[发明专利]一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法

摘要

本发明提供了一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法，以待测结构面的中心点为坐标原点，建立法向量、第一坐标系与第二坐标系，第一坐标系为以竖直方向为Z轴的实际坐标系，第二坐标系为以取出后的岩心的轴线为Z轴的相对坐标系，先将法向量在第二坐标系中的坐标用与事先测得的α、β三角函数相关的表达式表示，再用事先测得的θ、γ三角函数相关的表达式表示第二坐标系与第一坐标系之间的转换关系，进而得到法向量在第一坐标系中的与α、β、θ、γ相关的实际坐标，再以该实际坐标来求解结构面的真倾角ε与真倾向ω，得到结构面的产状。本发明简单方便，准确度高，整个计算过程可通过设置Excel表格工具进行自动计算，节省人力物力与财力。

主权项

1.一种定向钻孔岩心结构面产状计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1)定向钻孔的岩心取出后，在岩心外柱面绘制定向母线，所述定向母线为过钻孔最高点或钻孔最低点的线，即所述定向母线经过被钻取前的岩心的所有径向平面的竖向最高点或竖向最低点，选取待测结构面，用工具测量待测结构面的α角与β角，其中α角为待测结构面与岩心轴线之间的夹角，β角为在岩心外柱面上以结构面母线为起点至对应结构面最低点或最高点处所需转过的圆周角度；/nS2)在待测结构面上建立第一坐标系OXYZ与第二坐标系OX′Y′Z′，第一坐标系与第二坐标系均为空间直角坐标系且两个坐标系的的坐标原点重合于O点，O点位于岩心轴线上且与待测结构面的椭圆中心重合，其中：/n第一坐标系的Z轴与竖直方向重合，第一坐标系的Z轴正方向为竖向向上的方向，第一坐标系的XOY平面与水平面重合，第一坐标系的Y轴正方向为地球的正北方向，第一坐标系的X轴正方向为地球的正东方向；/n第二坐标系的Z′轴与岩心的轴线重合，第二坐标系的Z′轴正方向为与定向钻孔钻进方向相反的方向，第二坐标系的X′OY′平面与岩心的径向平面重合，第二坐标系的Y′轴过岩心母线，Y′轴正方向为由岩心轴线指向岩心母线的方向，第二坐标系的X′轴为Y′轴绕Z′轴以左手法则顺时针旋转90°；/nS3)作待测结构面的法向量法向量的起点为所述坐标原点O，终点为点n，相应的，点n在第一坐标系中的坐标定义为(x，y，z)，将坐标(x，y，z)以式1所示的形式表示：/n /n点n在第二坐标系中的坐标定义为(x′，y′，z′)，坐标(x′，y′，z′)通过式2表示：/n /n其中，ε为待测的结构面的真倾角，ω为待测的结构面的真倾向，为向量的模，α角与β角已由步骤S1测得；/nS4)将第二坐标系OX′Y′Z′进行第一次坐标转换得到第三坐标系OX″Y″Z″，第一次坐标转换具体为：将Y′OZ′平面绕X′轴顺时针或逆时针转动(90-θ)°，使得Z′轴转动(90-θ)°后得到的Z″轴变成与Z轴重合的竖直方向，所述θ为步骤S1实施前所事先确定的定向钻孔倾角，定向钻孔倾角指钻孔钻头轴线与水平面之间的夹角；/nS5)将经由步骤S4转换后得到的第三坐标系OX″Y″Z″进行第二次坐标转换，得到与第一坐标系OXYZ重合的坐标系，第二次坐标转换具体为：将X″OY″平面绕Z″轴顺时针或逆时针转动γ°，使转动γ°后的Y″轴与地球正北方向重合，所述γ为步骤S1实施前所事先确定的定向钻孔方位角，定向钻孔方位角指正北方向沿顺时针方向转至钻头轴线所在的竖直平面所转过的角度，钻头轴线所在的竖直平面与过岩心母线及岩心轴线的平面相对应；/nS6)根据式2及步骤S4与步骤S5所得到的第二坐标系OX′Y′Z′与第一坐标系OXYZ之间的转换关系，点n在第一坐标系中的坐标(x，y，z)另可用与α、β、θ、γ四个角度的三角函数值相关的表达式来表示，将与α、β、θ、γ四个角度的三角函数值相关的表达式所表达的坐标(x，y，z)返回至步骤S3中，利用式1计算ε与ω，即得到了待测结构面的产状。/n