顏偉裕，吳承東，李慧，劉浩，楊磊，徐英明

文章編號：1672-5603（2020）02-80-6

摘 要 為了提高勘查線剖面圖樣品位置投影的準(zhǔn)確度和改變樣品須單項獨立投影的情況，筆者對鉆孔軌跡投影理論、方法和技術(shù)進行分析研究，得出了樣段控制長度的計算原理方法，實現(xiàn)了由數(shù)據(jù)直接進機處理數(shù)字化生成勘查線剖面圖，特別是所有樣品可一次性投影成圖。本文以哈密地區(qū)泉東山某鉛鋅礦床鉆孔ZK901舉例，通過數(shù)據(jù)收集、分析、預(yù)處理求得各控制點的投影位置，之后利用Section軟件“表格數(shù)據(jù)投影”功能投影空間坐標(biāo)，實現(xiàn)了鉆孔軌跡、樣品位置直接自動投影成圖的數(shù)字化制圖方法。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化; 鉆孔軌跡; 投影;樣品位置

中圖分類號：TP302.4 ? ? ? ? 文獻識別碼：A

Research on Digital Mapping Method of Drilling Holes

and Sample Position

Yan Weiyu1， Wu Chengdong1， Li Hui1， Liu Hao1， Yang Lei1， Xu Yingming2

（1. Team 304， Hunan Provincial Nuclear Industry Geological Bureau， Changsha Hunan 410000; 2. Hunan Yimidi Planning Consulting Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410000）

Abstract： In order to improve the accuracy of the sample position projection of the survey line profile and to change the situation where the sample must be projected independently， the author analyzes and studies the theory， method and technology of the borehole trajectory projection， and obtains the calculation principle method of the control length of the sample segment to achieve In addition， the data is directly processed into the machine to digitally generate the survey line profile， especially all samples can be projected into a map at one time. In this paper， the ZK901 borehole of a lead-zinc deposit in Quandongshan， Hami area is taken as an example. The projection position of each control point is obtained through data collection， analysis， and preprocessing. Then， the spatial coordinates are projected using the "table data projection" function of Section software to complete the drilling trajectory ， The sample position is directly projected into a map automatically to realize digital mapping. The mapping accuracy is high， the data can be shared， and the mapping quality can be checked by the source data.

Keywords： digitization; drilling trajectory; ?projection; sample location

0 引言

鉆機在施工過程中會產(chǎn)生一定的偏差，因此在后期制作勘查線剖面圖中、礦體圈連及儲量計算中必須進行鉆孔彎曲度校正[1]。以往一般通過對鉆孔測斜數(shù)據(jù)進行計算解析，然后采用手工作圖的方法投影到剖面圖和平面圖上，最后對紙介質(zhì)底圖進行二次描繪后完成計算機制圖[2]，這占用了地質(zhì)找礦大量的日常整理工作時間，且成圖精度低。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，通過構(gòu)建投影模型，初步實現(xiàn)了鉆孔軌跡自動成圖。如何在以往科研的基礎(chǔ)上尋求更加簡便、更加科學(xué)的鉆孔軌跡成圖方法，以及存在空白區(qū)的樣品位置一次性自動投影成圖的數(shù)字化制圖技術(shù)該如何填補，這是需要探討的重要問題。下面我們通過對原始數(shù)據(jù)（測斜和采樣井深）的收集、數(shù)據(jù)預(yù)處理，建立投影目標(biāo)數(shù)據(jù)，分析探討鉆孔軌跡和樣品位置投影過程原理來構(gòu)建其計算機算法，進而達到自動成圖的目的，實現(xiàn)數(shù)字化制圖。本文以哈密地區(qū)泉東山某鉛鋅礦床鉆孔ZK901為例，介紹該孔的校正過程及樣品自動投影生成技術(shù)方法。

1 測斜原始數(shù)據(jù)收集與整理

在鉆孔施工進行測斜工作后，需要使用鉆孔深度及彎曲度測量原始結(jié)果等數(shù)據(jù)來進行校正工作[3]，該測斜記錄是鉆孔校正工作的重要參數(shù)。鉆孔ZK901設(shè)計傾角80°，設(shè)計方位角γ′=350°，終孔孔深460.6m，其彎曲度測量數(shù)據(jù)如表1所示。

2 鉆孔軌跡投影數(shù)據(jù)預(yù)處理

在勘查線剖面圖上，鉆孔施工軌跡為一條曲線，而一條曲線是由無數(shù)個點組成的[4];因此，計算出曲線上主要控制點在圖上的準(zhǔn)確位置就能反映出鉆孔的施工軌跡。本次校正原理重點在于計算出各控制點在勘查線剖面圖上的投影坐標(biāo)。

2.1 鉆孔彎曲投影點計算

（1）測點控制長度計算

每個測點的控制長度（Li）等于上下相鄰測點（Li-1、Li+1）距離一半之和[5]，且各測點控制長度總和應(yīng)等于鉆孔終孔深度，其計算公式：

當(dāng)i=1（地表）時，公式中（li+li-1）/2為0;當(dāng)i=n（最后一個測點），公式中（li+1+li）/2為終孔深度。

根據(jù)上述計算方法可知，鉆孔ZK901中L測點1=25m;L測點2=50m，……，L測點10=35.6m。

（2）投影長度計算

鉆孔校正曲線是由每個測點的控制長度、鉆孔傾角和方位角所決定的，根據(jù)其三角函數(shù)關(guān)系可知，平面水平投影長度a=Li×cos（α）、剖面垂直投影長度（即鉛錘長）h= Li×sin（α）。

（3）偏移距離計算

勘查線方位角會使得鉆孔空間曲線產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而使得鉆孔平面水平和剖面投影圖上的曲線形態(tài)產(chǎn)生偏移。其沿勘查線偏離平距（也稱“沿線位移”）或垂直勘查線偏離平距（也稱“脫線位移”）利用平面水平投影長度a與方位夾角γ三角函數(shù)關(guān)系求得。相關(guān)的計算公式如下：

γ=γ′-γ″、b=a·cosγ

c=a·cosγ（±）、∑b=b1+……+bn

∑c=c1+……+cn

式中：

γ—方位夾角（°）

γ′—設(shè)計方位角（°）

γ″—實測方位角（°）

b—沿勘查線偏移平距（m）

∑b—累計沿勘查線偏移平距（m）

c—垂直勘查線偏移平距（m）

∑c—累計垂直勘查線偏移平距（m）

（4）投影點計算結(jié)果

操作者只需將表1中的測量孔深、實測傾角和實測方位角等原始數(shù)據(jù)對應(yīng)填寫至表2中，然后利用EXCEL在對應(yīng)的列中編輯控制長度、方位夾角、鉛錘長、沿線位移和脫線位移等上述公式，即可由計算機自動求得相關(guān)數(shù)據(jù)。其計算結(jié)果∑b為平、剖面圖的橫坐標(biāo)，∑c為平面圖的縱坐標(biāo)，∑h的相反數(shù)為剖面圖的縱坐標(biāo)。

2.2 ?投影坐標(biāo)計算

∑b、∑c、∑h為鉆孔彎曲投影平、剖面圖的橫、縱坐標(biāo)，只需將其與勘查線剖面圖中的平面孔口橫、縱坐標(biāo)（Yp、Xp）和剖面孔口橫、縱坐標(biāo)（Yz、Xz）

建立對應(yīng)關(guān)系，即可求得實際投影坐標(biāo)。其計算公式為平面圖實際投影橫坐標(biāo)B=Yp-∑b、縱坐標(biāo)C=Xp -∑c;剖面圖實際投影橫坐標(biāo)B′= Yz-∑b、縱坐標(biāo)H′= Xz -∑h。

利用Section軟件，在勘查線剖面圖中直接讀取孔口坐標(biāo)Yp=377.330、Xp=1265.310、Yz=377.330、Xz=1999.249，其中Yp=Yz、Xz=H（實測孔口高程），這是因勘查線剖面圖一般利用Section軟件的“圖切剖面”功能自動生成，軟件中顯示圖面縱坐標(biāo)即為（H）。在讀取到孔口坐標(biāo)后，根據(jù)上述投影原理、公式對各測深點投影坐標(biāo)值進行計算，結(jié)果見表3。其中點號1至點號2表示第1個測點控制的長度，點號2至點號3表示第2個測點控制的長度，……，點號n至點號n+1表示第n個測點控制的長度。

3 樣品位置投影數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1 對應(yīng)的傾角與方位角

樣品位置投影是基于鉆孔軌跡投影的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，其控制長度（LYi）即為樣長，當(dāng)樣段頂、底部井深處于鉆孔軌跡哪個測點控制井深范圍內(nèi)，則其傾角與方位角為測點數(shù)據(jù)。值得指出的是，若某個樣品采樣井深跨2個測點控制井深范圍，則應(yīng)以被跨越的測點井深為分界線，將樣品劃分為上下2個小樣段，分別對應(yīng)上、下兩測點的傾角與方位角。以H2為例，其采樣井深為374.10～375.10，處于鉆孔325～375和375～425m兩個井深段，應(yīng)以375為分界線，將H2劃分為2段;其上段374.10～375m，對應(yīng)測點8的傾角79.2°與方位角353.3°、下段375～375.10，對應(yīng)測點9的傾角79.3°與方位角354.0°。

3.2 控制長度的計算

對于樣品位置的投影應(yīng)將采樣位置各樣長與未采樣位置各控制長度作為一個整體進行投影計算。樣品控制長度（LYi），為該樣品終點井深與起點井深之差，這與測點的控制間隔長度等于上下相鄰測點距離一半之和，兩者的原理明顯不同。

而非樣（未采樣位置）控制長度為該非樣段終點井深與起點井深之差，若非樣段跨越2個或多個測點控制深度，則需該段不同測點控制深度劃分若干個非樣控制段。以H26為例，其控制長度=38.90-38.10=0.8m;而孔口至H26頂部未取樣，非樣段為0～38.1m，但其跨越測點1、2控制深度，因此應(yīng)將其劃分為0～25m、25～38.1兩組非樣段。

3.3 樣品位置投影坐標(biāo)計算

樣品位置投影其實質(zhì)為不同的采樣井深沿對應(yīng)測點井深將鉆孔軌跡劃分為若干個樣段。樣品位置投影重點是計算出各節(jié)點的橫、縱坐標(biāo)值，即樣段和非樣段頂、底部的橫、縱坐標(biāo)值，其計算原理、方式，除控制長度外，其余各項內(nèi)容與鉆孔軌跡投影均一樣，由此可得出ZK901各節(jié)點投影坐標(biāo)，詳見表4。

以表4為例，對EXCEL各列數(shù)據(jù)填寫與各函數(shù)計算方式介紹如下：C列、D列數(shù)據(jù)為野外實際采樣井深和非樣段井深數(shù)據(jù)，且由孔口至終孔應(yīng)連續(xù)性排列;樣長Ei= Di- Ci;F列、G列數(shù)據(jù)由其采樣井深處于鉆孔軌跡井深對應(yīng)的測點傾角和方位角;Hi=設(shè)計方位角350-Gi;I=Ei×SIN（Fi× PI（）/180 ）;Ji=Ei×COS（Fi×PI（）/180 ）;Ki=Ji×COS（Hi×PI（）/180 ）;上述各公式中i=1，2，……，n，為EXCEL對應(yīng)行數(shù)據(jù)。樣品位置投影第1個投影節(jié)點橫坐標(biāo)L1= Yz、縱坐標(biāo)M1=Xz，第2個節(jié)點橫坐標(biāo)L2=L1-K1、縱坐標(biāo)M2=M1-I1，之后各節(jié)點坐標(biāo)以此類推。

4 數(shù)字化成圖方法

4.1 鉆孔軌跡成圖

打開SECTION軟件，選擇“1輔助工具—表格數(shù)據(jù)投影—選擇數(shù)據(jù)投影（選中表3EXCEL數(shù)據(jù)）—數(shù)據(jù)投影[6]”，其中數(shù)據(jù)投影中X對應(yīng)縱坐標(biāo)（G列、I列），Y對應(yīng)橫坐標(biāo)（F列、H列），注釋對應(yīng)點號（A列），然后設(shè)置點、線圖元參數(shù)，線閉合不勾選（圖1），上述操作完成后選擇確定即可完成投影;對鉆孔平、剖面軌跡分別投影，即完成鉆孔軌跡投影（圖2）。

4.2 樣品位置投影圖

樣品位置數(shù)據(jù)投影與鉆孔軌跡數(shù)據(jù)投影方法一致，選則數(shù)據(jù)為表4EXCEL數(shù)據(jù)（X對應(yīng)M列、Y對應(yīng)L列），完成投影后，選擇“2輔助工具—自動生成樣柜—輸入平行間距（一般選擇1）”確定后即可完成整個鉆孔軌跡（含樣段和非樣段）投影。最后，根據(jù)表4數(shù)據(jù)刪除非樣段，合并小樣段為樣段（如H2），并按規(guī)定修正樣品位置區(qū)顏色即可（圖3）。

5 結(jié)論

5.1 ?基于常用的Section繪圖軟件與EXCEL辦公軟件結(jié)合應(yīng)用于數(shù)字化鉆孔軌跡校正與樣品位置投影，其校正與投影過程操作簡單易行，相關(guān)數(shù)據(jù)小數(shù)位可根據(jù)實際工作需要進行自定義調(diào)整，可滿足各類勘查工作要求[4]，且相關(guān)表格表式參照“《固體礦產(chǎn)勘查原始地質(zhì)編錄規(guī)程（DZ/T 0078-2015）》，是重要的原始資料，可直接用于項目的野外驗收、資料綜合整理和存檔等工作中，實用性強。

5.2 ?在操作過程中，由計算機根據(jù)編輯的公式對相關(guān)數(shù)據(jù)進行運算，保證準(zhǔn)確率，減少了人為出錯的幾率。在投影的過程中直接引用相關(guān)數(shù)據(jù)進機成圖，縮短了工作時間，提高成圖的準(zhǔn)確度;特別是所有樣品可一次性投影成圖，極大的提高了工作效率，避免了以往因各樣品須一個個投影而浪費大量時間和投影位置不夠精確的情況。

5.3 ?在錄入測斜和采樣井深等原始數(shù)據(jù)后，EXCEL軟件同步計算出鉆孔軌跡和樣品位置投影坐標(biāo)結(jié)果;然后在Section軟件利用EXCEL軟件中的投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)按上述程序、步驟進行校正投影直接成圖，極大壓縮了手工計算時間，提高了工作效率。

5.4 ?校正投影過程中的原始數(shù)據(jù)、預(yù)處理數(shù)據(jù)（計算過程）和目標(biāo)數(shù)據(jù)（相關(guān)投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)）在任何時間點均可進行檢查，實現(xiàn)了信息全息化，且相關(guān)數(shù)據(jù)可被應(yīng)用于其他圖件的繪制或被其他信息處理軟件共享，應(yīng)該范圍廣。如具有統(tǒng)一基準(zhǔn)點的各剖面圖，便于中段圖的直接成圖，且通過MAPGIS空間分析可以快速進行圖形空間疊置，直觀地看到地質(zhì)體、礦體在空間上的對比關(guān)系。

5.5 ?以往文獻大多對鉆孔軌跡投影的原理與方法進行論述，對各采樣位置的樣品投影原理與方法論述少或未論述，樣品位置投影是基于鉆孔軌跡投影的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，是鉆孔軌跡投影反向思維操作模式，兩者除控制長度計算原理、方法不同外，其余如鉛垂長（h）、沿線位移（b）、偏線位移（c）和平面水平投影長度（a）等均一樣。

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