《实习三极射赤平投影原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实习三极射赤平投影原理.doc（11页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、极射赤平投影原理概述1、目的要求学习赤平投影原理，了解赤平投影在构造地质学中的应用。2、主要内容l 赤平投影的原理l 面、线的投影l 图解和图解l 等密度图l 面和线的旋转l 赤平投影在构造地质学中的应用3、本章要点l 赤平投影的原理投影方法结合具体作业掌握l 赤平投影应用节理、褶皱和断层分析4、要求掌握的要点和根本概念l 面、线的投影方法l 不同类型褶皱岩层极点图的特点如紧闭，宽缓、等斜褶皱等；水平直立、平卧、倾竖褶皱等l 等密度图与古应力场分析二、说明极射赤平投影Stereographic projection简称赤平投影，主要用来表示线、面的方位，相互间的角距关系与其运动轨迹，把物体三维
2、空间的几何要素线、面反映在投影平面上进展研究处理。它是一种简便、直观的计算方法，又是一种形象、综合的定量图解，广泛应用于地质科学中。运用赤平投影方法，能够解决地质构造的几何形态和应力分析等方面的许多实际问题，因此，它是研究地质构造的不可缺少的一种手段。赤平投影本身不涉与面的大小、线的长短和它们之间的距离，但配合正投影图解，互相补充，如此有利于解决包括角距关系在内的上述计量问题。1、面和线的赤平投影1-1投影原理一切通过球心的面和线，延伸后均会与球面相交，并在球面上形成大圆和点。以球的北极为发射点，与球面上的大圆和点相连，将大圆和点投影到赤道平面上，这种投影称为极射赤平投影。本教材采用下半球投影
3、，即只投影下半球的大圆弧和点。图2为一球体，AC为垂直轴线，BD是水平的东西轴线，FP是水平的南北轴线，BFDP为过球心的水平面，即赤平面。图2 平面的投影 图3 直线的投影平面的投影方法图2： 设一平面走向南北、向东倾斜、倾角40，假如此平面过球心，如此其与下半球面相交为大圆弧PGF，以点为发射点，PGF弧在赤平面上的投影为PHF弧。PHF弧向东凸出，代表平面向东倾斜、走向南北，DH之长短代表平面的倾角。直线的投影方法图3：设一直线向东倾伏、倾伏角40，此线交下半球面于G点。以A为发射点，球面上的G点在赤平面上的投影为H。HD的长短代表直线的倾伏角、D的方位角即直线的倾伏向。同理，一条直线向
4、南西倾伏、倾伏角20，此线交下半球面于J点，其赤平投影为K。为了准确、迅速地作图或量度方向，可采用投影网。常用的有吴尔福网简称吴氏网，也称等角距网图4A和旋密特网等面积网图4B，以与据其改换形式而成的极等角度网图4C和极等面积网赖特网图4D。吴尔福网与施密特网根本特点一样，下面以吴尔福网为例介绍投影网。1-2吴尔福投影网图41-2-1结构要素基圆 即赤平面与球面的交线，是网的边缘大圆。由正北顺时针为0360，每小格2，表示方位角，如走向、倾向、倾伏向等。两个直径 分别为南北走向和东西走向直立平面的投影。自圆心基圆为900，每小格2，表示倾角、倾伏角。经线大圆是通过球心的一系列走向南北、向东或向
5、西倾斜的平面的投影，自南北直径向基圆代表倾角由陡到缓的倾斜平面。纬线小圆是一系列不通过球心的东西走向的直立平面的投影。它们将南北向直径、经线大圆和基圆等分，每小格2。1-2-2操作将透明纸或透明胶片等蒙在吴氏网上，描绘基圆与“字中心，固定网心，使透明纸能旋转。然后在透明纸上标上N、E、S、W。平面的投影 标绘产状SE12030的平面图5。将透明纸上的指北标记与投影网正北重合，以北为0，在基圆上顺时针数至120得一点D，为平面的倾向图6A。图4 投影网A-吴尔福网 B-施密特网 C-极等角度网 D-极等面积网赖特网转动透明纸将D点移至东西直径上转至南北直径也可，自D点向圆心数30得C点，标绘C所
6、在的经线大圆弧图6B中之ACB，AB为平面的走向。转动透明纸，使指北标记与投影网正北重合，ACB图5 产状12030平面的透视图大圆弧即为SE12030平面的投影图6C。直线的投影 标绘产状为NW33040的直线。使透明纸上正北标记N与投影网正北重合，以N为0，在基圆上顺时针数至330得一点A，为直线的倾伏向图7A。图6 平面的投影步骤说明见正文P-透明纸 M-吴氏网把A点转至东西直径上转至南北直径也可，由A点向圆心数40得A点图7B。把透明纸的指北标记转至与投影网正北重合，A即为产状NW33040的直线的投影图7C。法线的赤平投影 是指平面法线的产状标绘。法线的投影是极点，平面的投影是圆弧，
7、二者互相垂直，夹角相差90。往往用法线的投影代表与其相对应的平面的投影，这样较为简单。例求产状为E9040的平面法线的投影图8图7 直线的投影步骤P-透明纸 M-吴氏网标绘出产状9040的平面投影大圆弧，自该平面倾斜线投影D点在东西向直径上数90，显然已越过圆心进入相反倾向，得P点，该点即为产状9040平面的法线投影极点。也可自圆心向反倾向数40，即得法线投影。真倾角求视倾角 某岩层产状为NW33040，求在NW335方向剖面上该岩层的视倾角图9。图8 法线的投影A-透视图 B-赤平图据岩层面产状作其投影弧EHF。在基圆上数至NW335得D点。作D点与圆心O的连线，交EHF于H点。为岩层面与N
8、W335方向剖面的交线在下半球的投影。DH间的角距即为NW335方向上的视倾角。求两平面交线的产状图10据的两平面产状，在吴氏网上分别求出其投影大圆弧EHF和JHK。两大圆弧的交点即为两平面交线与下半球面交点的投影。图9 真倾角，求视倾角 图10 求两平面交线的产状作与圆心O的连线，交基圆于G点，G点的方位角即两平面交线的倾伏向，GH间的角距为交线的倾伏角。求两相交直线所决定的平面的产状两相交直线的产状分别为SE12036和S18020，求其所决定的平面的产状图11。图11 两相交直线所决定的平面的投影A-透视图 B-投影图据产状作出两直线的投影点D、F。转动透明纸使D、F两点位于同一经线大圆
9、弧上，ADB大圆弧即为两相交直线所共平面的投影。求平面上直线的投影一平面产状S18037，该平面上一直线侧伏向E，侧伏角44，求直线的倾伏向、倾伏角图12。依平面产状作出其投影大圆弧，并标出其朝东的走向A。将大圆弧转至SN方向，自A点数经线大圆与纬线小圆的交点，读出侧伏角44，标出该点C，C为直线在平面上的投影。CC间的角距即为直线的倾伏角，C的方位角如此为直线的倾伏角。1-3小结一切面状构造、如岩层面、断层面、劈理、流面、褶图12 平面上直线的投影 皱轴面等的投影方法，都可采用空间平面的投影方法。一切线状构造、如二平面的交线、走向线、倾斜线、擦痕、流线、褶皱的枢纽、轴迹等的投影方法，都与直线
10、的投影一样。这些面状和线状构造的产状要素都可以借助于前述赤平投影的方法求得。利用这些方法可以解决以下构造问题。岩层产状，求某一方向剖面上的岩层视倾角；岩层在两剖面方向上的视倾角，求岩层的走向、倾向和倾角；求断层面与岩层面交迹线的产状；断层面产状与其上擦痕的侧伏角，求擦痕的倾伏向、倾伏角；求一对共轭剪节理的交线即变形椭球体的B轴的产状。2、图解和图解2-1图解图解是指以褶皱面各点的切面所作的经线大圆图解。在理想的圆柱状褶皱中，各切面交线相互平行，并与褶皱枢纽平行。这些经线大圆应交于一点，该点称为轴，即褶皱枢纽的投影图13。对非圆柱状褶皱，可按其变化情况划分成假如干区段，各个区段的褶皱形态是近于圆
11、柱状的。采用这种方法也可用图解法研究非圆柱状褶皱的形态和产状。图13 图解A- 立体图 B-赤平投影图2-2图解图解是指褶皱面各部位法线的赤平投影图解。对圆柱状褶皱来说，同一褶皱面的极点在赤平投影网上将落在一个特定的大圆弧上或其附近。这个大圆弧即圆，圆的极点代表轴，与褶皱的褶轴平行图14。3、两面夹角的测量与面的旋转方法3-1两面夹角与角平分线的测量作一平面垂直于两相交平面的交线，即为同时垂直于两平面的公垂面，此平面的投影大圆弧与两平面投影大圆弧相交，其间夹角即所求的夹角，夹角的一半为角平分线。例：如图15，两平面的产状分别为SW24530与SE14548，求两平面的夹角与与平分线。操作步骤如
12、下： 标绘两平面AB和CD与其交线P点。 旋转透明纸使交点落在投影网的东西直径上，标绘出以P点为极点的大圆弧FG。该大圆弧与两平面的投影相交，其间的角距即为两平面的夹角。图14 图投影法与求褶皱枢纽褶轴的原理两平面夹角的处Q点，即为角平分线的投影。 如上述两平面代表一对共轭剪节理时，如此P为变形椭球体B轴，其钝角与锐角平分线分别为变形椭球体的A轴和C轴。3-2面的旋转方法图15 两相交平面的夹角与角平分线 某平面的产状，求依某一方向旋转一定角度后此面的投影。3-2-1操作平面与球面的交线为一大圆，这一大圆是由许多点组成的，因此，大圆的旋转实际上是组成此大圆的许多点的旋转。球面任一点绕定轴旋转，
13、如果这一旋转轴与南北直径重合，如此该点的旋转迹为一圆，此圆为东西向的直立平面，其投影与吴尔福网的纬线小圆重合。因此，只要求出大圆上各点绕定轴旋转后的位置，即可得到旋转后平面的投影。例平面FE向东倾斜，如这个平面绕走向南北的水平轴旋转30，求旋转后的平面产状图16。操作步骤如下：图16 平面绕定轴旋转的方法将FE大圆弧上的假如干点沿其所在的纬线小圆逆时针旋转30见粗箭头所示到新位置。在吴尔福网上旋转，将逆时针旋转30后各点的新位置转至同一经线大圆弧上，得新的大圆弧FE，FE即为旋转后平面的投影。3-2-2应用一角度不整合上覆新地层的产状为SW24030，下伏老地层产状为SE12040，求新地层水
14、平时，下伏老地层的产状图17。JNM大圆弧为老地层产状的投影，EHF大圆弧为上覆新地层产状的投影。将新地层产状恢复水平。使EHF大圆弧与南北向经线大圆弧重合，将弧上各点按30倾角角距沿纬线小圆向基圆转动，得到与基圆相合的EKF，即为呈水平状态的新地层的投影。将老地层向一样方向旋转一样角度，使JNM大圆弧上各点沿纬线小圆向W移30，如图箭头所示各点的新位置，将各点新位置转至同一经线大圆上，所得之JNM大圆弧即是当新地层水平时老地层的产状。图17 沿水平轴的旋转投影3-3小结在构造研究中各种面状构造的夹角与其角平分线和面状构造的旋转都可运用上述方法求解。这类问题有：求两节理面的交角与交线。据共轭剪
15、节理求主应力轴产状。不整合面上、下地层的产状，求年轻地层沉积时老地层的产状。在倾斜岩层中，求交织层理或砾石在沉积时的产状。恢复早期节理受后期构造变动影响前的产状等。三、练习题练习题1投影平面SW24530。投影直线NE4262。投影平面NW31826的法线即极点。投影包含直线SW25840与NE4260的平面。铁矿层产状为SE15440，求如下各方向剖面上的视倾角：NE80、NW330、SW190、SW240。在公路转弯处的两陡壁上，测得板状含金石英脉的视倾斜线产状分别为SE12016和SW22722，求该板状含金石英脉的真倾斜。岩层面产状为SE15040，岩层面上有擦痕线，其侧伏角为30SW
16、，求擦痕线的倾伏向和倾伏角提示：作出岩层面大圆弧后，由大圆弧走向的SW端沿大圆弧数30，即得擦痕线的投影点，该点的产状即为所求。求平面SW24530与SE14548的交线。练习题2一褶皱的石灰岩层产状如下：NE7461、31870、NE4151、NW34855、NE1549。用图解求出其枢纽的倾伏向、倾伏角。用图解求出其枢纽的倾伏向、倾伏角。根据图18平面地质图上向斜两翼的产状数据，推断鞍状矿层的倾伏向和倾伏角即向斜枢纽产状，并指出钻孔应布置在地表铁矿层露头的什么方向线上才能探到地下的铁矿层，沿图上AA的线布置钻孔是否适宜？图上的地层产状是SE14337，SE10430，直立、走向104，SE
17、15444。一个背斜两翼产状为NE4650和NW34420，在一个产状为SW18480的陡壁面上测得该背斜轴迹的侧伏角为60W，求该背斜的轴面产状提示：先作出两翼的交线得到枢纽，再作轴迹投影，枢纽与轴迹所共的大圆弧即轴面投影。练习题3求平面NW33530与平面SW23548的夹角，以与夹角平分线的产状。一圆柱状背斜北西翼产状为NW33045，北东翼产状为NE6535。求：东西向直立剖面上两翼的视倾角与两翼的翼间夹角；横截面垂直枢纽的剖面的产状、横截面上两翼的侧伏角与两翼的翼间夹角。3. 某地灰岩中发育一对共轭剪节理，一组产状为SW19076，另一组为NW27853，求三个主应力轴产状假定两组剪
18、节理锐角等分线方向为方向。某岩层具有同期三组节理，统计结果如表1，试求各主应力轴方位。图18 平面地质图表1节理组节理产状特征NE1664NW35362NW33663剪节理X节理剪节理一条左行断层，产状为SW22060，在断层面上量得擦痕侧伏角16，设该岩石内摩擦角为30。求、的产状，如有共轭断层，其产状多少？一断层产状27070，派生X节理产状为SW24040，求二者夹角，并分析断层滑移方向与断层类型。一砂岩层产状为SE12030，其中发育交织层理，前积纹层产状为SE15050，求前积纹层原始产状。不整合面产状为SW20030，下伏地层产状NW31560，求当上覆地层水平时，下伏地层的产状。不整合面产状为SW22020，其下伏地层中发育的背斜东翼产状SE13223、西翼产状SW25046，求在上覆地层沉积时背斜两翼地层与枢纽的产状。四、思考、讨论题l 与正投影相比，赤平投影有何特点？l 与玫瑰花图相比，赤平投影图有何优点或缺点？
