地质勘查基础知识

1、.二十多年的地质矿产勘查工作 ，干得有点累了 ，也积累了一些经验，现突然想总结发布 ，希望对大家有所帮助 ，因为是给单位年轻学员上课用的 ，故暂定名为 “地质勘查工作作业指导讲义 ”，侧重地质勘查工作实际操作 ，以满足勘查工作生产需要为目的 ，不当之处请广大同仁批评指正 。§ 1 地质工作中常用的坐标系坐标是表达地面位置的重要参数 ，从事地质勘查工作的人时时刻刻都在与坐标打交道 ，一切地质工作都建立在坐标定位之上 ，是地质工作的基础 。地球是一个球体 ，球面上的位置 ，是以经纬度来表示 ，我们把它称为 “球面坐标系统 ”或“地理坐标系统 ”。在球面上计算角度距离十分麻烦 ，而且地图是

2、印刷在平面纸张上 ，要将球面上的物体画到纸上，就必须展平 ，这种将球面转化为平面的过程 ，称为“投影 ”。经由投影的过程 ，把球面坐标换算为平面直角坐标 。§1.1 地理坐标系统地质工作常用的地理坐标系统有北京54 坐标系、西安 80坐标系、美国 WGS84 坐标，目前在全国第二次土地调查中使用的2000 国家大地坐标系 ，在地勘行业中不常用 。一个完整的坐标系统是由坐标系和基准2 个方面要素所构成的。下面主要介绍WGS-84 大地坐标系 、 1954 年北京坐标系和1980 年国家大地坐标系 、 2000 国家大地坐标系4 种坐标系统及.专业 .专注.其参考椭球的基本常数( 基准

3、) 及手持GPS 接收机 WGS-84 、1954 年北京坐标系和1980 年国家大地坐标系转换参数计算。一、 WGS-84大地坐标系WGS 84 （ World Geodetic System， 1984 年）是美国国防部研制确定的大地坐标系 ，其坐标系的几何定义是 ：原点在地球质心 ， z 轴指向 BIHl984.0 定义的协议地球极 (CTP) 方向， x 轴指向 BIHl984.0 的零子午面和 CTP 赤道的交点 ， Y 轴与 x 轴和 z 轴构成右手坐标系 。该椭球的参数为 ：长半轴： a=6378137m；第一偏心率 ： e2=0.00669437999013；第二偏心率 ： e

4、 ”=0.006739496742227；扁率： F=1/298.25223563。二、 1954年北京坐标系(BJ 一 54)建国前，我国没有统一的大地坐标系统 ，建国初期 ，在苏联专家的建议下 ，我国根据当时的具体情况 ，建立起了全国统一的1954 年北京坐标系 。该坐标系以格拉索夫斯基椭球为基础 ，经局部平差后产生的坐标系 ，与苏联 1942 年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系 ，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球 ，该椭球的参数为 ：长半轴： a=6378245 m；第一偏心率 ： e2=0.00669342162297：第二偏心率 ： e ”=0.0067385254146

5、8：.专业 .专注.扁率： F=1/298.2。高程采用 1956 黄海高程 ，系以青岛验潮站 1950 1956 年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统 。原点设在青岛市观象山。该原点以 “1956 年黄海高程系 ”计算的高程为 72 289 米。该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的 ，因此存在着一定的缺陷 。三、 1980年国家大地坐标系(C 一 80)1978 年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差 ，并且建立新的国家大地坐标系统 ，其大地原点在我国中部 ，具体地点是陕西省径阳县永乐镇 。该坐标系是参心坐标系 ，椭球的短轴 z 轴平行于地球的自转轴 ( 由地球质心指向 1

6、968.0JYD 地极原点方向 ) ，起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面 ， x 轴在大地起始子午面内与 z 轴垂直指向经度零方向 ； Y 轴与 z 、 x 轴成右手坐标系 。该坐标系统所采用的地球椭球参数的4 个几何和物理参数采用了IAGl975 年的推荐值 ，其椭球的参数为 ：长半轴： a=6378140 m；第一偏心率 ： e2=0.006694384999588：第二偏心率 ： e ”=0.006739501819473：扁率： F=1 298.257223563。高程采用1985 国家高程基准 。.专业 .专注.由于 1956 黄海高程系计算基面所依据的青岛验潮站的资料系列观测时

7、间较短等原因（ 1950 年 1956 年），中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952 年 1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出 1985 年国家高程基准高程和1956 年黄海高程的关系为 ：1985 年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。1985 年国家高程基准已于1987 年 5 月开始启用 ， 1956年黄海高程系同时废止。四、 2000国家大地坐标系国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点 、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的 4 个基本参数的定义 。 2000 国家大地坐标系的原点为包括海洋

8、和大气的整个地球的质量中心 ； 2000 国家大地坐标系的 Z 轴由原点指向历元 2000.0 的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为 1984.0 的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转 ， X 轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面 （历元 2000.0 ）的交点， Y 轴与 Z 轴、 X 轴构成右手正交坐标系 。采用广义相对论意义下的尺度 。 2000 国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴： a 6378137m第一偏心率 ： e2=0.00669438002290.专业 .专注.第二偏心率 ： e ”=0.0067394967

9、7548扁率： f=1/298.257222101高程仍采用无潮汐系统。该坐标系目前尚未在地质勘查工作中使用。§1.2 平面直角坐标系统平面直角坐标系是由地理坐标系统投影而得的 ，目前国际间普遍采用的一种投影 ，是横轴墨卡托投影 （ Transverse Mecator Projection ），又称为高斯 - 克吕格投影 （ Gauss-Kruger Projection ），是地球通过外切 “中央经线 ”橫躺的圆柱体进行投影，在中央经线上 ，投影面与地球完全密合 ，因此图形没有变形；由中央经线往東西两侧延伸 ，地表图形会被逐渐放大 ，变形也会越来越严重 ( 图 1-1) 。为了保

10、持投影精度在可接受范围内 ，每次只能取中央经线两侧附近地区来投影 ，因此必须切割为许多投影带 ，将地球沿南北子午线方向，如切西瓜一般 ，以 6 度或 3 度分带切割为若干带状 ，再展成平面 ，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网 ，投影带中央经线投影后的直线为 X 轴（纵轴，纬度方向 ），赤道投影后为Y 轴（横轴，经度方向 ），为了防止经度方向的坐标出现负值 ，规定每带的中央经线西移 500 公里，即东伪偏移值为 500 公里，由于高斯 - 克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同 ，因此规定在横轴坐标前加上带号，如 (5003560,14519660)

11、 其中 14 即为带号 ，同样所定义的东.专业 .专注.伪偏移值也需要加上带号，如 14 带的东伪偏移值为14500000米。图 1-1坐标系统横轴投影示意图在地质勘查工作中 ，六度带多用于中小比例尺（ 1:25000 1:10000 ）测图，带号计算公式为 n=L/6( 取整 )+1 （ n- 带号， L- 经度坐标 ），中央子午线为 6n-3 ；三度带多用于大比例尺（ 1:10000 以下）测图，带号计算公式为n=L/3(取整 )+1 ，中央子午线为3n 。目前世界各国军用地图所采用的UTM坐标系统(Universal Transverse Mecator Projection Syste

12、m)，也是横轴投影6度带的一种 ，将全球共分为60个投影带 。§ 1.3 手持 GPS 接收机、罗盘的调校在地质勘查工作中通常用到手持 GPS 接收机及罗盘等定位工具，工作区域不同 ，其参数也不同 ，使用之前是要进行调校的。.专业 .专注.一、手持 GPS 接收机坐标系统校正由于现在我国民用卫星定位系统尚未健全，地勘工作中使用的手持 GPS 接收机均使用的是美国卫星信号，用的美国WS-84 坐标系，其与我国应用的坐标系统之间存在着约80 100 米的误差，因而使用前必须用参数将坐标转换为BJ-54 或 C-80 坐标系，转换后的绝对定位精度可提高到5 10 米，可以满足中小比例尺（小

13、于 1:10000 ）地质测图用 。1 、位置格式设定选择 “User UTM Grid ”格式 ，调整六度带中央子午线 ，投影比例选 1 ，东西偏差为 500000 ，南北偏差为 0 。2 、地图基准设定选择 “User ”模式输入 DX 、 DY 、 DZ 、 DA 、 DF 参数。其中 DA=-108 ， DF=0.0000005 ， DX 、 DY 、 DZ 的确定：1 ）在手持式 GPS 接收机应用的区域内 ( 该区域不宜过大，一般应小于 50 平方千米 ) ，从当地测绘部门收集该区较均匀分布 3 5 个 GPS “B ”级网以上已知点的北京 BJ-54 或西安c-80 坐标系统的坐

14、标值 （ B 北纬、 L 东经、 h 高程、 x 高程异常），然后在对应的点位上读取 WGS 一 84 坐标系的坐标值 （ B 北纬、 L 东经、 H 高程）。2 ）将收集到的坐标值根据不同的坐标系转换为空间坐标系的坐标值，计算公式如下 ：.专业 .专注.X (N+H)cosBcosLY=(N+H)cosBsinLZ=N(1-e 2) +H sinB* 注： X 、 Y 、 Z 为大地坐标系中的三维直角坐标 ； N为该点的卯酉圈曲率半径， N a/(1-e 2 sin 2B)1/2 ， H=h+x。3 ）利用 WGS84 坐标系的 X 、 Y 、 Z 值及 a 、 F 值减去我国坐标系对应值

15、，得出 DX 、 DY 、 DZ 、 da 、 DF 五个参数，平均后做 GPS 调整参数 。4 ）参数计算之后必须对其进行验证 。验证的方法是 ：将计算出的 dX 、 dY 、 dZ 、 da 、 DF 值输入GPS 接收机 。首先在应用区域内设定3 5 个点的大地坐标值( 即经、纬度 ) ，将其以 “ddd ddddd ”的格式分别标记在 GPS 手持机中 ，再将 GPS 接收机的网格转换为 “UserGrid ”格式 ，分别读取已标记点的公里网纵 、横坐标值 ，并与相对应的公里网纵 、横坐标理论值 ( 该理论值可以通过高斯投影转换将大地坐标值转换为公里网纵 、横坐标值 ) 进行比较 ，二

16、者相差超过5 m 时要重新计算或查找出现问题的原因 。内业验证符合要求后在应用区域内选择3 5 个已知点进行实测 ，实测值与已知值相差大于10 m时，要重新计算或查找出现问题的原因 。在精度要求不高的异常查证或预 普查阶段 ，可以采用从工区 1:5 万或 1:10 万地形图上寻找 3 5 个三角点量取 BJ-54 或 C-80 坐标（根据地形图上标注 ），再用手持 GPS 接收机到实地测.专业 .专注.量三角点的WGS-84 坐标，运用上述方法进行校正 ，以应急操作。二、罗盘的校正罗盘是地质工作中使用最广泛的定位工具 ，其在未调校前读数是以磁子午线为参照的 ，要通过地图定位 ，则必须调校成以真

17、子午线为参照定位 。具体方法是 ：1 、收集工作区 1:5 万或 1:10 万地形图 ，其下方有真子午线、座标纵线及磁子午线示意图 （图 1-2 ），查找其真子午线与磁子午线夹角 。图 1-2 磁偏角示意图图 1-3 罗盘调校示意图2 、根据真子午线与磁子午线夹角对罗盘进行调校 。地质队员常说是 “东偏顺拨 ，西偏逆拨 ”，如图 1-2 是东偏 4 °04 ，用罗盘钥匙从其后调整旋纽将罗盘 0 刻度线向顺时针方向拨 4 °04 （图 1-3 ）。.专业 .专注.3 、调校后应对其进行验证 。方法是在工作区内用手持 GPS 接收机定位并存两点 （应尽量选择卫星接收信号较好的点

18、 ）坐标查看其方位 ，再以罗盘实测这两点方位进行比较 ，二者应相符 。在精度要求不高的异常查证或预 普查阶段 ，可以采用从工区 1:5 万或 1:10 万地形图上寻找 3 5 个三角点量取 BJ-54 或 C-80 坐标（根据地形图上标注 ），再用手持 GPS 接收机到实地测量三角点的 WGS-84 坐标，运用上述方法进行校正 ，以应急操作。§2 地质矿产勘查野外作业地质矿产勘查野外作业主要包括踏勘 、地质剖面测量 、地质填图、工程编录 、样品采集等项工作 。§ 2.1 踏勘一、地质踏勘原则上开展地质矿产勘查野外工作之前必须进行踏勘 ，其主要目的和任务是 ：1 、大致了解工

19、区范围 ，查看工区交通 、吃住及物资供给条件，选择项目组大营区及小搬家住地 ；2 、通过踏勘路线大致了解工区地质条件 ，选择工区主干地质剖面位置等 ；3 、采集必要的分析样品 ，为勘查工作提供必要依据。二、矿点踏勘性检查.专业 .专注.由于目前地质勘查市场的火爆 ，对有经验有地质工作者还有一种踏勘性检查工作 ，也就是俗称的 “看矿 ”，是指在充分研究已有矿业权地质资料的基础上 ，通过现场踏勘 ，作出初步判断 ，为业主处置矿业权提供参考 、建议及依据 ，主要的工作内容应包括 ：1 、查明权证所有权归属 ，价款处置情况及勘查出资方 ；了解矿权人转让的主要原因 ；2 、了解矿点位置 、交通、物资供给

20、条件 ；3 、根据实地测量 （多为 GPS 定位），核对矿（化）体的具体位置，是否在权证范围内 ；4 、了解区域成矿条件 、开发现状及老窿分布 ，周边邻区矿山开发情况 ；5 、了解物化探异常 、规模、强度及与矿化体套合情况 ；6 、成矿较好的地段 ，应初步了解矿种 、矿体大致分布范围 、形状、产状、规模、埋深、产出部位、含矿性，目测勾绘简单的地质矿产草图 ；7 、了解矿石品位 、质量、主要组份及有益有害组份含量 ；有用矿物含量及粒级 ；8 、掌握已有资料提供的资源量情况 ，控制网度 、 332 类以上资源量的比例 ；9 、了解水文 、工程条件 、选冶性能及开发环境等主要的开发条件；10 、目前

21、矿产品价格因素 。.专业 .专注.综合以上因素 ，根据经验作出结论 ，编写矿点踏勘简报 ，提出矿业权的处置意见及下步工作建议 。§ 2.2 地质剖面测量一、地质剖面测制地质剖面测量是地质填图工作的基础 ，在填图工作之前 ，必须要测制 1 2 条完整的地质剖面 ，用以划分填图单元 ，研究地层及构造，统一技术人员认识 ，为地质填图服务 。剖面比例尺的选择主要依据填图比例尺或根据任务书要求确定 ，一般 1:5 万填图要求测 1:5000 地质剖面 ， 1:1 万测 1:1000 地质剖面 ，以此类推 。1 、在充分收集 、认真研究以往的地质资料的基础上 ，对工区进行了踏勘 ，了解工区地层分

22、布 、层序、矿体分布及矿化范围 、主要岩石类型 、地质构造等特征 ，优选基岩出露较好 、地层层序较齐全、相带明显 、矿化特征清晰 、构造简单 、接触关系和标志层清楚、具有代表性的地段进行剖面测制 。为确保剖面的实测精度 ，对剖面上重要的地层 、矿层界线 、构造线被覆盖部位应予揭露 。2 、剖面总方向与地层主要走向应大致垂直 ，其间夹角应大于60 °，可采用不定向剖面 ，允许平移或多条剖面拼接 ， 长度 视工作范围而定 ，应以全面控制工区内所出露地层 、矿化体为原则 。3 、剖面以罗盘定位 、测定地形坡度 、皮尺或测绳测距的半仪器法测制 ，绘制出地形线 ，以岩性分层划分界线 。.专业

23、.专注.4 、剖面端点用木桩留作标记 ，应标注剖面起点号及导线号 。实地分层界线用小红旗 、红布条作标记 。分层位置从皮尺上直接读取并标于手图和剖面上 ，并记录于记录表中 。5 、在测制剖面过程中 ，必须按比例尺要求详细分层 ，分层距离用皮尺丈量 ，地质体出露宽度在 0.5 米以上者在图上应有表示 ，小于 0.5 米，具有特殊地质意义的地质体 （如矿化层 、标志层）应放大表示 。6 、实测剖面应逐层对岩石和地质矿产特征进行细致的观察描述，系统地采集标本 ，按不同岩石类型分层采集一定数量的样品 。7 、地质记录内容应全面 、准确，地质体产状及所采各种样品及照片、素描等应按有关规范的统一格式标绘于

24、剖面图相应位置上，并予以详细访谈录 。在作文字记录时 ，首先注明时间 、地点、剖面编号 、剖面测制目的任务 、参加人员及分工 ，然后逐项填写表格内容：导线号、方位、导线长、坡角、产状等，逐层对岩石或地质体特征进行观察描述 。格式如下 ：导线号：× - ×导方位：××°导线长：××米坡角：±××°分层位置 ：××米层号：×岩性名称 ：×色（新鲜色）×状（构造）×化（蚀变）×粒（粒度）×（矿物）×岩如

25、：灰绿色厚层状硅化中细粒长石岩屑砂岩 、浅肉红色块状弱褐铁矿化中粗粒二长花岗岩 。.专业 .专注.岩性描述 ：风化面颜色 、新鲜面颜色 、结构、构造、矿物含量、粒度、成份、沉积岩碎屑磨园分选情况 、蚀变、矿化特征 ，岩层宏观特征 ：产状、接触界线特征 ，岩性、产状或蚀变等在走向倾向变化特征 。各类样品采集情况 ，素描、照片内容 、位置等要素进行记录（剖面记录表格式见表 2-1 ）。表2-1剖面记录表格式。8 、地质剖面图多采用展开法绘制，剖面样式见图2-1 。.专业 .专注.图 2-1 地质剖面图9 、根据实测地质剖面和其它地质工作所取得的各项地质资料建立较合理的地层层序 ，查明岩层厚度 、岩

26、性、岩石组合特征及物质成份、岩相组合等 。研究地层 、岩石的含矿性 ，尽可能确定其时代，选定标志层 ，划分填图单元 。10 随着剖面测制工作的进展 ，应加强室内整理工作 ，特别是当日整理 、文字记录整饰 、图件绘制及着墨 。11 、及时编写剖面地质小结 。内容为：.专业 .专注.（1）前言a 剖面测制的目的 ；b 剖面线起点座标位置 、方向、长度、测制方法 ；c 工作起始 、完成日期 、工作单位及主要工作人员分工等 ；d 完成主要工作量 ：剖面长度 、标本、样品件数 。（ 2 ）地质成果a 简述剖面测制区的区域构造部位及地层、构造特征 ；b 地层描述 ；c 岩浆岩及脉岩描述 ；d 构造；e 划分填图单元 ；f 矿产（应详述）；g 新进展、新发现和新见解 。（ 3 ）存在问题 。二、勘查线剖面测量勘查工作达到普查及以上阶段 ，为了对矿 （化）体进行有效控制，针对矿（化）体必须测制勘探线剖面 ，其重点是针对矿 （化）体进行测量 ，与地质剖面的区别是有深度概念 ，深部地质内容以工程控制为依据进行绘制 。比例尺根据任务书要求或矿体大小 、延深情况确定 ，勘查线间距依据矿区勘查矿种的勘探类型对应规范要求而确定。剖面方位与矿 （化）体走向应大致垂直 ，其间夹角大于 75 °，采用