向，再根据地质结构面视走向绘制地质界线。经反复实践证明，此方法用于制作斜面水平投影图是正确的、可行的。它既简单又适用，且定量准确，它解决了传统制图法中难以处理的问题。

1 地表及坑探工程斜面水平投影图上的地质界线特征

图1 水平岩层地质界线在斜面水平投影图上的表现特征

1.1 水平产状结构面 产状近于水平的岩（矿）层、构造面界线在斜面水平投影图上表现为与斜面坡向垂直，与等高线平行或重合，其界线随斜面坡向或等高线的变化而变化（图 1）。只要测出岩（矿）层、构造面界线的位置或高程，就可以垂直于斜面坡向或平行于其相应高程的等高线绘制出该岩（矿）层、构造面的界线。

1.2 直立产状结构面

产状近于直立的岩（矿）层、构造面界线在斜面水平投影图上是沿岩（矿）层、构造面走向呈直线延伸，不随斜面坡向、坡度或等高线的变化而变化（图 2）。只要测出岩（矿）层、构造面界线的位置及走向，就可以根据岩（矿）层、构造面走向绘制出该岩（矿）层、构造面界线。

1.3 倾斜产状结构面

产状倾斜的岩（矿）层、构造面界线在斜面水平投影图上表现为与斜面成不同方向的交切关系，其岩（矿）层、构造面界线随岩（矿）层或构造面产状以及斜面坡向、坡角的变化而变化（图3～7）。

图2 直立岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征

图3 倾斜岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征（1）

图4 倾斜岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征（2）

图5 倾斜岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征（3）

图6 倾斜岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征（4）

图7 倾斜岩层地质界线着斜面水平投影图上的表现特征（5）

2 地质结构面视走向

2.1 地质结构面视走向的含义

地质结构面与倾斜平面的交线在水平面上的投影线叫视走向线（图8中AE）。视走向线两端所指的方向即为地质结构面的视走向。地质结构面的视走向表示地质结构面在地表或坑探工程斜面水平投影图上的延伸方向，即地质结构面与地表或坑探工程斜面交线的水平延伸方向。地质结构面的视走向都有两个方位角数值，如一方为ρ，则另一方为ρ±180°。地质结构面的视走向随斜面坡向及坡角的变化而变化。

2.2 地质结构面视走向与地质结构面产状、斜面坡向及坡角之间的关系

地质结构面的视走向与地质结构面产状、斜面坡向及坡角之间存在着这样一种关系:

式中：ρ—地质结构面视走向方位角；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—地质结构面倾向方位角；α—地质结构面真倾角。（图8）

AB为斜面走向线；AC—地质结构面走向；AD—地质结构面与斜面的交线；AE—地质结构面与斜面的交线在水平面上的投影线，即地质结构面视走向线；∠CBD—斜面坡角；∠ECD—平行于斜面坡向的铅直剖面上地质结构面视倾角；∠ACB—地质结构面走向与斜面坡向之间的夹角；∠AEB—地质结构面视走向与斜面坡向之间的夹角。

图8 结构面视走向与结构面产状、斜面坡及坡角的关系说明见正文

（6）式即为地质结构面视走向与地质结构面产状、斜面坡向及坡角的关系式。

（7）式为地质结构面视走向的计算式。

3 地质结构面视走向在地表及坑探工程斜面水平投影图编制中的应用

例如，野外作剥土、槽探、坑道编录时，若剥土、槽探、坑道的方向与岩（矿）层、构造面的走向不直交，其剥土、槽探、坑道的坡度在±15～75°之间，这时剥土面、槽底、坑顶或坑底之正投影图上的岩（矿）层、构造面界线就要用视走向线来表示。

例1：某槽探垂直斜面坡向布置，0—1站方位90°，坡度+45°，岩层产状56°∠15°；1—2站方位90°，坡度-45°，岩层产状56°∠15°。绘制其槽底地质界线。

(1)0—1站

岩层倾向λ=56°，岩层倾角α=15°；槽探方向φ=90°，槽探坡度β=+45°。

代入上述关系式得：

于是(ρ-90°)=83°,即ρ=173°

此时，根据野外测得的岩层分界位置，以槽探方向顺时针旋转83°或逆时针旋转97°绘制岩层分界线（图9中0-1站）。

(2)1—2站

槽探坡度β为-45°，其余数据不变，代入上述关系式得：

于是(ρ-90°)=-79°,即ρ=11°

此时，根据野外测得的岩层分界位置，以槽探方向逆时针旋转79°或顺时针旋转101°绘制岩层分界线（图9中1-2站）。

讨论：在编制该类型的槽探或剥土素描图时，有的学者是直接用岩层的走向来绘制地质界线，笔者认为这种表示方法是错误的（图10）。

图9 根据结构面视走向绘制地质界线

例2：某坑道宽2.0m，垂高2.0m，0—1站斜距20m，方位60°，坡角-25°，其中0～10m为细砂岩，岩层产状100°∠25°，10～15m为泥岩，15米处为断层，断层产状30°∠60°，15～20m为白云岩，岩层产状56°∠45°；1—2站斜距10m，方位110°，坡角-35°，其岩性均为白云岩，岩层产状56°∠45°。绘制该坑道平面素描图。

作图方法（图12）：

1）计算各基点坐标，在平面图上标出各基点位置及标高，绘制坑道轮廓线。

2）计算坑道拐弯处前后两斜面的交线方向（同样可以采用计算视走向的方法求得，本例为61.7°），并将其交线绘制到平图面上（图中AB），并将基点与拐弯内侧前后两壁之交点用线段隔开(图中AC)。

3）分别计算各地质结构面在其斜面水平投影图上的视走向（本例分别为 80°、110°、142.5°、102°），再根据各地质结构面视走向及岩性分界位置绘制地质界线，然后绘上岩性花纹。

讨论：在编制该类型的坑道平面图时，有的学者是直接用岩层的走向来绘制地质界线，笔者认为这种表示方法是错误的（图12）。

图10 直接用岩层走向绘制的地质界线

图11 运用结构面视走向绘制倾斜坑道平面图

图12 直接用结构面走向绘制的倾斜坑道平面图）

4 结论

地质结构面视走向与地质结构面视倾角一样具有及其重要的意义，前者运用于斜面的水平投影图上，如：地形地质图、剥土面、槽底、坑顶或坑底素描图等；后者则运用于剖面图上，如：图切剖面图、实测剖面图、槽壁及坑壁素描图等。在地质制图中，地质结构面视走向与地质结构面视倾角都是经常要用到的，然而，在以往的地质文献中，无论是教学单位、生产单位还是科研单位都未曾有过地质结构面视走向的论述。在单一斜面的水平投影图上,以往的地质界线绘制方包括“V”形制图法、放线比例尺制图法和解析何几制图法均是不便于运用的，而直接采用地质结构面的走向绘制地质界线则是错误的。地质结构面视走向不但能宏观控制地质界线而且还有量的概念，它能将地表及坑探工程斜面上发现的各种地质结构面正确地表示在水平投影图上，只要在地质编录中测得地质结构面的产状及斜面的坡向及坡角，就能简单地用公式计算出地质结构面的视走向，操作起来简便易行。地质结构面视走向的建立，为全面掌握各地质结构面在空间的分布情况及正确绘制地质界线提供了有利手段。

[1] 戚筱俊．工程地质及水文地质[M]．北京：中国水利水电出版社，1997．

[2] 成都地质学院．构造地质学[M]．北京：地质出版社，1989．

[3] 中国地质大学．构造地质学[M]．北京：地质出版社，1989．

[4] 刘悦忠．解析几何法在倾斜地质结构面地质图编制中的应用[J]．贵州地质．2000，17（3）：196～199．

[5] 人民教育出版社中学数学室．高中数学·第一册（下）[M]．北京：人民教出版社，2003：28～36，129～133．