鉆孔軌跡與樣品位置的數字化制圖方法研究

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、方法和技術進行分析研究，得出了樣段控制長度的計算原理方法，實現了由數據直接進機處理數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。本文以哈密地區泉東山某鉛鋅礦床鉆孔ZK901舉例，通過數據收集、分析、預處理求得各控制點的投影位置，之后利用Section軟件“表格數據投影”功能投影空間坐標，實現了鉆孔軌跡、樣品位置直接自動投影成圖的數字化制圖方法。

關鍵詞 數字化; 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據進行計算解析，然后采用手工作圖的方法投影到剖面圖和平面圖上，最后對紙介質底圖進行二次描繪后完成計算機制圖[2]，這占用了地質找礦大量的日常整理工作時間，且成圖精度低。隨著GIS技術的發展，通過構建投影模型，初步實現了鉆孔軌跡自動成圖。如何在以往科研的基礎上尋求更加簡便、更加科學的鉆孔軌跡成圖方法，以及存在空白區的樣品位置一次性自動投影成圖的數字化制圖技術該如何填補，這是需要探討的重要問題。下面我們通過對原始數據（測斜和采樣井深）的收集、數據預處理，建立投影目標數據，分析探討鉆孔軌跡和樣品位置投影過程原理來構建其計算機算法，進而達到自動成圖的目的，實現數字化制圖。本文以哈密地區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方法。

1 測斜原始數據收集與整理

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果等數據來進行校正工作[3]，該測斜記錄是鉆孔校正工作的重要參數。鉆孔ZK901設計傾角80°，設計方位角γ′=350°，終孔孔深460.6m，其彎曲度測量數據如表1所示。

2 鉆孔軌跡投影數據預處理

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個點組成的[4];因此，計算出曲線上主要控制點在圖上的準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。

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等于鉆孔終孔深度，其計算公式：

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

根據上述計算方法可知，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，根據其三角函數關系可知，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生旋轉，從而使得鉆孔平面水平和剖面投影圖上的曲線形態產生偏移。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三角函數關系求得。相關的計算公式如下：

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據對應填寫至表2中，然后利用EXCEL在對應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數據。其計算結果∑b為平、剖面圖的橫坐標，∑c為平面圖的縱坐標，∑h的相反數為剖面圖的縱坐標。

2.2 ?投影坐標計算

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

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

利用Section軟件，在勘查線剖面圖中直接讀取孔口坐標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即為（H）。在讀取到孔口坐標后，根據上述投影原理、公式對各測深點投影坐標值進行計算，結果見表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 樣品位置投影數據預處理

3.1 對應的傾角與方位角

樣品位置投影是基于鉆孔軌跡投影的基礎上實現的，其控制長度（LYi）即為樣長，當樣段頂、底部井深處于鉆孔軌跡哪個測點控制井深范圍內，則其傾角與方位角為測點數據。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，應以375為分界線，將H2劃分為2段;其上段374.10～375m，對應測點8的傾角79.2°與方位角353.3°、下段375～375.10，對應測點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 樣品位置投影坐標計算

樣品位置投影其實質為不同的采樣井深沿對應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點的橫、縱坐標值，即樣段和非樣段頂、底部的橫、縱坐標值，其計算原理、方式，除控制長度外，其余各項內容與鉆孔軌跡投影均一樣，由此可得出ZK901各節點投影坐標，詳見表4。

以表4為例，對EXCEL各列數據填寫與各函數計算方式介紹如下：C列、D列數據為野外實際采樣井深和非樣段井深數據，且由孔口至終孔應連續性排列;樣長Ei= Di- Ci;F列、G列數據由其采樣井深處于鉆孔軌跡井深對應的測點傾角和方位角;Hi=設計方位角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對應行數據。樣品位置投影第1個投影節點橫坐標L1= Yz、縱坐標M1=Xz，第2個節點橫坐標L2=L1-K1、縱坐標M2=M1-I1，之后各節點坐標以此類推。

4 數字化成圖方法

4.1 鉆孔軌跡成圖

打開SECTION軟件，選擇“1輔助工具—表格數據投影—選擇數據投影（選中表3EXCEL數據）—數據投影[6]”，其中數據投影中X對應縱坐標（G列、I列），Y對應橫坐標（F列、H列），注釋對應點號（A列），然后設置點、線圖元參數，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

樣品位置數據投影與鉆孔軌跡數據投影方法一致，選則數據為表4EXCEL數據（X對應M列、Y對應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，根據表4數據刪除非樣段，合并小樣段為樣段（如H2），并按規定修正樣品位置區顏色即可（圖3）。

5 結論

5.1 ?基于常用的Section繪圖軟件與EXCEL辦公軟件結合應用于數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，相關數據小數位可根據實際工作需要進行自定義調整，可滿足各類勘查工作要求[4]，且相關表格表式參照“《固體礦產勘查原始地質編錄規程（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，由計算機根據編輯的公式對相關數據進行運算，保證準確率，減少了人為出錯的幾率。在投影的過程中直接引用相關數據進機成圖，縮短了工作時間，提高成圖的準確度;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據后，EXCEL軟件同步計算出鉆孔軌跡和樣品位置投影坐標結果;然后在Section軟件利用EXCEL軟件中的投影坐標數據按上述程序、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據、預處理數據（計算過程）和目標數據（相關投影坐標數據）在任何時間點均可進行檢查，實現了信息全息化，且相關數據可被應用于其他圖件的繪制或被其他信息處理軟件共享，應該范圍廣。如具有統一基準點的各剖面圖，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，直觀地看到地質體、礦體在空間上的對比關系。

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上實現的，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。

參考文獻/References

[1]趙廷嚴.淺析鉆孔彎曲產生的原因及預防糾正措施[J].中國煤炭地質，2009，21（增刊）：62-63.

[2]谷高中，李義紅，張文軍，等.由野外實測數據直接生成MAPGIS地質基礎圖件方法[J].新疆地質，2006，24（1）：95-98.

[3]陳國勝，毋利軍，倫申平.鉆孔測斜資料計算模板的制作[J].水力采煤與管道運輸，2008，4：54-56.

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[5]趙鵬大.礦產勘查理論與方法[M].武漢：中國地質大學出版社，2006：234-237.

[6]彭橋梁，賀文華，劉瑞，等.基于Section的地球化學剖面光譜樣品折線圖繪制[J].現代礦業，2016，563（3）：148-151.