CN102494713B - 一种地质量标仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地质量标仪，包括立体盒子，所述立体盒子表面为面板，所述面板上设置有指南针、刻度尺，所述立体盒子连接有量角器、水平仪和铅锤；且所述面板上还设置有岩石物性对比标尺(图表对比标尺：色度计、粒度计、圆度计和百分含量计)。本发明是一种涉及地层产状要素、空间属性特征及岩石物性测量的集成式多功能组合地质量标仪，结构简单、造价低廉、效果直观、便携快速，可以实现多功能、多通道的高精度测量和判断，满足标准化及定量-半定量化要求，能够达到对地层产状、岩石物性及空间属性的系统化、一体化测量。
Description
技术领域
本发明涉及地质工具，具体地，涉及一种对地层产状、空间属性及岩石物性系统化、一体化测量用的地质量标仪。
背景技术
在传统的野外地质研究中，地质罗盘、地质锤及放大镜被誉为三件宝。地质罗盘主要是根据大地磁场所确定的方向，对岩石地层的产状及空间特点进行测量；地质锤主要用来敲击、采取岩石样品并感觉可能的岩石硬度；放大镜用来粗浅观察岩石的表面特征。
地质罗盘由磁针、刻度盘、测斜仪、瞄准觇板、水准器等几部分组成，结构上可分为底盘、外壳和上盖，主要构件均固定在底盘上，三者用合页联结成整体。地质罗盘使用前必须进行磁偏角的校正，可以测量岩石地层产状及目标物方位，测量岩层的产状要素包括走向、倾向和倾角，岩层走向是岩层层面与水平面交线的方向也就是岩层任一高度上水平线的延伸方向，测量时将罗盘长边与层面紧贴，然后转动罗盘，使底盘水准器的水泡居中，读出指针所指刻度即为岩层之走向；岩层倾向是指岩层向下最大倾斜方向线在水平面上的投影，恒与岩层走向垂直，测量时，将罗盘北端或接物觇板指向倾斜方向，罗盘南端紧靠着层面并转动罗盘，使底盘水准器水泡居中，读指北针所指刻度即为岩层的倾向；岩层倾角是岩层层面与假想水平面间的最大夹角，测量时将罗盘直立，并以长边靠着岩层的真倾斜线，并用中指搬动罗盘底部之活动扳手，使测斜水准器水泡居中，读出指针读数，即为岩层的倾角。测量目标物的方位是指测定目标物与测者间的相对位置关系，测量时放松制动螺丝，使对物觇板指向测物，进行瞄准，使目的物、对物觇板小孔、盖玻璃上的细丝、对目觇板小孔等连在一条直线上，同时使底盘水准器水泡居中，指针所指度数即为所测目标物的方位角。
地质锤由钢材制成，其式样随工作地区的岩石性质而异，用于火成岩地区的地质锤，多数一端呈长方形或正方形，另一端呈尖形或楔形，用于沉积岩发育的地区，多数一端呈鹤嘴形。按重量地质锤有轻重两种型号。
放大镜是可以观察物体细节的简单目视光学器件，是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜，其由透镜和镜柄两部分组成，透镜是一整块的透明或半透明物体，其折射面是两个球面，或是一个球面一个平面；镜柄用来连接透镜。
现有技术不能实现地质产状、空间属性及岩石物性的快速、直观、一体化的系统测量。
在对地层产状及空间属性进行测量时，上述传统地质工具存在的主要缺点是：地质罗盘成本较高、操作复杂、过程抽象，测量时人为误差较大。罗盘采用抽象几何学方法测量地层产状、目标物方位，不够形象直观，使用者一般不明白其中的原理，不清楚各操作步骤的目的，当地层接近直立或水平时，测量精度大大降低；仪器不用时磁针与玛瑙轴承很容易相互磨损，影响灵敏度；合页经常开关容易松动，会影响测量效果；抗震、抗摔性能差，野外使用中易损坏。
在对岩石物性进行测量时，上述传统地质工具存在的主要缺点是无法满足岩石某些物性研究标准化及定量-半定量的要求。如：使用地质锤敲击岩石，凭声音和手感判断岩石硬度，主观判断成份太多，缺乏严格依据；放大镜只能粗略观察岩石特征，并不能确定密度、硬度、粒度、圆度、矿物百分含量、含油气性等关键地质信息；在判定岩石颜色时，也是人为主观感觉，没有标准化的比对标尺；地质样品观察测量时，图像采集参照物因人而异(硬币、铅笔、野簿、地质锤等)，没有标准化的统一量度。
在地质研究中，上述传统地质工具存在的其它缺点是：统一携带麻烦、易丢易损，功能分散单一，达不到多功能、多通道的实现效果。
发明内容
针对以上现有技术存在的主要缺点和不足，本发明以地质研究使用为主要特征，但不仅限于地质方面，提供一种涉及地层产状要素、空间属性特征及岩石物性测量的集成式多功能组合的地质量标仪。以结构简单、造价低廉、效果直观、便携快速为目标，满足标准化及定量-半定量化要求，达到对地层产状、空间属性及岩石物性的系统化、一体化测量目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种地质量标仪，包括立体盒子，所述立体盒子表面为面板，所述面板上设置有指南针、刻度尺，所述立体盒子连接有量角器、水平仪和铅锤；且所述面板上还设置有岩石物性对比标尺。
进一步地，所述岩石物性对比标尺为图表对比标尺，包括色度计、粒度计、圆度计和百分含量计中的一种或多种；所述色度计包括多种标准色图例及与所述标准色图例对应的颜色名称、标号；所述粒度计包括采用伍登-温特华斯方案即2的几何级数制设计的粒度分级表及与所述粒度分级表对应的粒度对比图例；所述圆度计包括采用鲍尔斯的圆度分级标准设计的圆度分类表及与所述圆度分类表对应的圆度对比图例；所述百分含量计包括含量标示及与所述含量标示对应的含量图例。
进一步地，所述量角器通过弹簧转轴与立体盒子连接，且所述量角器可从所述立体盒子内弹性旋转及固定；所述水平仪安装在立体盒子的侧面；所述铅锤通过弹性伸缩绳与立体盒子相连，且所述铅锤可从所述刻度尺的端刻度处悬出。
进一步地，所述立体盒子和铅锤上分别标示有各自对应的密度。
进一步地，所述立体盒子上还安装有由开关控制的光发射器，所述光发射器可发射白光、激光和紫外光中的一种或多种。
进一步地，所述立体盒子上还连接有可旋转放入立体盒子内的硬度计；所述硬度计由分别测萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉硬度的5个可叠合在一起的刀组成，所述测石英、黄玉硬度的两个刀的刀背开刃形成单面刀，两者组合在一起是剪刀，且两者顶端均设计成螺丝刀形状。
进一步地，所述立体盒子还连接有可旋转放入所述立体盒子内的放大镜。
进一步地，所述面板上还设置有沉积指示箭头和电子计时器。
进一步地，所述立体盒子的背面采用反光镜材料，且在立体盒子的背面还设置有凹面镜和凸面镜。
进一步地，所述立体盒子的一角还连接有圆环扣，所述圆环扣的背面为锉刀结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明是野外地质仪器的新类型，能够直观测量地层的走向、倾向、倾角等地质产状要素，实现空间定位及三维表征功能，从而简捷地实现了地质罗盘的所有功能。进一步，可对岩石硬度、色度、粒度、圆度、百分含量、光学属性、含油气性等岩石物性参数进行标准化、定量-半定量化提取，快速实现地层产状要素、空间属性特征及岩石物性参数的一体化系统测量。
2、本发明操作简单、过程直观、测量准确。本发明在磁场和重力场复合使用的基础上，采用直观几何学的原理，利用量角器、水平仪、铅锤、刻度尺和指南针等实现了地层产状要素及空间位置的测量，步骤简单，并且当出现极限条件时(地层接近水平或接近直立)，也能保证测量精度。
3、本发明能够满足野外地质研究标准化及定量-半定量化的要求。本发明有多个标尺：色度计、硬度计、粒度计、圆度计、刻度尺、铅锤重量及立体盒子重量，可以对岩石颜色、密度、硬度、粒度进行直接测量，利用白光、激光及紫外光可以对岩石细微结构、光学属性、含油气性等特征进行描述，实现标准化规范要求和定量-半定量化参数提取；地质样品观察测量时，刻度尺可以作为参照物，指示长度大小。
4、本发明可以实现地质产状要素、岩石物性特征及空间属性参数快速、直观、一体化的系统测量。
5、本发明造价低廉、便携美观、功能强大。本发明把一些工具、方法、手段应用到新的领域，达到了多功能、多通道的实现效果，并且体积与手机大小相近，方便携带、不易丢失。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的地质量标仪的结构示意图(正面)；
图2为本发明的地质量标仪的结构示意图(背面)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明在磁场和重力场复合使用的基础上(以往只是在磁场的基础上间接使用重力场)，运用刻度尺、量角器、指南针、水平仪及铅锤等，对地层产状等地质要素进行直接的全方位测量；使用空间几何学方法(以往使用抽象几何学方法)，直观地测量空间对象要素特征，直接实现从空间野外到图形定位的目标；借助多个标尺对岩石主要物理性质(颜色、密度、硬度、粒度、圆度、光学性质、含油气性等)进行直接测量，实现野外快速判断；采用标准尺度法对岩石主要物理特征进行对比判断，减小人为误差，并达到标准化规范要求。本发明综合运用了重磁光电以及直观几何学原理，高精度、多功能、多通道，并且结构简单、造价低廉、效果直观、便携快速。
请参阅图1和图2所示，本发明地质量标仪主要包括面板1和立体盒子2，立体盒子2表面为面板1。
面板1上设置有色度计3、指南针4、电子计时器5、粒度圆度对比表6、百分含量计7、沉积指示箭头8、刻度尺9。
其中色度计3结合不同行业色标、国家标准色标以及地质学常用的单色分配法，提取野外地质研究中特有的、常见的标准色系，进行标准色(与国标体系完全对应)的编号及命名，依靠单色之间的两两组合(非色系叠加)，实现野外地质研究对颜色的需求，共有八种端元色：1白色、2灰色、3绿色、4褐色、5红色、6紫色、7黑色、8杂色，当端元色相互组合时，命名规则采用叠加方式，如2灰色和7黑色叠加可命名为2.7灰黑色，这样就可在识别地质样品过程中简单、便捷的根据实际情况定色号、命名；指南针4的刻度盘从零度开始，按逆时针方向每5度一记，连续刻至360度，0度和180度分别为N和S，90度和270度分别为W和E，可测量方向、方位及空间位置；电子计时器5可以显示日期、时间，可以记录时间，满足地质研究中需要时间信息的情况；粒度圆度对比表6包括粒度计和圆度计，粒度计用于碎屑颗粒粒度分级参考和圆度确定，使用时参考实际图例即可快速判断、识别，设计采用了在国际上应用较广的伍登-温特华斯(Udden-Wentworth)方案即2的几何级数制，涉及到砂、粉砂和粘土(泥)三类：大于0.0625mm的颗粒属于砂，砂又分为极粗砂(2-1mm)、粗砂(1-0.5mm)、中砂(0.5-0.25mm)、细砂(0.25-0.125mm)、和极细砂(0.125-0.0625mm)，0.0625mm以下的颗粒肉眼难于分辨，粘土物质大量增加，属于粉砂，粉砂又分为粗粉砂(0.0625-0.0312mm)、中粉砂(0.0312-0.0156)、细粉砂(0.0156-0.0078)和极细粉砂(0.0078-0.0039mm)，粘土矿物颗粒一般较细，小于0.0039mm属于粘土(泥)，在实际地质工作研究中，还需要描述样品的圆度，圆度计采用鲍尔斯(Powers，1953)提出的圆度分级标准：尖棱角状、棱角状、次棱角状、次圆状、圆状和滚圆状，粒度圆度对比表6可以协助建立粒度和圆度概念模型，并进行现场快速岩性描述；百分含量计7采用图示法，标示出1％、3％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、70％、90％含量，协助快速建立百分含量概念模型，便于在地质研究中快速、准确的判断百分含量；沉积指示箭头8主要指示地层向上沉积的方向，地质样品照片采集的标准参照物，使用时将箭头指示方向与实际地层向上沉积的方向摆放一致即可；刻度尺9可以测量包括地质样品在内的任何可丈测对象，如裂缝、岩层厚度、细微层理厚度、断层断距、古生物、黄铁矿等，特别是对微细薄层、微小直径甚至矿物颗粒等进行测量，可一次性测量12cm长度，最长可达16cm(量角器底边有4cm延伸刻度)，精度高。
立体盒子2标示有其对应的密度，作为判断岩石密度的参考依据，其上设置有量角器10、硬度计11、放大镜12、水平仪13、开关14、圆环扣15、光发射器(发射白光16、激光17、紫外光18)、铅锤19，立体盒子2的背面为镜子20，且在立体盒子2的背面还设置有凸面镜21、凹面镜22。
其中量角器10是存放在立体盒子2的内部空间的，当使用时可以弹性旋转，测量角度时可在某一刻度固定，便于提高精度和读取数据，除角度等地质要素以外，可测量任意对象的角度；硬度计11可在立体盒子2内部旋转而出，使用完毕后可旋回，选择测试黄玉和石英硬度的刀背开刃形成单面刀，组合在一起是剪刀，其顶端设计成螺丝刀形状，一大一小具有开启功能，可测按岩石硬度分类的五级(萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉)，测试岩石硬度，求得岩石物理参数，并实现快速测量，协助进行岩石矿物学识别，达到野外工作要求；放大镜12使用时在立体盒子2内旋转出来即可，协助进行岩石矿物学的微观观察；水平仪13是安装在立体盒子2侧面的，使用时侧面向上即可，可求测水平面；开关14共有三档，控制白光16、激光17和紫外光18；圆环扣15可以当作挂扣用来悬挂测量仪，也可用大环开撬一般硬度的物体，为多功能环扣状，背上设计成锉刀可将样品粉碎为粉末，同时具有装饰物的功能，并且便携；白光16可以在视线不清晰时增补光强，协助判断岩石透光度以进行岩石类别判别，亦可作便携式照明或应急照明；激光17可以帮助进行远距离目标定位，协助判断岩石透光度以进行岩石类别判定，也可用于现场讲解以及室内汇报；紫外光18(荧光)可以协助发现地质样品(野外露头及岩芯)的含油气性，并初步判别原油类别及丰度，进一步可鉴别人民币真伪；铅锤19应标示密度，作为判断岩石密度的参考依据，与弹性伸缩绳相连，为了减小其所占空间，铅锤19两侧对称削薄后存放在立体盒子中，使用时抓住铅锤19向外抻拉即可，铅锤19既可从刻度尺0cm处悬出，也可从12cm处悬出，可以找到垂线方向所在，配合完成地层产状测量，也可对工程施工提供帮助；镜子20位于立体盒子2背面，材质可选用不锈钢板，反光性能好，实现可视光线的拐弯即死角观察，也可进行远距离定位；凸面镜21可以扩大视野范围，便携实用；凹面镜22可以实现野外求生取火。
量角器10和铅锤19组合可直接测量倾角；量角器10和刻度尺9组合可进行空间定位及长度延伸测量，并实现三角函数计算功能；量角器10和指南针4组合可实现方位及方位角测量，形成空间立体测量；量角器10、水平仪13和激光17组合可测量地层倾角，也可丈测仰角或俯视角，目测距离；指南针4和激光17组合可实现空间方位的准确测量；指南针4、水平仪13和刻度尺9组合可测量岩石走向(倾向)；铅锤19、量角器10和激光17组合可远距离测仰角或俯角，目测距离；铅锤19和水平仪13组合可检查水平与否；铅锤19和刻度尺9组合可提高长度测量精度和速度，测量微小物体的直径；铅锤19和镜子20组合可测量反射角(仰角或俯角)。
综上所述，本发明可以实现如下三方面的功能：
(1)罗盘及其延伸功能：常规罗盘设计复杂，倾角、倾向、走向等测量过程抽象，难以快速掌握，本发明采用新的办法实现了罗盘及其延伸功能，可以实现产状测量功能(走向、倾向、倾角)、方位及方向测量，可以测量高差、距离、面积、空间体积及空间位置，包括实际空间体和平面图形，同时可以实现对微小对象的测量及平面坐标定位，可以实现远距离平移，达到测量人和罗盘无法到达区域的目的，扩大了罗盘使用范围，能够克服罗盘的测量死角，尤其当极限条件时(地层接近水平或接近直立)，提高测量精度，效果直观、测量快速、结果精确，并且造价低廉；
(2)岩石物理性质识别：包括颜色、密度、硬度、粒度、圆度、微观、透光度、荧光性及粉末性质测试，运用多个标尺进行全方位判别；
(3)远距离联络传输信号、求生及其它：白天使用激光、夜晚使用白光、晴天使用镜子，还可以作为参照物，记录时间，同时具有美学饰件的功能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种地质量标仪，其特征在于，包括立体盒子，所述立体盒子表面为面板，所述面板上设置有指南针、刻度尺，所述立体盒子连接有量角器、水平仪和铅锤；所述立体盒子上还安装有由开关控制的光发射器，所述光发射器可发射白光、激光和紫外光中的一种或多种；
且所述面板上还设置有岩石物性对比标尺；
所述量角器通过弹簧转轴与立体盒子连接，且所述量角器可从所述立体盒子内弹性旋转并在任意角度固定；所述水平仪安装在立体盒子的侧面；所述铅锤通过弹性伸缩绳与立体盒子相连，且所述铅锤可从所述刻度尺的端刻度处悬出。
2.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述岩石物性对比标尺为图表对比标尺，包括色度计、粒度计、圆度计和百分含量计中的一种或多种；
所述色度计包括多种标准色图例及与所述标准色图例对应的颜色名称、标号；
所述粒度计包括采用伍登-温特华斯方案即2的几何级数制设计的粒度分级表及与所述粒度分级表对应的粒度对比图例；
所述圆度计包括采用鲍尔斯的圆度分级标准设计的圆度分类表及与所述圆度分类表对应的圆度对比图例；
所述百分含量计包括含量标示及与所述含量标示对应的含量图例。
3.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述立体盒子和铅锤上分别标示有各自对应的密度。
4.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述立体盒子上还连接有可旋转放入立体盒子内的硬度计；所述硬度计由分别测萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉硬度的5个可叠合在一起的刀组成，所述测石英、黄玉硬度的两个刀的刀背开刃形成单面刀，两者组合在一起是剪刀，且两者顶端均设计成螺丝刀形状。
5.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述立体盒子还连接有可旋转放入所述立体盒子内的放大镜。
6.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述面板上还设置有沉积指示箭头和电子计时器。
7.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述立体盒子的背面采用反光镜材料，且在立体盒子的背面还设置有凹面镜和凸面镜。
8.根据权利要求1所述的地质量标仪，其特征在于，所述立体盒子的一角还连接有圆环扣，所述圆环扣的背面为锉刀结构。
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