【地质资源网】地质罗盘

avatar 2019年11月11日11:02:58 评论 11

【地质资源网】地质学家使用许多不同的(专门的)磁罗盘来测量地质构造的方向,如他们在野外绘制地图时,分析(和记录)层面、节理和/或变质片理和线理的几何形状。在这方面,迄今为止最常用的设备是模拟罗盘。

传统地质罗盘

传统地质罗盘

传统地质罗盘。By LeCire - Own work, CC BY-SA 3.0, Link

实用的传统地质罗盘结合了两个功能:测向和导航(特别是在偏远地区),以及测量层面和/或变质叶理面走向和倾角的能力。构造地质学家(即那些关心几何学和相对运动模式的地质学家)也需要测量线条的俯冲和俯冲方向。

Compasses in common use include the Brunton compass and the Silva compass.

常用的指南针包括布伦顿(Brunton)罗盘和席尔瓦(Silva)罗盘。

现代地质罗盘

现代地质罗盘

现代地质罗盘。By Ims - Own work, CC BY-SA 4.0, Link

现代地质罗盘的概念是由维也纳大学的埃伯哈德·克拉尔在担任结构地质学家期间提出的。他在1954年出版了这本书。他的概念的一个优点是,走向和倾角是一步测量的,使用垂直圆表示倾角,使用罗盘表示走向。第一个实现是由VEB Freiberger Prazisionsmechanik在Freiberg,德国。设计的细节是在与弗莱堡矿业技术大学的密切合作下完成的。[4]公司在2016年推出了Axis袖珍经纬仪,它首次提供了走向和倾角以及趋势和倾角的多种配置的同步测量。它的特点是一个非传统的盖子设计,在两个方向和两个轴上旋转360度,允许精确测量垂直和水平角度的平面的表面。

 

乍一看,这似乎让新手感到困惑,因为罗盘上的数字是逆时针上升的。这是因为罗盘用于确定表面的倾角和倾角方向(叶理),以及直线的倾角和倾角方向(线条)。使用指南针时,将指南针的盖子与被测表面的方向对齐(获得倾角和倾角方向),或将指南针的盖子边缘与线的方向对齐(获得倾角和倾角方向)。指南针必须被扭曲,这样指南针的底部就会变成水平的,就像使用它所包含的水准仪一样。指南针的指针通过侧面的按钮释放出来,并允许旋转,直到阻尼动作减缓它的运动,然后稳定下来。侧键被松开,针被牢牢地固定在位置上,这样用户就可以方便地读取测量到的方位。一个人首先读取刻度,它显示的是罗盘盖子所对应的角度,然后根据所显示的颜色(红色或黑色),罗盘指针的末端显示相应的颜色。数据被记录为(例如)25°->333°(倾角和倾角方向)或(骤降和骤降方向)。

 

构造地质学家最常使用这种罗盘,测量变质岩的叶理和线理,或矿区的断层和节理。

 

数字罗盘

数字地质罗盘

数字地质罗盘。By Brews ohare - Own work, CC BY-SA 3.0, Link

【地质资源网】随着智能手机的出现,基于三轴测量仪和三轴加速度计的地质罗盘程序也开始出现。这些罗盘程序使用矢量代数来计算来自加速度计和磁强计数据的平面和线理方向,并允许快速收集许多测量数据。然而,也存在一些潜在的问题。智能手机地质罗盘进行的测量可能容易受到噪音的影响,主要是由于振动或快速的手部运动。智能手机指南针的用户应该仔细校准他们的设备,并对传统磁罗盘进行几次测试,以了解他们选择的程序的局限性。

 

现在有几种不同的数字地质罗盘,包括listerCompass[1]。这是基于一种软件,它通过记录磁力仪和加速度计的数据,绕过“航向”函数固有的不准确性,然后使用向量代数计算iPhone的方位。加速度计记录振动,所以iPhone需要保持静止。由于在几秒钟内可以进行许多测量,因此可以应用统计分析。高方差意味着分散的数据,所以测量应该继续,直到误差减小到可接受的水平。

 

在使用地质罗盘时,考虑这些方面是很重要的,因为传统的罗盘依靠惯性来消除操作人员移动造成的误差。在传统的罗盘中,没有因阻尼差或操作人员移动而造成的误差记录。使用数字罗盘可以消除这个限制,但是由于加速度计的灵敏度,这些限制可能更容易出错,因为程序使用加速度计来确定垂直和水平。因此,数字地质罗盘的专业使用要求在个别测量中记录差异

 

此外,由于个别制造商没有提供任何保证,因此不应该假定磁强计轴和加速度计轴已经精确地对准了iPhone的方向。因此,专业的数字罗盘软件需要一个校准程序。如上所述,这可以通过比较来自传统罗盘和数字罗盘的数据来实现,例如在一个固定的水平或倾斜表面上缓慢地旋转两个罗盘。

 

没有数据表明iPhone上的数字罗盘受到任何可测量的磁干扰。

【地质资源网】激光雷达和摄影测量等现代遥感技术可以获得精确而稠密的三维点云。这些点云允许测量平面的方向。Jorda等人用传统的地质罗盘和光电测量的三维点云对不连续性的测量方向进行了比较,结果表明,遥感场不连续性收集为地质罗盘的使用提供了可靠的替代方法。

参考资料:


  1. The Mapping of Geological Structures (Geological Society of London Handbook Series) [Paperback] K. R. McClay
  2.  Statistics of Earth Science Data: Their Distribution in Time, Space and Orientation [Paperback] Graham J. Borradaile (Author)
  3.  Clar, E.: A dual-circle geologist’s and miner’s compass for the measurement of areal and linear geological elements Separate print from the negotiations of the Federal Institute of Geology Vienna, 1954, vol. 4
  4.  http://www.fpm.de/downloads/GeologistCompass_eng.pdf
  5.  Jordá Bordehore, Luis; Riquelme, Adrian; Cano, Miguel; Tomás, Roberto (2017-09-01). "Comparing manual and remote sensing field discontinuity collection used in kinematic stability assessment of failed rock slopes". International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 97: 24–32. doi:10.1016/j.ijrmms.2017.06.004. hdl:10045/67528. ISSN 1365-1609.

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