CN109991676A - 基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，包括：获取叠层矿褶皱形态的类型，类型包括尖棱状褶皱、圆弧状褶皱、箱状褶皱和正弦状褶皱；根据褶皱形态确定波长、弧长和波幅之间的关系式，以及波长和波幅关于横纵向坐标的矿层位置函数式；获取叠层矿的属性，属性包括叠层矿的矿层状态，以及上、下层介质的厚度和材料属性；根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长；根据地貌形态确定波长，并根据波长、弧长和波幅之间的关系式计算波幅，以及获得矿层位置函数式；根据矿层位置函数式、需测量点的横向坐标、以及叠层矿顶部与地表之间的距离，获得需测量点距离地表的深度。本发明可以便捷的计算出任何一点的矿层的深度。

Description

基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法

技术领域

本发明涉及矿产勘查技术领域，尤其涉及一种基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法。

背景技术

为了全面研究褶皱构造，不仅需要在野外观察和描述它的具体形态、分布规律及产生历史，更重要的是要解释它的形成机制；要反演褶皱构造的形成过程就成了模拟实验的根本任务；而且地壳底层变形及其连续性的破坏是一种物理过程，可以用数学和物理的方法进行理论研究，从中寻找出它的必然规律。基于理论研究，可以为目前得到矿产勘查提供数据支持，从而来解决矿产勘查困难这一难题。叠层矿存在等厚等强度叠层矿、不等厚不等强度叠层矿等多种情况，其中，等厚等强度叠层矿表示叠层矿中各矿层的厚度相等，弹性模量或粘度相同，且各矿层之间无摩擦。本发明仅针对等厚等强度叠层矿进行研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，旨在解决现有矿产勘查困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，包括：

获取叠层矿褶皱形态的类型，所述类型包括尖棱状褶皱、圆弧状褶皱、箱状褶皱和正弦状褶皱；

根据褶皱形态确定波长、弧长和波幅之间的关系式，以及波长和波幅关于横纵向坐标的矿层位置函数式；

获取叠层矿的属性，所述属性包括叠层矿的矿层状态，以及叠层矿所处位置的上、下层介质的厚度和材料属性，其中矿层状态包括材料属性、层数和一层矿的厚度；

根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长；

根据地貌形态确定波长，并根据波长、弧长和波幅之间的关系式计算波幅，以及获得矿层位置函数式；

根据矿层位置函数式、需测量点的横向坐标、以及叠层矿顶部与地表之间的距离，获得需测量点距离地表的深度。

优选地，所述探矿方法还包括：

获取需测试的地表范围，并根据所述地表范围计算弧长的倍数；

获取叠层矿的厚度，并计算叠层矿的储量，所述叠层矿的储量为弧长、倍数以及叠层矿的厚度三者的乘积。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第一方程计算叠层矿的弧长，其中所述第一方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第二方程计算叠层矿的弧长，其中所述第二方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第三方程计算叠层矿的弧长，其中所述第三方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第四方程计算叠层矿的弧长，其中所述第四方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第五方程计算叠层矿的弧长，其中所述第五方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第六方程计算叠层矿的弧长，其中所述第六方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第七方程计算叠层矿的弧长，其中所述第七方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

优选地，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第八方程计算叠层矿的弧长，其中所述第八方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。

本发明的原理、构思及达到的有益效果如下：

褶皱是野外广泛发育的构造现象之一，它是成层或面理化岩石由地壳运动而发生弯曲形成的，尽管它们在野外姿态百态，可以分为多种模型，但都是波状起伏的。如果我们假设岩层在受力变形褶皱到形成明显挠曲的褶皱过程中岩层本身缩短量不大，只是褶皱而已，则可以把任何时候的相当弧长近似当成初始波长，再应用初始波长公式进行计算是可以的，也就是说如果知道岩层及周围介质的弹性模量或粘度，就可以计算出最终弧长来。按褶皱的几何形态把它们分成四种类型，每种类型都有弧长-波长-波幅的关系，再结合挠度函数(也即矿层位置函数式)，就能计算出任何一点的矿层的深度。根据弧长和矿层厚度，那么在一定地表范围内就可以精确得出矿产储量。

附图说明

图1为本发明基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法一实施例的流程示意图；

图2为不位于表层的等厚等强度叠层矿埋于一个厚度为h的介质中的褶皱示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，图1为本发明一实施例提出的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法。在该实施例中，基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法包括：

步骤S100，获取叠层矿褶皱形态的类型，所述类型包括尖棱状褶皱、圆弧状褶皱、箱状褶皱和正弦状褶皱。

具体的，尖棱状褶皱在野外是经常可以见到的，特别在构造运动比较强烈的地区，紧闭型和尖棱状的褶皱更为普遍。圆弧状褶皱的波形横截面为部分圆弧，几乎没有真正曲率很大的转折端。箱状褶皱虽少但还可以见到，例如锡矿山矿区的仙人界向斜。正弦状褶皱在野外是最普遍最发育的一种，也是我们应用很广泛的一种，以上三种情况都可以近似看作它的特殊情况。

步骤S200，根据褶皱形态确定波长、弧长和波幅之间的关系式，以及波长和波幅关于横纵向坐标的矿层位置函数式。

具体的，根据褶皱的不同类型可以建立波长L、弧长S和波幅A的映射表，根据其中两个参数即可查找另一参数的数值。正弦状褶皱的矿层位置函数式为

步骤S300，获取叠层矿的属性，所述属性包括叠层矿的矿层状态，以及叠层矿所处位置的上、下层介质的厚度和材料属性，其中矿层状态包括材料属性、层数和一层矿的厚度。

具体地，可以通过矿层对比图来获知叠层矿的层数、一层矿的厚度以及上下层介质的厚度，需要说明的是，矿层对比图是根据某一方向上的探矿工程资料(一般即为钻孔柱状图)，以缩小了比例尺的柱状图形式，将其排列在同一平面上，以说明沉积矿层的层位、层数、厚度、上下岩层、接触关系及它们的变化情况等。

材料属性主要为弹性模块或粘度，该属性可以通过数字岩心分析技术来获得。该方法首先利用扫描电子显微镜对矿层进行数字岩心成像，再使用二值图像分割法将数字岩心图像转换成表征空隙空间和颗粒结构的二值图，在二值图的基础上模拟岩石力学实验，计算弹性模量。

步骤S400，根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长；

步骤S500，根据地貌形态确定波长，并根据波长、弧长和波幅之间的关系式计算波幅，以及获得矿层位置函数式；

步骤S600，根据矿层位置函数式、需测量点的横向坐标、以及叠层矿顶部与地表之间的距离，获得需测量点距离地表的深度。

具体的，根据不同的边界条件，得出不同的弧长计算公式，再根据弧长计算公式计算获得的弧长S。r然后通过S和通过地质方法获得的L查找映射表可以得到A，有了A值可以推断矿层延伸的最大深度，应是2A+矿层最高点离地表的距离，如果矿层很厚，则可以加上矿本身的厚度，如果矿层最高点就在地表则为2A。总之，不管如何建立坐标，只要有一定参照系，就可以计算出矿层延长的最深深度。将A和L代入矿层位置函数式，则矿层位置函数式完全变成一个变量和一个应变量的函数式，则可以计算出一系列对应于水平距离x的f(x)值，也即可以计算出在地表任何点地下矿层的深度。

优选地，所述探矿方法还包括：

获取需测试的地表范围，并根据所述地表范围计算弧长的倍数；

获取叠层矿的厚度，并计算叠层矿的储量，所述叠层矿的储量为弧长、倍数以及叠层矿的厚度三者的乘积。

其中，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第一方程计算叠层矿的弧长，其中所述第一方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。请参照图2。需要说明的是，本发明中同一符号表示同一含义。

具体地，第一方程的推导来源为：

总力矩∑BI＝nBI；

阻力矩

介质的弹性常数

临界载荷

令解得：

以下通过实验验证了第一方程的正确性，实验材料：主层为橡胶，介质为海绵，盖层与基底为沙粘土，实验材料已知值见表1，测量数据及计算结果见表2。

表1实验材料已知值

参数	n	t(cm)	h(cm)	B(泊)	B<sub>0</sub>(泊)
						数值	5	0.3	1	18.55×10<sup>5</sup>	6.681×10<sup>2</sup>

表2测量数据及计算结果

表2验证了第一方程的正确性和实用性。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第二方程计算叠层矿的弧长，其中所述第二方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第三方程计算叠层矿的弧长，其中所述第三方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。

具体地，第三方程的推导来源为：

介质的弹性常数

临界载荷

令解得：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第四方程计算叠层矿的弧长，其中所述第四方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第五方程计算叠层矿的弧长，其中所述第五方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第六方程计算叠层矿的弧长，其中所述第六方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第七方程计算叠层矿的弧长，其中所述第七方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

以下通过实验验证了第七方程的正确性，实验材料为石膏、砂、粘土混合材料，实验材料已知值见表3，测量数据及计算结果见表4。

表3实验材料已知值

其中，主层厚度t，由于做模型过程中的误差，在0.45-0.7cm平均为0.65cm。(普遍较0.5cm大)。

表4测量数据及计算结果

从表4可以发现第七方程基本与实验结果相符合，误差在允许的范围内。

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第八方程计算叠层矿的弧长，其中所述第八方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，包括：

获取叠层矿褶皱形态的类型，所述类型包括尖棱状褶皱、圆弧状褶皱、箱状褶皱和正弦状褶皱；

根据褶皱形态确定波长、弧长和波幅之间的关系式，以及波长和波幅关于横纵向坐标的矿层位置函数式；

获取叠层矿的属性，所述属性包括叠层矿的矿层状态，以及叠层矿所处位置的上、下层介质的厚度和材料属性，其中矿层状态包括材料属性、层数和一层矿的厚度；

根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长；

根据地貌形态确定波长，并根据波长、弧长和波幅之间的关系式计算波幅，以及获得矿层位置函数式；

根据矿层位置函数式、需测量点的横向坐标、以及叠层矿顶部与地表之间的距离，获得需测量点距离地表的深度。

2.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述探矿方法还包括：

获取需测试的地表范围，并根据所述地表范围计算弧长的倍数；

获取叠层矿的厚度，并计算叠层矿的储量，所述叠层矿的储量为弧长、倍数以及叠层矿的厚度三者的乘积。

3.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第一方程计算叠层矿的弧长，其中所述第一方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。

4.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第二方程计算叠层矿的弧长，其中所述第二方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

5.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量相等时，按照第三方程计算叠层矿的弧长，其中所述第三方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₀为上/下层介质的弹性模量。

6.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏弹性体，且弹性模量不相等时，按照第四方程计算叠层矿的弧长，其中所述第四方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，B为叠层矿的弹性模量，B₁为上层介质的弹性模量，B₂为下层介质的弹性模量。

7.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第五方程计算叠层矿的弧长，其中所述第五方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

8.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第六方程计算叠层矿的弧长，其中所述第六方程为：S为弧长，h为上/下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。

9.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度相等时，按照第七方程计算叠层矿的弧长，其中所述第七方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₀为上/下层介质的粘度。

10.如权利要求1所述的基于等厚等强度叠层矿位置测算的探矿方法，其特征在于，所述根据叠层矿的属性和对应的叠层矿弧长计算公式计算弧长的步骤包括：

当所述上层介质和所述下层介质的厚度有限不相等，且二者均为偏粘滞性体，且粘度不相等时，按照第八方程计算叠层矿的弧长，其中所述第八方程为：S为弧长，h₁为上层介质的厚度，h₂为下层介质的厚度，t为一层矿的厚度，n为叠层矿的层数，μ为叠层矿的粘度，μ₁为上层介质的粘度，μ₂为下层介质的粘度。