《计算机地质制图》教学中“倾角”的运用

《计算机地质制图》教学中“倾角”的运用

罗金辉

中国矿业大学资源与地球科学学院 江苏 徐州 221116

摘要：运用计算机绘制常用地质图件，是对地学类本科生的基本专业技能培养。通过对矿用基础图件绘制时角度换算关系的梳理，文章认为地层倾角是地质图件绘制过程的一种基础参数计算和分析方法，在柱状图、地质剖面图及煤层底板等高线图的绘图和分析中均发挥着重要作用。文章提出将地层倾角作为贯穿《计算机地质制图》课程中的一条主线，运用这一主线将三大类型常用图件的绘制方法串联起来授课，可在训练学生图件绘制基本功的同时，强化分析能力，同时二者能够相辅相成，共同提高该课程的教学效果。

关键字：地质制图；教学；倾角；课程主线

地质图件是地质现象变化规律或趋势的直观展现方式，借助专业绘图软件进行地质制图，能够发挥计算机制图高效便捷、易于更新修改、色彩丰富、符号规范、便于存储和共享的优势，同时还能够实现手工绘图难以实现的数据分析、三维可视化功能。因此，在信息技术大发展的背景下，掌握常用地质图件的编制方法，是地学专业本科生的一项基本技能。

然而，地质制图不是简单的画画图就行，还需要培养学生一定的分析和计算能力。从地质图件绘制过程中所涉及的分析和计算来看，地层倾角计算是最基础也是最重要的计算模型。在地质图件中所涉及的常用换算一般均和倾角相关，比如，对于柱状图编绘时地层真厚度的计算、剖面图绘制时的视倾角换算、以及基于底板等高线进行煤层产状计算、断层产状计算，都需要运用真倾角和视倾角的换算关系。

一、地层倾角模型

一般来说，由于学生在构造地质学等先修课程中对倾角的计算方法已经有了一定的了解，因此教学环节可从倾角的构成着手，逐步深入。依据倾角的定义，若 为岩层真倾角， 为导线方向的视倾角， 为导线方向与岩层走向的夹角，此时视倾角 与真倾角 有如下关系：

（1）

这个关系学生应该已经掌握，只需在课堂上回顾和强化即可。

二、地质剖面图中倾角的运用

1. 地层真厚度计算

在钻孔柱状图以及地质剖面图绘制中，均需要进行地层真厚度计算。以地质剖面图为例，还需要分别针对不同的地质现象，调整计算模型。

当岩层倾向与地形坡向相反时（如图1-a所示），经过三角几何关系的简单分析可知地层真厚度h为：

（3）

由于：

（4）

（5）

从而：

（6）

当岩层倾向与坡向相同时（图1-b所示），可分为两种情况讨论。若真倾角大于视倾角，有：

（7）

真倾角小于视倾角时有：

（8）

通过仔细分析图1所示三维模型中的三角几何关系，逐步将这部分内容讲透彻。

2. 图切剖面图

使用煤层底板等高线图或地形地质图作为数据源，采用图切剖面的形式绘制剖面图时，也会运用到倾角的计算。

如图2所示的某地地形地质图局部图中，要绘制I-I’剖面的剖面图，则需要利用倾角的计算公式来获取该剖面上煤层的视倾角。仔细分析图2-a所示的地形地质图可发现，钻孔ZK1附近有T₁f和T₁k地层的分界线，其产状标注表明地层的倾角 （如图2-b所示），而该地层分界线与剖面I-I’之间的锐夹角 ，则可以通过使用绘图软件的角度标注量算得到， ，从而剖面图上地表处地层分界线的视倾角 可通过公式（2）可及计算得到， 。也就是说，地表处的地层视倾角必须通过上述换算得到的角度进行严格控制，在剖面图绘制时要精确使用这一角度。

三、产状分析中的倾角运用

1. 依据底板等高线图的煤层产状分析

依据底板等高线使用作图法进行煤层产状分析时，同样要运用倾角计算模型。在煤层底板等高线的某点处确定其产状，需要借助倾角的基础模型，使用作图法构建直角三角形，从而得到产状信息。如图3-a所示的煤层底板等高线局部中，拟获取O点处的煤层产状，需要依据图3-b所示的煤层倾角空间关系，在图3-a中量算出等高距l的图示长度，从而夹角 即为煤层倾角，高标指向低标高的方向为煤层倾向。

(a)	(b)
图3 煤层产状分析时的倾角运用

2. 依据底板等高线图的断层产状分析

运用作图法进行断层产状分析时，方法原理与煤层产状分析方法相同，也是依据倾角的空间关系构建直角三角形，从而得出煤层底板等高线图上的断层产状信息。如图3-a所示的煤层底板等高线图中，若D为BE的中点，则通过作图法可获得如下关于断层产状的描述信息：|AB|为断层的走向断距；|AC|为断层的水平断距；AF为断层倾向；|A-D|为断层的落差。

四、结论

能够熟练使用专业软件进行地质图件绘制，是对地学类专业本科生的一项基本技能要求，在训练学生掌握图件编绘原则和软件操作技巧的同时，也需要对相关的分析和计算能够做到正确和熟练运用。文章通过柱状图、地质剖面图及煤层底板等高线图绘制时的角度换算关系梳理，认为可以将地层倾角作为贯穿《计算机地质制图》课程中的一条主线，运用这一主线将三大类型的常用图件串联起来，在训练图件绘制基本功的同时，也强化了学生的分析能力，同时二者能够相辅相成，共同提高该课程的教学效果。

参考文献

[1] 周效志, 王冉, 姜立君, 等. 应用型地质工程专业“计算机绘图”课程教学改革探讨[J]. 中国地质教育，2012,(3):30-32.

[2] 张雪. 对《计算机辅助矿井地质制图》教学改革的探索[J]. 科技展望，2015,(21):191.

[3] 黑宇峰. 对《计算机辅助矿井地质制图》教学改革的探讨[J]. 教育改革,2012,(4):24.

基金项目：本文系“中国矿业大学青年教师教改项目”（项目编号：2015QN15）研究成果。

作者简介：罗金辉（1983-），男，陕西安康人，中国矿业大学资源与地球科学学院，博士，讲师。