CN107209165A

CN107209165A - 用于确定钻孔岩芯中存在的结构特征布置的系统、方法和装置

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Publication number: CN107209165A
Application number: CN201680009793.0A
Authority: CN
Inventors: 格兰特·亚历山大·威尔逊; 约翰·大卫·威尔逊; 马丁·米勒
Original assignee: A Global Private Marx Edgar LLC
Current assignee: A Global Private Marx Edgar LLC; Imdex Global BV
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-09-26
Also published as: AU2016217606A1; EP4246191A3; ZA201706104B; PE20180568A1; CA2975500C; WO2016128820A3; US20180024269A1; CL2017002026A1; AU2021221616A1; AU2023282285A1; FI3256851T3; AU2021221616B2; MX2017010236A; PH12017501392A1; ES2949061T3; CA2975500A1; PL3256851T3; EP3256851B1; EP3256851A2; WO2016128820A2

Abstract

一种用于确定结构特征或钻孔岩芯例如岩芯样本中存在的结构特征的布置/方位的系统方法和装置。提供装置（10）以捕获关于岩芯样本中存在的结构特征的数据。装置（10）包括被配置为确定装置的方位或方位变化的方位布置，以及配置成捕获由方位布置产生的方位数据的数据捕获布置。方位布置可以包括陀螺仪。装置（10）还包括对准布置，其可操作以将装置与岩芯样本相关的结构特征对准。对准布置可以包括对准指示器，其可操作以在岩芯样本的表面上提供可视指示。该方法可以包括将数据从采集点实时传送到基于云的存储。

Description

用于确定钻孔岩芯中存在的结构特征布置的系统、方法和装置

本发明涉及确定结构特征的布置/方位或钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位。

背景技术

背景技术的以下讨论仅旨在促进对本发明的理解。讨论不是认可或承认提及的任何材料是在申请的优先权日期时的公知常识或属于申请的优先权日期时的公知常识的一部分。

金刚石钻井涉及挖掘地下钻心段以确定地下地质情况。

用于确定钻孔岩芯中存在的结构的方位/布置的技术是广为人知的并且被广为使用的。然而，现有技术大部分是使用不便的、耗时的并且经常需要专门的培训来进行有效和可靠的结构分析。

现有技术通常涉及用于表示钻孔的测量值是提取的岩芯部分的深度以及岩芯部分在三维空间面对的方向。如果根据深度获得方向，则可以导出钻孔在三维空间中描绘的路径。钻孔测量通常根据测量的深度给出方向。

有几个通常需要测量的结构特征；即线性结构特征、平面结构特征或两者的组合(例如剪切表面上的条痕)。平面结构特征可以包括：层理、劈理、叶理、节理、断层等。线性结构特征可以包括诸如擦痕面条痕、褶皱轴、小褶皱、栅状构造、变形卵石等特征。

这些特征通常由记录数据的地质学家在岩芯样本上进行测量，然后将其记录下来进行后续分析。使用常规仪器进行测量，例如测量距离的直尺和测量角度的测角仪。测量一旦进行就被记下来并稍后记录，以供后续分析。这可能是一个耗时的过程，其涉及可能发生错误的几个步骤。

正是在这种背景下，研发了本发明。

特别地，本发明在一个实施例中旨在提供一种布置，通过该布置可以通过利用一个装置来确定平面和线性结构特征相对于岩芯的取向。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的方法，其中该方法包括：

以与岩芯中存在的结构特征的特定关系来移动/定向装置或其一部分；

当其相对于结构特征和岩芯移动/定向时，通过使用装置的移动/定向布置，捕获关于装置或其所述部分的移动/定向数据；和

通过使用处理器，通过利用捕获的数据来确定结构特征相对于岩芯的方位/布置。

该方法还可以包括在显示器上可视地显示结构特征相对于岩芯的方位/布置。

该方法还可以包括将结构特征相对于岩芯的方位/布置相关的数据传送到远程服务器。在这方面，该方法可以包括将数据从获取点实时传送到基于云的存储。

岩芯可以是岩芯样本。

更具体地，确定结构特征的方位/布置的步骤包括确定相对于岩芯的实际空间方位/布置。

出于规范的目的，术语“结构特征”是指线性结构特征、平面结构特征或两者的组合(例如剪切表面上的条痕)。平面结构特征可以包括：层理、劈理、叶理、节理、断层等。线性结构特征可以包括诸如擦痕面条痕、褶皱轴、小褶皱、栅状构造、变形卵石等特征。

该方法可以在实际钻孔范围以外(例如在测试/分析环境，例如测试实验室)实施。

移动/定向装置的步骤可以包括将装置或其一部分对准结构特征或其特定部件/部分。

确定结构特征相对于岩芯的方位的步骤可以包括确定装置相对于参考点/方位的移动/方位。因此，该方法可以包括确定该装置的参考点/方位。参考点/方位可以与岩芯相关。

岩芯通常具有细长的圆柱形形状。因此，岩芯的纵向侧是指岩芯的径向外侧，其在其相对的两端之间延伸。岩芯的外表面是指纵向侧的表面。因此，参考方向可以是例如设备(或其一部分)抵靠岩芯的外表面放置的位置。更具体地，参考方向可以是设备(或其一部分)抵靠外表面放置并沿着其长度(例如沿着芯底线)定向的位置。

如果结构特征是平面特征，移动/定向装置的步骤可以包括将装置或其所述部分与特征的表面对准。更具体地，该方法可以包括通过使对准指示器与特征的表面对准来使装置或其一部分与表面对准。对准指示器可以包括用于在岩芯样本的表面上提供可视指示的装置。对准指示器可以包括从装置向表面投射的光束。光束可以是激光束。因此，该方法可以包括通过将从该装置投射的光束与该表面对准来将该装置或其一部分与该表面对准的步骤。

移动/定向装置的步骤可以包括将装置移动到岩芯的外表面上，以便将装置或其一部分与暴露在外表面上的结构的至少一部分对准并且一旦对准便捕获装置的方位数据。更具体地，捕获数据的步骤可以包括使装置或其一部分与暴露在外表面上的结构的两个或多个部分对准，并且每次一旦对准便捕获方位数据。

所述方法可以包括通过使用处理器来确定在与所述结构或其所述部分对准时参考方位和所述方位之间的装置或其一部分的方位的变化。

因此，使用该装置的结构特征的捕获/测量可以直接从岩芯的表面进行。因此，该装置可以具有即使在相对于岩芯轴的相对较高的岩芯角度(即记录非穿透性线性结构特征的方位，例如褶皱轴和小褶皱)的情况下也能精确地测量结构的方位的能力。

可视化地显示结构特征的方位/布置的步骤可以更具体地包括一旦捕获了数据并且结构特征相对于岩芯样本的方位/布置已经确定，便实时地显示所述结构特征的方位/布置。因此，在记录/捕获数据时，立即(即实时地)将结构的实际空间方位呈现给地质学家。

如上所述，可以提供将数据从采集点转移到基于云的存储。

根据本发明的第二方面，提供了用于在钻孔岩芯中存在的结构特征上捕获数据的装置，其中该装置包括：

方位布置，其被配置为确定装置或其一部分的方位或方位的变化；

数据捕获布置，其被配置为捕获由所述方位布置生成的方位数据。

该装置可以包括对准布置，其可以在使用时用于将装置与结构特征对准。换句话说，对准布置可操作以使装置与结构特征对准。对准布置可以包括对准指示器。

对准指示器可以包括用于在岩芯样本的表面上提供可视指示的装置。

对准指示器可以包括波束形成布置，其被配置为在使用时发射至少一个波束，其可以用于将装置与结构特征对准。波束形成布置可以被配置为发射单个波束或两个波束。波束或者波束中的每一个可以是光束。光束可以更具体地是激光束。

数据捕获布置可以包括至少一个数据捕获按钮，其可用于捕获装置的当前方位的特定方位数据。

方位布置可以包括陀螺仪。此外，方位布置可以包括加速度计和/或光学传感器。

该装置可以包括磁力计。

该装置可以包括被配置为向处理布置发送方位数据的通信布置。更具体地，通信布置可以被配置为将方向数据无线地发送到处理布置。

该装置可以包括具有显示器的用户界面。更具体地，该装置可以可选地还包括鼠标滚轮或开关(例如，电容式开关)，其被配置为允许在使用时容易地浏览显示器上提供的菜单选项。

该装置可以包括其中容纳至少一部分方位布置的壳体。

该装置可以是手持装置。

所述装置可以包括至少一个导向结构，所述至少一个导向结构构造为在使用时引导装置在钻孔岩芯的外表面上位移。更具体地，该装置可以包括一对导向结构。

钻孔岩芯的外表面上的移动可以包括在平行于岩芯轴的方向上沿着外表面的位移。通过这种布置，位移包括直线运动，并且装置在外表面上以直线路径移动。换句话说，移动是在一个维度上。

或者或另外，移动可以包括围绕中心纵向轴线围绕外表面的位移；也就是说，移动可以包括在外表面上的圆周运动。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的系统，其中所述系统包括：

被配置为从所述岩芯导出关于钻孔岩芯中存在的结构特征的数据的装置；

处理布置，其连接到该装置或者构成该装置的一部分，并且被配置为通过利用至少导出的数据来至少确定结构特征相对于钻孔岩芯的方位。

该系统还可以包括通过利用显示布置来提供结构特征相对于钻孔岩芯的方位的视觉模拟。

显示布置可以形成系统的一部分。

该系统还可以包括提供用于将数据传输到基于云的存储。在这方面，该系统可以使提供使用该装置将数据从采集点实时传送到基于云的存储易于达到。这可以允许从任何地方(例如从远程办公室)实时地查看数据，从而实现有效的决策和最小化运营延迟的风险。它也可以帮助最小化数据传输中人为错误的风险。

处理布置可以被配置为一旦确定了结构特征相对于钻孔岩芯的方位，就可以提供实时地视觉模拟。通过提供实时模拟，用户能够获得对捕获的结构特征的即时反馈。

该装置可以被配置为从岩芯的样本导出关于钻孔岩芯中存在的结构特征的数据。

该装置可以是根据本发明的第二方面的装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种提供钻孔岩芯的视觉模拟/图示的方法，其中所述方法包括：

从装置接收方位数据，其中所述数据涉及岩芯中存在的至少一个结构特征；

通过使用处理器，通过利用接收到的数据来至少确定结构特征相对于钻孔岩芯的方位；以及

通过利用确定的方位在显示器上显示结构特征相对于钻孔岩芯的的视觉模拟/图示。

方位数据可以从该装置无线地接收。

该装置可以是根据本发明的第二方面的装置。

更具体地，接收方位数据的步骤可以包括：

接收关于参考方位的方位数据；和

接收与岩芯中存在的至少一个结构特征相关的方位数据。

确定结构特征的方位的步骤可以包括利用关于参考方位的方位数据和与至少一个结构特征相关的方位数据。

确定结构特征的方位和显示视觉模拟的步骤可以实时地进行。

结构特征可以是线性特征或平面特征。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于收集与存在于岩芯样本中的结构特征相关的数据的装置，该岩芯样本具有限定外表面的圆形外周边和限定岩芯轴的中心纵向轴线，该装置包括构造成与岩芯样本的外表面接合的主体，所述主体包括适于在所述外表面上移动的基部部分，以确定所述外表面上的两个测量点之间的距离，所述主体还包括对准指示器，其提供参考用于使主体与横向于中心纵向轴线的平面对准，由此可以通过确定装置相对于中心纵向轴线的状态来获得平面的角度布置的读数。

外表面上的移动可以包括在外表面上的滑动移动。

在外表面上的移动可以包括沿平行于中心纵向轴线的方向沿外表面的移动。通过这种布置，位移包括直线运动，并且该装置在外表面上以直线路径移动。换句话说，移动是在一个维度上。

或者或另外，移动可以包括围绕中心纵向轴线围绕外表面的位移；也就是说，移动可以包括在外表面上的圆周运动。这可以测量外表面上两个角度偏移的测量点之间的角位移。

圆周运动可以包括使基部部分进行位移和旋转。在这种布置中，装置在外表面上以弯曲的路径移动。换句话说，根据基部部分移动的路径，运动是两个维度或三个维度的。在一个布置中，两个点可以各自处于垂直于中心纵向轴线的相应平面中，两个平面沿着岩芯样本轴向地间隔开，在这种情况下，位移可以包括沿平行于中心纵向轴线的方向沿着外表面的位移，和围绕中心纵向轴线围绕外表面的位移。在另一种布置中，两点可以在垂直于中心纵向轴线的公共平面中，在这种情况下，移动可以仅包括圆周运动。

主体还可以包括接触部分，用于接触岩芯样本的外表面，同时使主体相对于岩芯样本的中心纵向轴线成角度地移动，以使主体与横向于中心纵向轴线的平面对准。通过这种布置，接触部分可以在外表面上提供参考点，在此处获得平面的角度布置的读数。此外，当主体相对于岩芯样本的中心纵向轴线成角度地移动时，该接触部分可用于使主体相对于岩芯样本稳定。

在操作中，主体的状态是变化的，以便将可视指示与被评估的结构特征对准。

对准指示器可以包括用于将光投射到岩芯样本的外表面上的一个或多个发光装置，以在岩芯样本的表面上提供所述可视指示。

发光装置可以包括用于发射诸如激光束的相干辐射的装置。

还考虑了其它形式的指示，例如机电指示器。机电指示器可以包括对准标记，例如角度可调节的部件，其从主体延伸并且适于手动对准被评估的岩芯样本的结构特征，机电指示器提供结构特征相对于岩芯样本的中心纵向轴线的角度的输出指示。

基部部分可以被构造为鞍座，用于定位在岩芯样本的外表面上并且在外表面上滑动移动。

鞍座可以适于与岩芯样本协作以在外表面上引导移动，特别是包括沿着外表面轴向地移动。

主体还可以包括定位器，用于相对于岩芯样本的外表面上的标记或特征定位基部部分。定位器可以包括设置在基部部分上的点。定位器可以与接触部分集成。

该装置可以被配置为手持工具。

根据本发明的第六方面，提供了一种捕获钻孔岩芯中存在的结构特征的数据的方法，该方法包括使用根据本发明的第五方面的装置。

附图说明

现在将参照附图通过示例的方式描述本发明。在附图中：

图1示意性地示出了没有外部壳体的根据本发明的装置的第一实施例的三维视图；

图2示出了当沿着具有不同直径的钻孔岩芯上的定向线定位时图1的装置的三维视图；

图3示出了图1的装置的一部分的三维视图，当从下方观察时，示出了用于测量暴露在岩芯表面上的结构的参考表面；

图4示出了图1的装置的电路板的俯视平面图；

图5示出了图1的装置的一部分的俯视图，其中该装置的两个二极管各自发出激光束，该激光束穿过分散透镜，然后通过限制该光束宽度的壳体中的狭窄狭缝；

图6示出了用于发射如图5所示的激光束的布置的示意性平面图；

图7示出了用于发射如图5所示的激光束的布置的示意性侧视图；

图8示出了图5的装置的三维视图；示出了与装置的光标/点和参考表面对准的双激光束；

图9示出了图1的装置的三维视图，当从下方观察时，显示突出穿过装置的基部的光学传感器棱镜；

图10示出了显示由系统收集的数据的球面投影的典型示例；

图11示出了显示延伸的平面结构的钻孔图的典型的三维正投影

图12示出了将各种结构绘制为平板的三维正投影，显示了走向和倾斜(钻孔通常以颜色编码地质学显示)；

图13示出了具有参考网格的钻孔的典型缩小图；

图14示出了根据本发明的系统的数据文件的示例，显示由系统获得的可以导出到Excel电子表格的各种参数；

图15示出了图5的装置的三维视图，其被定向成允许激光束与存在于岩芯中的结构特征对准(各种岩芯直径被示出)；

图16示出了钻孔岩芯的三维视图，并且在记录平面结构特征时指示可能的记录位置以获取准确信息；

图17示出了图16所示的布置的侧视图；

图18示出了钻孔岩芯的三维视图，当记录线性结构特征时指示可能的记录位置以获取准确信息；

图19示出了具有可能的外部壳体的图1的装置的三维视图；

图20示出了图19的装置的另一三维视图；

图21示出了根据本发明的系统的示意性布局；

图22示出了根据本发明的装置使用快速对准方法如何可以用于捕获平面结构特征的三维模拟；

图23示出了根据本发明的装置使用尺寸方法如何可以用于捕获平面和线性结构/特征的另一个三维模拟；

图24示出了采用使用激光器/二极管记录结构的方位的对准方法如何捕获平面结构特征的三维模拟。

图25示出了使用尺寸方法如何捕获平面结构特征的三维模拟，尺寸方法将装置定位在岩芯的表面上的平面结构的外露轨迹上；

图26示出了使用尺寸方法如何捕获线性结构特征的三维模拟，尺寸方法将装置定位在线性特征在岩芯的表面上露出的两个位置上；

图27示出了利用尺寸方法确定断层上的移动方向来如何捕获在滑动表面(例如断层上的滑擦面)上露出的线性结构特征的三维模拟；

图28示出了根据本发明的装置的第二实施例的示意性俯视图；

图29示出了如图28所示的用于发射激光束的布置的示意性平面图；和

图30示出了如图28所示的用于发射激光束的布置的示意性侧视图。

在附图中，在整个几个视图中，相同的结构由相同的附图标记表示。所示的附图不一定按比例绘制，而重点通常放在说明本发明的原理上。

附图示出了本发明的几个实施例。这些实施例示出了某些配置；然而，应当理解，本发明可以采取许多配置的形式，如本领域技术人员显而易见的，同时仍然体现本发明。这些配置将被认为在本发明的范围内。

具体实施方式

如上所述，金刚石钻井涉及挖掘地下钻心段以确定地下地质情况。通常用于表示钻孔的测量值是提取的岩芯部分的深度以及岩芯部分在三维空间面对的方向。如果根据深度获得方向，则可以导出钻孔在三维空间中描绘的路径。钻孔测量通常根据测量的深度给出方向。导出沿该方向指向的单位向量，并为深度的中间值进行内插。当以这种方式进行参数化时，单位向量相对于钻孔深度的积分给出了钻孔在三维空间的定位。根据本发明的当前系统允许通过利用岩土工程技术的、电子手持装置来确定相对于岩芯平面和线性结构特征的方位。

在附图中，附图标记100通常指的是确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的系统(参见图21)。除此之外，系统100包括岩土工程技术的、电子手持装置10和中央计算机200或类似的可通信的计算设备，例如个人计算设备、PDA、可上网的移动电话、可上网的计算机平板电脑等。在所示的布置中，可通信的计算设备以平板计算机202的形式示出，该平板计算机202无线连接到装置10。

系统100可以提供从采集点到基于云的存储的数据传输。在这方面，子系统100可以使用装置10将数据从采集点实时传送到远程办公室可访问的基于云的存储。这可以允许从任何地方实时查看数据，从而实现有效的决策，并最大限度地减少运营延迟的风险。它也最大限度地减少了数据传输中人为错误的风险。基于云的存储可能是任何适当的形式；包括例如被称为Reflex^TM集线器^TM(Hub^TM)的数据管理和存储系统。

装置(10)包括被配置为确定装置的方位或方位变化的方位布置，以及配置成捕获由方位装置产生的方位数据的数据捕获布置，这将在以后变得显而易见。

装置10包括主体11，其具有内壳体/壳体12和至少部分地包围内壳体12的外壳体14(参见图1以及图20和图21)。内壳体12包括在装置的后面的电池组20和充电USB端口容纳在其中的支架结构18、GPS单元(未具体示出)和激活装置28。印刷电路板(PCB)22容纳在内壳体12中。

内壳体12具有细长的基部16，其包括两个平行的、细长的导向结构24.1、24.2(见图3和图9)。细长基部16的可操作的下部26被构造成限定鞍座27。在所示的布置中，当在端视图中看时(见图3)，下部26是凹的(或以其它方式凹入)并且具有大致钝角的V形。V形的角度可以是约146°，以适应典型的岩芯直径的范围。

基座16的前部渐缩成点17。点17可用于将装置10定位在岩芯300的外表面400上的特定深度标记处，并且将位置定位在岩芯300的表面400上，其中平面/线性结构特征暴露在表面400上。以这种方式，点17提供定位器，其可以相对于在岩芯300的外表面400上显而易见的标记或特征定位。换句话说，点17定义了实际上什么是指针。

鞍座27适于定位于岩芯300的表面400上并且与岩芯300协作以在岩芯表面上引导移动。特别地，形成导向结构24.1、24.2的基部16的相对侧面具有直边缘19.1、19.2，以帮助装置10与暴露的线性结构特征对准。

点17还用作接触部分，用于使岩芯300的外表面400接触，同时相对于岩芯轴线成角度地移动主体11，以使主体与横向于岩芯轴线的平面对准，如图15中最佳所示。通过这种布置，接触部分可以在外表面400上提供参考点，在该表面400处获得平面的角度布置的指示。此外，接触部分可以用于当主体11相对于岩芯轴线成角度地移动时相对于岩芯300稳定。实际上，点17提供了主体11可旋转(成角度地移动)的支点，用于改变主体的角度布置，从而改变装置10相对于岩芯轴线的状态。

PCB 22包括光学传感器29、陀螺仪30.1、加速度计30.2、指南针30.3、可选的磁力计30.4、蓝牙通信布置32(例如具有天线的蓝牙无线电)和微处理器36(参见图4)。这提供了该实施例中的方位布置。PCB22还包括可连接到GPS单元(例如以使装置10用作表面映射工具)的一系列销34。陀螺仪30.1、加速度计30.2、罗盘30.3和磁力计30.4通常可以并入一个芯片(例如运动感测芯片)中。因此，可以通过使用欧拉角或四元法(quaternions)从芯片中提取装置10的方位。这可以使用平均技术或卡尔曼滤波方法来完成。

安装光学传感器29，使得其从下部26的底表面可操作地向下延伸，如图9最佳所示，并且被配置为测量装置10沿着表面400行进的距离，例如在两个测量点之间，当装置10(以与计算机鼠标类似的方式)放置在其上并滑动/移动时。在该实施例中，光学传感器29通常被配置为确定约2mm的精度内的相对运动/位移。在使用中，装置10将以如图2所示的方式如此定位在岩芯300的外表面400上，点17被定位以与两个预期测量点中的一个对准，并且与该位置相关的数据将通过光学传感器29捕获。然后，装置10将沿着岩芯300的外表面400移动到与两个预期测量点中的另一个对准的位置，并且与该位置相关的数据将通过光学传感器29捕获。然后可以确定两个测量点之间的距离，反映在光学传感器已经移动的距离上。

装置10还包括对准布置，其可在使用时用于将装置与结构特征对准。对准布置包括对准指示器33。对准指示器33表示用于使主体与横向于岩芯轴线的平面对准的参考，由此可以通过确定主体11相对于岩芯轴线的状态(角度位置或方位)来获得平面的角度布置的指示。横向于岩芯轴线的感兴趣平面通常包括由岩芯300中存在的特征的表面表示的平面；例如，对应于平面结构在岩芯表面400上露出的平面。陀螺仪30.1和/或加速度计30.2可以是为了一旦通过使用对准指示器33装置10与结构特征600对准则确定/测量装置10的方位，如图15所示。

在该实施例中，对准指示器33可操作以在岩芯样本的表面上提供可视指示。在所示的布置中，对准指示器33包括波束形成布置35，波束形成布置35被配置为在使用时发射至少一个波束，该波束可用于将装置10与结构特征对准。波束形成布置35可以被配置为发射单个波束或两个波束。波束或波束中的每一个可以是光束。光束可以更具体地是激光束。在该实施例中，波束形成布置35包括两个线激光二极管38、40，其安装在基部16的前部的相应侧上并向前指向(参见图5)。分散透镜71安装在每个二极管38、40的前面，以便二极管38、40能够发射60°的光束41、43，每个光束与指示器17对准(也参见图6和图7)。基部16限定窄缝73，当二极管38、40垂直于其定向时，窄缝73允许波束一起将直线投射到外表面400上。如果二极管38、40相对于外表面400定向成锐角，椭圆形状可以被投影到表面400上而不是直线。然后可以将线/椭圆形状用于将装置10与暴露在钻孔岩芯300的外表面400上的结构特征对准。

由激光束41、43定义的平面(通常用附图标记500表示)通常可以通过与平面成直角(垂直的)的矢量来确定。60°光束41、43通常被设计成提供岩芯300的表面400的最大覆盖范围，以帮助允许精确记录结构特征600(参见图17和图18)，不考虑结构特征600相对于岩芯300的角度。覆盖范围通常为B岩芯(直径36.5mm)的约52％至H岩芯(直径63.5mm)的约44％。

LED屏(未示出)固定到电池组20上方的内壳12。LED屏可操作地连接到蓝牙通信布置32，以允许用户与形成系统100一部分的计算机200或平板电脑202进行通信。LED屏幕可以例如用于输入诸如深度和结构名称(例如平面或线性结构)的参数。

电池组20可以是例如可再充电的镍镉(NiCad)电池组，其可以提供大约6小时的连续使用。

通过数据捕获布置捕获和记录数据是通过操作致动装置28启动的。在该实施例中，致动装置28包括一个或多个操作按钮。在所示的布置中，有三个操作按钮28.1-28.3。按钮28.1是参考按钮，该按钮被配置为当装置10抵靠外表面400放置并且沿着芯底(“BOC”)线106定向时捕获装置10的参考方位(参见图16、图17和图18)，芯底线106沿着岩芯300的长度延伸。BOC线是在行业中公知的术语，因此将不再详细描述。按钮28.3是当装置10与结构特征600对准时可以用于捕获读数或多个读数的记录按钮。按钮28.2是多功能按钮因为其具有滚动功能以及单击和双击功能。

通过使用单击功能，计算机200被指示暂时计算特定结构特征600相对于钻孔岩芯300的最佳拟合方位。计算包括确定平面特征的倾角、倾斜方向和走向，或线性特征的倾斜和方向。然后，将结构特征600绘制为球面投影上的闪点，并将其绘制为正投影上的板或线，并计算规定方位的明显倾角。正投影是钻孔与平面和线性结构特征600一起在三维空间的表示。线性结构特征或线理可以表示为具有箭头的圆柱体，箭头指示滑动表面上的移动方向。

通过使用双击功能，计算机200被指示计算并保存与钻孔和结构特征相关的多个参数。然后，一旦数据已被验证则计算机200保存数据并且将几何布置保存到数据电子表格中。计算的参数可以包括(但不限于)：

●结构特征600的中点与岩芯300的中心相交的井下深度(m)。

●钻孔方位：钻孔在该深度处的方位角和倾角。

●钻孔坐标(例如x、y和z坐标)和结构或地质接触的垂直深度。

●平面结构的实际空间方位(例如倾角和倾斜方向)

●用于确定方位的现有内核角度(Internal Core Angles)方法中的结构的α、β和γ角。α角指的是沿着岩芯300的长度指向的矢量与平面特征在其中延伸的平面之间的角度。

●结构在预定剖面线中的视倾斜或倾斜。

发送到计算机进行进一步处理的典型数据包括：

●四元数据：装置10的方位通过单位四元数发送。

●加速度数据：在三维方向(x、y和x)上的原始加速度数据作为重力(g)的一部分发送。

●陀螺仪数据：围绕三个轴线(x、y和z)的原始旋转的数据。

●光学传感器数据：光学传感器在两个方向(以米为单位)的移动。

●光学传感器状态：传感器的身份、特性和状态。

●关于任何按钮是否被按下的状态。

●磁场

装置10可以以两种不同的方式使用，以便测量岩芯300中的结构特征600的方位。

第一种方法称为对准方法。该方法提供了一种获取大型结构数据集合的过程，主要用于立体分析，其中精确深度不是关键或甚至不需要。一个例子是测量层理平面以确定屈折的方向或测量前积层以确定当前的方向或流动方向。该过程包括使用平面激光束将单元或装置10的基部与该结构对准。

正常方法包括使用基部或平面激光束500将装置10与结构600对准，并从平面结构600的表面400获取至少四个记录。程序统计分析记录的测量值并计算“最佳拟合平面”，并确定“误差范围”。

该方法还提供了一种便于直接从岩芯盒中的岩芯300快速获取数据的快速程序。程序在检查和保存之前只需要每个结构600的一个对准读数。对准方法利用陀螺仪30.1和加速度计30.2，以便一旦装置10与结构特征600通过使用激光束41、43对准时确定/测量装置10的方位。或者，基部16的侧面的边缘19.1、19.2可以与暴露的结构对准(对准过程将在下面更详细地描述)。在结构特征600的精确深度不重要的情况下，该方法可以方便地收集用于立体分析的大数据集合。当岩芯300(更确切地说，是从一个钻孔中取得的岩芯300的样本)位于岩芯盒中，可以通过利用激光束41、43来进行结构特征600，特别是平面特征例如层理、叶理、断面、断层等的常规测量。技术人员通常应确保将岩芯样本适当地接合在一起，并且BOC线106在盒中正确对准。钻孔断裂和方位不连续性应清楚划分，因为这些可能对结构特征600的测量有不利影响。

第二种方法称为尺寸方法，其使用光学传感器29和陀螺仪30.1测量装置10的井下深度并确定其在表面400上的角位移。当结构特征600例如主要断层或褶皱轴的精确深度或精确的几何布置/方位至关重要时该方法通常是优选的。详细和精确的结构测量，特别是记录线性特征如擦痕面条痕、杆状构造、石香肠或褶皱轴，可能需要将岩芯400从岩芯盒移除并放置在小的V型台架中，以允许装置10从岩芯300的外表面400上移动。为了开始记录，装置10参考与BOC方位平行的深度标记线(参见图17和图19中的附图标记104)，即通过使用按钮28.1。通过将装置10简单地滑过岩芯300的外表面400并使点17与结构特征600与外表面400相交的位置对准，并在同一特征600上记录多个读数，装置10与计算机200可以确定特征600相对于岩芯300的估计的方位/布置。

一旦平面上的三个或更多个点是已知的，一个平面可以在三维空间中拟合。

由于岩芯300的表面400形成圆筒，如果沿着岩芯300的长度的位移可以与沿着/绕其圆周的位移保持分离，则可以获得特定点的位置/定位。一旦以这种方式相对于定向线106上的固定参考点测量三个或更多个点，可以计算平面相对于岩芯300的方位。如果三个以上点可用，可以推导出最佳拟合平面。可以通过使用线理与表面400相交处的两个已知点来导出线性特征。如果这些点被重复测量，则可以导出最佳拟合线，并且计算出误差范围。

岩芯300显示的固有残余磁性配置可以通过使用磁力计30.4来确定。测量来自同一岩芯300的单个岩芯样本的残余磁性的方向可以用于正确地定向/对准岩芯样本，使得定向线106延伸穿过钻孔断裂(即，岩芯样本的残余磁性的方向通常应该在相同的方向)。

当减去地球的磁场并且靠近岩芯300测量的残余场与方位相关时，可根据深度推导出岩芯300的磁化强度。

由装置10导出/计算的所有数据经由蓝牙通信布置32发送到计算机200(或平板电脑202)用于进一步处理。专用软件安装在计算机200(或类似的可通信的计算设备)上，以便在计算机(或其它显示器)屏幕上向用户提供由装置10记录的结构600的有目的的视觉反馈。

软件通常集成从各种来源接收的数据，并且处理以及将数据与结构特征数据(从装置10接收)组合。井下勘测数据、地质钻孔记录、岩土和结构数据均采用Excel电子表格导入软件。然后处理数据，与结构特征数据进行合并，并可以电子表格或文本格式导出到地质处理或矿山规划软件程序中。该软件的一个独特之处在于能够在三维立体投影中将平面结构特征描绘成绘制在钻孔内的平面(这将在下面更详细地描述)。

该软件利用向量模型来导出三维空间内的钻孔坐标并确定结构特征600的平面几何形状。装置10与软件一起具有精确地测量和计算结构的方位的能力(即使在相对较高的岩芯(α和β)角度)，并记录非穿透性线性结构特征如褶皱轴、小褶皱的方位。该软件可以在记录时(一旦如上所述必要的处理已经完成)立即(实时地)向用户提供钻孔和结构特征600的三维方位。方位可以在正投影和球面投影中显示，从而允许用户在保存之前对数据进行审核和验证。

操作程序涉及；首先参照装置10相对于岩芯300和BOC线106，然后通过将装置10与结构特征600对准或者通过将装置10移动到表面400上来测量结构特征600的方位，并且通过使点17与其对准而定位几个结构特征600与表面400相交处的点。可以通过记录在表面400上的特征600的几个测量值来获得结构特征600的精确测量。然后，软件统计地分析从装置10接收的数据，并且产生结构特征方位的最佳拟合估计。该软件的该特征也可用于分析相同重复特征400例如层理或前积层(fore sets)的方位以计算测量的结构特征600的最佳拟合或平均方位。

该软件包括以下描述的各种软件模块：

测量模块

井下测量数据可以在单次测量中在计算机上手动输入，也可以从任何多点测量工具导入。一旦输入数据，就可以计算坐标，并且钻孔的投影可以立即在显示屏幕上以三维正投影可见。通过修改钻孔方位角和倾角单元，软件自动重新计算井下坐标并相应地修正钻孔的三维图。该软件允许用户放大和缩小钻孔、向上和向下滚动钻孔，以及徒手地平移并旋转视角。

地质模块

现有的钻孔记录以及从装置10接收到的结构特征数据可以被导入成为某些软件参数例如深度、岩性单元、描述和唯一的可识别颜色，其可以直接从Excel电子表格导入，如本领域技术人员将理解的。

球面投影模块

结构特征400的方位由软件在球面投影中自动绘制，具有可用的各种选项。每种类型的结构以独特的颜色显示以便于识别，并且用户/技术人员可以选择性地显示特定的结构类型。数据可以导出到公认的结构分析程序。在这方面，请参见图10。

正投影模块

现在参考图11-13，结构特征400的方位也被自动确定并绘制成三维正投影。用线描绘走向和倾斜方向的平面结构在平坦表面上被投影为矩形板。将显示为小杆的线性特征和结构(例如可以确定移动方向的断层)，绘制为显示方位和移动方向的箭头。该软件允许用户放大/缩小钻孔、向上和向下滚动钻孔，并徒手地改变并旋转视角。背景可以用各种网格覆盖进行注释，包括钻孔投影上的坐标的正交三维网格，或带有罗盘方位角的圆形网格以及在该深度处钻孔的倾斜度。钻孔向上和向下滚动将改变钻孔下的网格位置。通过向上和向下滚动钻孔，可以将网格定位成使得单个结构绘制在网格的中心，并且如果需要，走向和倾斜方向可以物理地从网格上测量/记录。

走向和倾斜在结构特征600的动画平面上被描绘为白色或黑色线条。该软件提供改变各个结构图的颜色和尺寸的选项。增加绘制平面尺寸的能力在扩大尺寸和投射主要结构方面是有用的。这些结构平面可以被放大，以向用户提供结构应该在地面下何处运行的概念。然后，该模型可以直接导入到用户的矿山建模软件，其中可以在整个采矿区域对该放大结构进行检查。

数据文件模块

这是一个多功能模块。主要功能是提供一个用于存储所有结构特征记录和计算的数据库。数据库可以导出到Excel文件。辅助功能用于编辑和更正各个结构特征记录。某些特定的单元值可以修改或更改，以便自动调整计算结果。在保存输入参数时，最多可以计算16个不同的参数并将其保存到数据文件中。在这方面，具体参考图14。

例如可以计算以下参数：

有关钻孔的计算参数：

●结构特征的中点与岩芯300的中心相交的井下深度(以米为单位)。

●钻孔方位，在该井下深度处的方位角和倾角。

●钻孔坐标(x、y和z)和结构特征的垂直深度。

有关平面特征的计算参数：

●特征的实际空间方位、倾角和倾斜方向。

●用于确定方位的内核角度方法中的特征的α和β角。

●平面特征在预定义剖面线中的视倾斜。

与线性特征有关的计算参数：

●线性特征的中点与岩芯的中心相交的井下深度(以米为单位)。

●由线性特征的倾角和走向表示的方位：

○走向-线性特征倾斜的方向。

○倾角-斜线与水平线之间的角度。

○线理的倾斜-特征与预定义剖面线之间的角度。

●用于内核角度方法中的结构的γ和/或δ角。

●错配(Misfit)-线理与其发生的平面特征之间的角度差异。

记录结构特征的程序

以下是特定结构特征如何被系统100记录的示例：

i.通过清除测量模块中的现有数据来启动新的记录。

ii.将井下测量数据导入到测量模块。如果实际的井下测量数据不可用，则可以通过使用计算机200手动插入钻孔深度和初始估计钻孔测量、方位角和倾角。实际钻孔测量可以在稍后阶段输入，并且所有结构记录的方位将自动进行调整/修改。相对于钻孔测量计算结构的几何布置/方位。

iii.为了捕获结构特征数据，通过选择在计算机200上的用户界面屏幕顶部的适当的选项来打开“输入结构”屏幕。

输入结构屏幕

输入结构屏幕显示允许用户输入关于钻孔/钻孔岩芯的信息的多个单元。

显示装置10相对于岩芯300的方位的可视3D正投影。显示器提供装置10正常工作并且无线地连接到计算机200的指示。

例如，以下信息可由用户输入：

●记录的井下深度。深度可以在计算机上手动插入或使用装置上的按钮28.2的滚动功能插入。选项可以是平面结构、线性结构或其组合。

●用于记录结构的技术/方法。选项可以是：

i.对准方法；或

ii.尺寸方法。

下面将更详细地描述这两种方法。

●用于识别结构的唯一名称。

●误差范围：允许用户定义可接受的误差范围水平。

iv.插入钻孔细节：

●测量单位(公制或英制)。

●岩芯直径(最常见的岩芯尺寸显示在用户界面的下拉菜单中)。

●岩芯顶部或岩芯底部方位。

v.在深度场中)，插入装置10所参照的井下深度。

vi.方法：选择用于记录结构特征600的程序：

该程序统计地确定最佳拟合平面(PBF)，并计算所需置信度的误差范围，从而确定在单个结构上进行的读数数量。

该程序确定岩芯300的左侧和右侧与结构特征的轨迹与定向线相交的位置的偏移距离。这使得用户能够验证和检查记录的有效性。

该程序确定平面结构的实际空间几何方位，即倾角和倾斜方向，以及线性结构相对于定向线的倾角和倾斜方向。定向线的几何布置是从导入到测量模块的数据得出的。

误差范围由结构的不规则性和测量记录的准确度/精度决定。

该程序利用领(collar)坐标x、y和z与井下测量数据一起确定结构元件与岩芯的中间相交的中点的几何方位和坐标。

对准方法

这是通过简单地将装置与结构对准来测量岩芯样本中的结构的相对快速和容易的方法。

装置10首先沿着定向线106参考，然后移动以便将装置10与结构特征600对准。可以通过使用激光束41、43或基部16的侧面的边缘19.1、19.2来对准装置10。该方法是用于整理用于立体分析的结构数据的快速数据采集方法。可以从单个参考记录多个结构。

○平面结构：装置10的基部16或激光束41、43可以用于将装置10与结构特征600对准，取决于结构600是否暴露在岩芯300的外表面400上。图22示出了如何首先参考装置10(参见附图标记10a)并且其后被定向使得激光束41、43沿着平面特征的表面(即，使光束41、43与表面对准)投射，从而使得装置10与其对准(参见附图标记10b)的示例。通过点击记录按钮28.3，测量特征600的方位。通过单击按钮28.2，计算机200暂时确定特征600的方位并将特征600绘制为立体图和三维正投影上的闪(闪烁)点。一旦结果被验证，它可以通过双击按钮28.2保存在数据库上。在某些情况下，通过在点击按钮28.2之前通过将装置10对准在特征600上的变化位置处进行的多个读数来获得更准确的结果。

○使用对准方法记录未暴露的平面结构的过程可概括如下：

●首先装置10被参照，通过将装置10的点17放置在位于岩芯300上的任何位置处，其中垂直定向平面与岩芯300的表面400相交。然后按下参考按钮以初始化对准。一旦选择对准方法，激光束/二极管38、40就自动导通，然后可以将装置10从岩芯表面400上提起。

●点17然后被定位在平面结构600的轨迹在岩芯表面400上露出的任何点处。通过转动和提升装置，激光束41、43可以与岩芯表面400上的结构600的露头对准。然后按下记录按钮28.1。可以沿岩芯表面400上的结构600的露头进行大量记录。

●该程序通过计算测量的平均值和标准偏差来确定测量的准确性和可靠性。

●一旦操作者对记录的可靠性和数量感到满意，则按下“检查”按钮并确定结构的方位并将其显示为在球面投影上的闪点。当操作者对结构的投影感到满意时按下设置在用户界面屏幕上的“保存”按钮，将数据存储到数据文件。

○线理(线性惯性)：基部16的侧面的边缘19.1、19.2可用于将装置10与微结构特征600对准，否则该过程与用于平面结构的相同。应该注意的是，只有暴露的线理可以使用这种方法来测量。

○在使用对准方法记录线性结构的过程中，装置的基部或侧面可用于记录暴露在岩芯内的断裂表面上的平面或线性部分的方位。

○通过组合上述步骤可以记录平面和线性结构的组合。

尺寸方法

该装置首先/最初沿着垂直定向线106在特定深度被参照(参见图23中的附图标记10c，以及图25(具体参见附图标记501表示的位置))。然后，装置10沿着表面400紧密地移动，以记录暴露在表面400上的特征600上的各种位置(参见图23中的附图标记10d-f，其指的是装置10可以进行记录的各种位置(另外，也可以参见图25中的附图标记502-504所示的位置))。单个结构记录需要多个记录。可以记录平面结构、线性结构或其组合。对于线理，仅需要两个记录来确定结构的方位。在这方面，请参见图24和图27，其中附图标记601和602表示两个位置，其中例如可以进行记录以便确定线理的方位。

vii.定义独特的识别结构特征标识，如层理、叶理、劈理或F1。

viii.通过将装置10放置在岩芯上并将点17定位于BOC线106上来参照装置10。对于快速对准方法：如果结构特征在岩芯盒中记录，则装置10仅需要参照一次。对于尺寸方法，装置10应在BOC线106上被参照，点17定位于特定深度。

ix.结构标识：选择结构的唯一名称，如劈理1、层理、F1褶皱等。

x.测量：每次选择记录按钮28.3时，软件计算x、y和z向量值，并确定平均值和标准偏差。这些值决定了数据的准确性和可靠性。

操作程序

系统100使用各种技术来记录岩芯300中的结构特征400的方位。为了进行岩芯300的结构分析并且在深度不是问题的情况下，结构特征600可以与岩芯300一起在岩芯盒中记录。激光束41、43可以简单地与表面400上的平面特征的露出轨迹对准。为了更详细的分析，岩芯300可以被放置在小的V型台中，并且然后装置10可以沿着表面400移动并且定位在结构特征600暴露在表面400上的位置。

立体分析

在保存之前，球面投影可以用来验证和检查数据的完整性。

在针对特定结构记录了装置10的所有相关方位数据之后，数据由计算机200处理并以立体图形绘制。处理的数据也可以作为文本或电子表格格式导出到其他结构数据处理程序中。

正交分析

一旦钻孔测量的详细信息连同岩芯尺寸/直径已经输入或导入，钻孔在正交部分三维显示。然后可以在界面屏幕上选择适当的选项卡，以便进入数据捕获模式，其中装置10可用于捕获存在于岩芯300中的结构特征600上的数据。岩芯300通常位于岩芯盒内(应仔细拼接在一起以确保准确的结果)。记录程序通常首先需要参照装置10(在特定参考点处)并且相对于BOC定向线106被定向。这之后是用于记录结构特征600的各种技术，无论是平面还是线性的，然后通过将装置10返回到原始参考点来最终确认。通过这种方式，该装置本身能够重新校准，并且反过来又通过返回到已知点来证明并确认在重新校准之前进行的测量。与使用光学传感器29相比，不使用光学传感器29以及仅依赖于陀螺仪30.1和加速度计30.2来测量结构特征400的方位(或方向)的方法不太精确。结构特征的角度误差可达5度。更精确的方法需要装置10始终与表面400保持接触。在这种情况下，优选的是将岩芯样本放置在小型V型台上，以获得更接近岩芯300。

参照

将装置10放置在岩芯300上，其中垂直定向平面与岩芯300的上表面或下表面相交，通常称为芯顶线(TOC)或芯底(BOC)线106，并按下参考按钮28.1，首先使装置10相对于岩芯300对准/参照。该位置可以被称为参考点/位置。定向线的精确几何布置可以通过使用市售的井下陀螺测量装置来确定。

垂直定向平面的布置可以使用市售的井下定向仪来确定。

通过在岩芯300的表面400上记录特征600的若干测量来获得结构特征600的精确测量。软件统计地分析数据并产生结构特征600的方位的最佳拟合估计。该软件的特点还可用于分析相同的重复结构特征600例如层理或前积层(其沿着岩芯的长度间隔开)的方位。该程序将计算测量的结构特征600的最佳拟合或平均方位。连续定向的岩芯的每个部分应由装置10参照和协调。

记录平面结构特征的程序

i.通过将装置10放置在与BOC定向线106平行的岩芯300上参照装置10，使点17定位于通常由图16和图17中的附图标记104表示的特定深度标记上。按下参考按钮28.1并将深度输入到计算机200(或平板202)。

ii.将装置10与结构特征600的平面102对准(参见图16和图17)。这可以通过两种方式完成：

a.对于打开/暴露的平面特征，放置装置10，导向结构22.1、22.2搁置在平面102上，按下按钮28.3以记录读数。为了更精确的记录，可以在平面102上的不同位置处输入多个记录。

b.对于未暴露的平面特征，将点17放置在结构特征的轨迹在岩芯300的表面400上暴露/露出的任何位置，一旦选择对准方法，激光束/二极管38、40自动导通，并且旋转装置10直到激光束41、43沿着结构的轨迹投射。然后按下记录按钮28.3。

为了更精确的平面记录，参照之后，装置10可以沿着表面400移动，使得点17被放置在特征600与表面400相交的位置。然后按下按钮28.3。(应该注意的是，这不是内核角度方法中定义的所谓的“椭圆顶”)。在沿着特征轨迹的至少四个不同点上重复此操作。光学传感器29必须正常工作，并且装置10始终保持在岩芯表面400上。装置10应返回到原始参考点以完成记录。

线性结构

如上所述，装置10利用光学传感器29精确地记录岩芯中的线性结构特征600(例如，擦痕面条痕、褶皱轴、小褶皱、栅状构造和变形卵石)的实际空间方位。使用装置10甚至可以确定两个平面结构之间的所谓的交叉线(LOI)。为了能够读取读数，优选地将岩芯样本从岩芯盒移除并放置在小的V型台架上。测量直接从表面400进行，并且即使对于高岩芯角度(即从平面到岩芯轴线大于60°的角度)处的结构特征也是精确的。还可以对各个岩芯样本进行详细和全面的微结构分析。

记录线性结构特征的程序

现在具体参考图18。

i.通过将装置10放置在平行于BOC定向线106的岩芯300的表面400上，将点17定位于特定深度标记上方。按下按钮28.1，将深度输入到计算机200。

ii.随着装置10始终与表面400保持接触，沿着表面400移动装置并将点17放置在特征600与表面400相交的位置处(参见S1)。然后按下按钮28.3。

iii.在表面400上方将装置移动到线性特征与表面400相交的另一位置(参见S2)。再次按下按钮28.3。(应当注意，线性特征S1或S2的任一端可以用作初始参考点(在步骤ii中))。

iv.可以以这种方式记录多个结构。一旦装置10返回到在步骤i中捕获的原始参考点，该过程结束。

如果存在位移的迹象(即，擦痕面)，装置10的一侧也可以用作定向工具的参照。

在剪切感(SOS)可由结构例如在断层表面上的擦痕面确定的情况下，可以将位移方向记录并输入到程序中，从而可以进行岩芯的详细运动学分析。程序将定向的线性特征绘制为表示平面结构的板上的箭头。

磁化率记录

i.通过将装置10放置在平行于BOC定向线106的岩芯300的表面400上参照装置10，点17定位于特定的深度标记上。按下参考按钮28.1并将深度输入到计算机200中。

ii.随着装置10始终与表面400接触，沿着表面400移动装置10，并将点17放置在需要进行磁性记录的位置处并按下按钮28.3。

iii.在表面400上方移动装置10，并且在岩芯300的任一侧上与步骤ii中提到的位置处相同的深度上进行两次额外的读数。

iv.捕获的数据被直接发送到软件(其安装在计算机200上)，然后确定剩余磁性的方向。

装置10是一种岩土手持取样工具，其能够测量和计算在定向钻孔岩芯样本中显示的平面和线性结构特征的几何布置。发明人认为，系统100和装置10简化和增强了钻孔岩心中结构的岩土测绘。

系统100和装置10还提供用于记录结构的交互式和定量技术，并且通常不需要专门的训练或对立体分析的深入理解。可以导入、处理井下测量及地质和结构记录，然后以电子表格或文本格式输出到地质处理或矿山规划软件程序中。如此获取的数据可以选择地或另外地转移到基于云的存储。

装置10具有直接从岩芯300记录岩芯样本中的结构特征600的方位的能力。通过沿着定向线106的深度，并且然后在结构平面(用于平面特征)上的三个位置或仅在两个位置(对于线性特征)点击一次，系统10可以立即(实时地)计算并在计算机200或平板电脑202上显示特征600的方位。结构特征600的实际空间方位在记录岩芯300时立即以三维正投影或球面投影向地质学家呈现。

上述发明与现有系统相比具有许多优点。主要优点之一是岩芯样本中的结构部分的“实际空间”方位被自动计算，并在记录(即没有转置或重新计算)时以3D正投影方式呈现给地质学家。在输入之前，也可以检查和验证各个数据点。本发明也相对简单，因为测量直接在岩芯300的表面400上记录，并且不需要使用测量模板。估计的测量值通常也没有四舍五入。钻孔测量数据以及岩土/地质钻孔记录也可以以电子表格或文本格式导入和/或导出，并可选择地转移到基于云的存储。结构的精确记录和测量不依赖于如在内角度(Internal Angles)方法中的椭圆的确定。甚至可以准确地确定高α角的结构。

发明人还认为本发明提供了一种相对简单的测量技术。本发明简单地利用井下深度和沿着岩芯300的左侧和右侧的偏移来确定平面结构的方位。线性结构需要偏移量与使用简单模板记录的旋转角度相结合。

本发明也相对便宜，因为不使用昂贵的测角器。本发明也节省了时间因为数据捕获速度更快。

在第一实施例中，波束形成布置35包括两个线激光二极管38、40，其安装在基部16的前部的相应侧上。当然可能的是，其它波束形成布置为特征在于装置10的第二实施例的一个实例。

现在参考图28至图30，示出(示意性)装置10的第二实施例。装置10的第二实施例在许多方面与先前描述和示出的第一实施例相似，因此对应的附图标记是用于表示相似的部分。

在该第二实施例中，波束形成布置35包括位于中心的激光模块82和相关联的分散透镜84，其可操作地发射光束以投影到岩芯300的表面400上，以在表面上提供用于校准目的的可视指示。在所示的布置中，分散透镜84包括鲍威尔(Powell)透镜或其它类似的透镜，能够提供更均匀的亮度的指示线和大体上更宽的波束的投影角。在该实施例中，波束宽度为大约120度。与第一实施例相比，该第二实施例的布置的优点在于存在发射的单个波束，从而避免了将装置10的相对侧上的两个分离的波束与指针17对准的需要。

应当理解，本发明的范围不限于所描述的两个实施例的范围。对本领域技术人员显而易见的修改和变化被认为在本发明的范围内。

提供本公开以便以可实现的方式说明进行和使用根据本发明的各种实施例的最佳模式。进一步提供本公开以增强对本发明原理及其优点的理解和领会，而不是以任何方式限制本发明。虽然已经描述和示出了本发明的优选实施例，但是显然本发明不限于此。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将想到许多有益于本公开的修改、改变、变化，替换和等同物。

关于位置描述，例如“内部”、“外部”、“上部”、“下部”、“顶部”、“底部”，将在如附图所示的实施方式的上下文中采用，不是用来将本发明限于该术语的字面解释，而是如本领域技术人员将理解的。

此外，在本发明的上下文中使用术语“系统(system)”，“设备(device)”和“装置(apparatus)”，将被理解为包括任何可以位于彼此附近、分离、集成或离散的功能相关或相互作用的、相互关联的、相互依赖的或相关联的组件或元件的组。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”或变形诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”将被理解为暗示包含所述整体或整体组，但不排除任何其他整体或整体组。

Claims

1.一种确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的方法，其中所述方法包括：

当其相对于结构特征和岩芯移动/定向时，通过使用装置的移动/定向布置，捕获关于装置或其一部分的移动/定向数据；和

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在显示器上可视地显示结构特征相对于岩芯的方位/布置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括将关于结构特征相对于岩心的方位/布置的数据传送到远程服务器。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，确定结构特征的方位/布置的步骤包括确定相对于岩芯的实际空间方位/布置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中移动/定向装置的步骤包括将装置或其一部分与结构特征或其特定部件/部分对准。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定结构特征相对于岩芯的方位的步骤包括确定装置相对于参考点/方位的移动/方位。

7.根据权利要求6所述的方法，其中确定装置相对于参考点/方位的移动/方位的步骤包括确定与所述岩芯相关的参考点/方位。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，移动/定向装置的步骤还包括如果特征是平面特征，则将装置或其一部分与结构特征的表面对准。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述步骤还包括通过将对准指示器与特征的表面对准使装置或其一部分与表面对准。

10.根据权利要求9所述的方法，其中使对准指示器与特征对准指示器的表面对准的步骤包括在岩芯的表面上提供可视指示并将可视指示与特征的表面对准。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在岩芯的表面上提供可视指示的步骤包括从装置投射光束。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中通过将从装置投射的光束与表面对准来将装置或其一部分与表面对准。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中移动/定向装置的步骤包括在岩芯的外表面上移动装置，以将装置或其一部分与暴露在外表面上的结构的至少一部分对准，并且一旦对准则捕获装置的方位数据。

14.根据权利要求13所述的方法，其中捕获数据的步骤包括将装置或其一部分与暴露在外表面上的结构的两个或多个部分对准，并且每次一旦对准则捕获方位数据。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过使用处理器来确定装置或其一部分在参考方位和其与结构或其一部分对准的方位之间的方位变化。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用装置捕获/测量结构特征是直接从岩芯的表面进行的。

17.根据权利要求2至16中任一项所述的方法，其中可视地显示结构特征的方位/布置的步骤包括一旦捕获数据并且已经确定结构特征相对于岩芯样本的的方位/布置就实时显示所述结构特征的方位/布置。

18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将数据从采集点传送到基于云的存储。

19.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置。

20.用于捕获钻孔岩芯中存在的结构特征的数据的装置，其中所述装置包括：

数据捕获布置，其被配置为捕获由方位布置生成的方位数据。

21.根据权利要求20所述的装置，还包括对准布置，其可操作以使所述装置与结构特征对准。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述对准布置包括对准指示器。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述对准指示器包括用于在岩芯样本的表面上提供可视指示的装置。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述对准指示器包括波束形成布置，所述波束形成布置被配置为在使用中发射至少一个波束，所述波束可用于将装置与结构特征对准。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的装置，其中所述数据捕获布置包括至少一个数据捕获按钮，所述至少一个数据捕获按钮可操作以捕获装置的当前方位的特定方位数据。

26.根据权利要求20至25中任一项所述的装置，其中所述方位布置包括陀螺仪、加速度计、光学传感器和磁力计中的至少一个。

27.根据权利要求20至26中任一项所述的装置，还包括通信布置，所述通信布置被配置为将方位数据发送到处理布置。

28.根据权利要求20至27中任一项所述的装置，还包括至少一个导向结构，所述至少一个导向结构构造为引导装置在岩芯的外表面上位移。

29.根据权利要求28所述的装置，其中存在一对导向结构。

30.一种确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的方法，所述方法包括使用根据权利要求20至29中任一项所述的装置。

31.一种用于确定钻孔岩芯中存在的结构特征的布置/方位的系统，其中所述系统包括：

被配置为从岩芯导出钻孔岩芯中存在的结构特征的数据的装置；

处理布置，其连接到装置或者构成装置的一部分，并且被配置为至少利用导出的数据来至少确定结构特征相对于钻孔岩芯的方位。

32.根据权利要求31所述的系统，还包括通过利用显示布置来提供结构特征相对于钻孔岩芯的方位的可视模拟。

33.根据权利要求31或32所述的系统，还包括提供用于将数据传送到基于云的存储。

34.根据权利要求31、32或33所述的系统，其中所述装置被配置为从岩芯样本导出钻孔岩芯中存在的结构特征的数据。

35.根据权利要求31至34中任一项所述的系统，其中所述装置包括根据权利要求20至29中任一项所述的装置。

36.一种提供钻孔岩芯的可视模拟/图示的方法，其中所述方法包括：

通过使用处理器，通过利用接收到的数据来至少确定结构特征相对于钻孔岩芯的方位；和

通过利用确定的方位在显示器上显示结构特征相对于钻孔岩芯的可视模拟/图示。

37.根据权利要求36所述的方法，其中方位数据是从所述装置无线地接收。

38.根据权利要求36或37所述的方法，其中所述装置包括根据权利要求20至29中任一项所述的装置。

39. 根据权利要求36、37或38所述的方法，其中接收方位数据的步骤包括：

接收关于参考方位的方位数据；和

与岩芯中存在的至少一个结构特征相关的方位数据。

40.根据权利要求36至39中任一项所述的方法，其中确定结构特征的方位的步骤包括利用关于参考方位的方位数据和与至少一个结构特征相关的方位数据。

41.根据权利要求36至40中任一项所述的方法，其中确定结构特征的方位和显示可视模拟的步骤实时地进行。

42.用于收集与岩芯样本中存在的结构特征相关的数据的装置具有限定外表面的圆形外周边和限定岩芯轴线的中心纵向轴线，所述装置包括被配置为与岩芯样本的外表面接合的主体，所述主体包括适于在外表面上移动的基部部分，以确定外表面上的两个测量点之间的距离，所述主体还包括对准指示器，其呈现用于使所述主体与横向于中心纵向轴线的平面对准的参照，从而可以通过确定装置相对于中心纵向轴线的状态来获得平面的角度布置的指示。

43.根据权利要求42所述的装置，还包括用于接触岩芯样本的外表面的接触部分，同时相对于岩芯样本的中心纵向轴线成角度地移动主体，以使主体与横向于中心纵向轴线的平面对准。

44.根据权利要求42或43所述的装置，其中所述对准指示器包括用于在岩芯样本的表面上提供可视指示的装置。

45.根据权利要求44所述的装置，其中所述对准指示器包括用于将光投射到岩芯样本的外表面上以在岩芯样本的表面上提供可视指示的一个或多个发光设备。

46.根据权利要求42至45中任一项所述的装置，其中所述基部部分构造为用于定位于岩芯样本的外表面上的鞍座，并且在外表面上滑动移动。

47.根据权利要求42至46中任一项所述的装置，还包括定位器，用于相对于所述岩芯样本的外表面的标记或特征定位所述基部部分。

48.根据权利要求47所述的装置，其中所述定位器包括点。

49.根据权利要求47或48所述的装置，当从属于权利要求43时，其中定位器包括接触部分。

50.根据权利要求20至29和权利要求42至46中任一项所述的装置，其中所述装置被配置为手持工具。

51.一种捕获钻孔岩芯中存在的结构特征的数据的方法，所述方法包括使用根据权利要求42至49中任一项所述的装置。