地质罗盘的使用

1第三章附录地质罗盘的使用地质罗盘用途广泛，借助它可以确定方位、测量地形坡度、测量各种面状要素(如岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面)和线状要素（如褶皱枢纽、线理、断层擦痕等）的产状等，以确定各种构造面和构造线的空间位置，是进行野外地质工作必备工具。因此必须学会使用地质罗盘仪。一、认识地质罗盘地质罗盘式样很多，但结构大同小异，主要功能也都相同。其结构如图1所示。磁针——由于我国位于北半球磁针两端所受磁力不等，使磁针失去平衡。为了使磁针保持平衡常在磁针南端绕上几圈铜丝，用此也便于区分磁针的南北两端。刻度环---水平刻度盘的刻度是采用这样的标示方式：从零度开始按逆时针方向每10°一记，连续刻至360°，0°和180°分别为N和S，90°和270°分别为E和W，利用它可以直接测得地面两点间直线的磁方位角。角度刻度环----专用来读倾角和坡角指数。水准器---通常有两个，分别装在圆形玻璃管中，圆形水准器固定在底盘上，长形水准器固定在测斜仪上。二、罗盘方位与校正方位是指在水平面内，一点（未知点）在另一点（已知点）的方向。方位规定正北方向为0°，正东方向为90°，正南方向为180°，正西方向为270°，在水图1罗盘结构图2平面内顺时针方向旋转一圈为360°。如方位角为60°，即为北东方向，通常可直接写为360°。若方位角为210°，即为南西方向，可直接写为210°。有时也用象限角表示，即用北、南两个基准，分为北东、北西、南东、南西四个象限。若方位角为60°，用象限角表示为N60°E；若方位角为210°，用象限角表示为S210°W。欲知此方位，必须有一个参照点或参照方向，也即基准点或基准方向。方位角是在水平面内测出由已知点向未知点的连线方向与基准方向的夹角，如图2所示。αmα-iαmαi磁北真北预测方位真北磁北预测方位i磁偏角西偏：α=αm-i东偏：+imαα=α真方位角mα磁方位角图2磁偏角及其校正示意图基准方位有两种：一种是真北方向，即地北极方向，也叫真子午线方向；另一种是磁北方向，即地球的磁北极方向，也叫磁子午线方向。地球的南北极与地球磁场的南北极并不重合。出于通常习惯和方便使用考虑，基准方位一般采用真北方向。罗盘出厂时，其0°刻度一般在长照准合页的方向。而罗盘的指针为磁针，其总是指向磁南北方向而保持不动。当将罗盘顺时针方向旋转时（与方位角的计量方向一致），磁针却相对逆时针方向旋转，因此必须将罗盘刻度环刻划数值按逆时针方向标记。一般情况下，地球上的某点的磁子午线并不与真子午线重合，磁北方向偏离真北方向的角度叫做磁偏角，一般以i表示。如果磁北方向在真北方向以东，叫做东偏，规定为正角；如果磁北方向在真北方向以西叫做西偏，规定为负角，见图2。当罗盘长照准合页指向磁北方向时，磁针指向0°，这时罗盘测量的是磁方位角。当罗盘长照准合页指向真北方向时，磁针仍指向磁南北方向并不指向0°，3罗盘测量的仍是磁方位角，必须利用关系式：α=αm±i（α为真方位角，αm为磁方位角，i为磁偏角）进行换算，才能得到真北的0°方位角。以此类推，其他方位的测量也要经过如此换算。因此若要快速获得真方位角，必须进行罗盘校正。罗盘校正的方法是东偏多少度，则将刻度环顺时针旋转多少度；西偏多少度，则将刻度环逆时针旋转多少度。若东偏5°，则将5°刻划线调至对准罗盘北端标记线即可，见图3红线所示。校正前，0°位于照准点或长照准中心合页中心线的位置；校正后，0°已调离照准点或长照准中心合页中心线的位置。如北京地区西偏5°50′，则将355°10′刻划线调至对准北端标记线即可。经校正后磁偏角的罗盘可直接用于测量方位角。图3罗盘校正后三、地质罗盘用途1．测量方位对于观测者而言，方位有两个，一是观测点（未知点）相对于某一点（已知点）的方位，另一个是某一点（未知点）相对于观测者点（已知点）的方位，二者相差180°。当被测目标高于观测者时，观测者可将长照准合页指向目标，并略向上抬起，保持罗盘底盘水平（圆水准居中），将反光镜向上抬起，使目标通过长照准合页中线投影到反光镜中线上，如图4上图所示。4图4测量方位示意图磁北针所指的刻度总是长照准合页所指的方位，这时应为目标点相对于观测者的方位；磁南针所指的刻度总是反光镜所指的方位，这时应为观测者相对于目标点的方位。当被测目标地域观测者时，观测者可将长照准合页指向自己，并略向上抬起，报纸罗盘水平，将反光镜抬起，使观察者在反光镜内亦可看到刻度环。从短照准合页的中孔，通过椭圆孔，看到远方目标的方位，如图4下图所示，这时磁北针所指的刻度即为观测者相对于目标点的方位，磁南针所指的刻度即为目标点相对于观测者的方位。2．测量面状要素产状1保持罗盘底座水平。2通过短照准合页上的小孔和罗盘反光镜椭圆观察远方目标。3在这种情况下，当测量目标所在方位时，读罗盘南针；当测量观察者方位时，读罗盘北针。1保持罗盘底座水平。2使目标通过长照准合页落在反光镜的中心线上。3在这种情况下，当测量目标所在方位时，读罗盘北针；当测量观察者方位时，读罗盘南针。5图5面状要素的产状三要素面状要素产状可用走向、倾向和倾角三要素表示，如图5。测量岩层走向时，可选择一代表性的面，将罗盘长边（即侧边）平行于走向线并紧贴于面上，并使罗盘水平，此时南针两端的指数都为走向方位角，如图6所示。测量要点：将罗盘侧边紧贴于待测面上；保持罗盘底座水平；此时罗盘磁北针和磁南针指数均是待测面走向。图6测量倾斜面走向示意图测量倾向时，可将罗盘盖（带反光镜一侧）紧贴于待测面上，并使罗盘水平。走向线6如图7所示，长照准合页即指向岩层倾向的方向，这时罗盘的磁针北针所指的刻度即为待测面的倾向。个别情况下，罗盘在待测面底面测量时，反光镜一侧指向倾向方向，此时磁南针所示的刻度为待测面的倾向。图7测量倾斜面倾向示意图测量要点：将罗盘反光镜边紧贴于待测面上；保持罗盘底座水平；此时罗盘磁北针指数是待测面倾向。测量倾角时，将罗盘长边平行于真倾斜线（即倾角最大方向）并紧贴于待测面上，保持罗盘直立，转动长水准使水泡居中，此时倾斜刻度盘上的读数即为倾角，见图8。图8测量倾斜面倾角示意图测量要点：将罗盘侧面紧贴于待测面上，长水准朝下；使罗盘底座直立，即走向线真倾斜线倾向线真倾斜线走向线7平行于真倾斜线；转动长水准使其水泡居中；此时角度刻度盘上的刻度即为倾角。3．测量现状要素产状线状要素的产状是用倾伏向和倾伏角或侧伏向和侧伏角来表示，见图9。线状要素的倾伏向市指在通过该线状构造的铅直平面内，指示该线状要素向下倾斜的水平投影方向。线状构造与水平面的夹角称为倾伏角。线状要素的侧伏向是指线状要素与其所在的平面内的走向线夹角较小的一侧平面的走向方向。侧伏角是指线状要素与其所在平面走向线间较小的夹角（锐角）。图9线状要素产状要素线状要素的倾伏向和倾伏角要在铅直面内测量。实测方法是借助野外记录本，将记录本的一长边紧贴于线状构造上，然后使记录本直立。测量倾伏向时，将罗盘侧面（长边）紧贴于记录本的一侧面上，并使罗盘水平，当长照准合页指向线状构造的倾伏向时，磁北针所指的刻度即为倾伏向，见图10，测量要点如下：将野外记录薄一边紧贴于被测线状要素上；保持野外记录薄直立，将罗盘一侧紧贴于野外记录薄上并保持罗盘底座水平；若长照准合页指向倾伏向一侧，则罗盘磁北针指数即为倾伏向。若反光镜指向倾伏向一侧，则罗盘磁南针指数为倾伏向。测量倾伏角是，将罗盘侧面（长边）紧贴于记录本的上边，并使罗盘直立，转动长水准，并使水泡居中，此时角度刻度盘的读数即为倾伏角，见图11，测量要点如下：将野外记录薄一边紧贴于被测线状要素上；保持野外记录薄直立，将罗盘一侧紧贴于野外记录薄侧面上，长水准在下方，并保持罗盘底座直立；转动长水准，使其水泡居中，读取角度刻度盘上的刻度，即为倾伏角。倾伏向倾伏角倾伏向侧伏角8图10测量倾伏向示意图图11测量倾伏角示意图4．测量坡度角观测者手持罗盘，并使底盘处于直立状态，打开长照准合页，使其与底盘平行，并使短照准合页与其垂直，转动反光镜，使其与底盘大致呈45°夹角，在远处选一高度与观测和眼睛高度基本一致的目标，通过短照准合页，再穿过椭圆孔观测目标，同时转动长水准使水泡居中（在反光镜中观察）。此时，长水准所指的角度刻度盘上的角度即为坡度较，见图12。测量要点：保持罗盘底座直立；通过长照准合页上的小孔和罗盘反光镜上的椭圆孔观察远方目标；转动长水准使其水泡居中；读取角度刻度盘上的刻度，即为坡脚。倾伏向倾伏角倾伏向倾伏角9图12测量斜面坡角示意图四、使用地质罗盘注意事项1．使用和保管地质罗盘要注意以下几点：避免其与铁制品接触，以免磁针失去磁性；不能受潮，以防磁针或顶针生锈不能灵活转动；用完后要锁定磁针固定器，以防磁针自由转动磨损顶针。2．在测量方位时，无论长照准合页指向何方，如果要测长照准合页所指的方向，就读磁北针所指刻度；如果要测反光镜一侧所指的方向，就要读磁南针所指的刻度。3．在测量方位、走向、倾向、倾角和倾伏向时，一定要保持罗盘水平（圆水准器水泡居中），这样磁针才能自由摆动。4．在测量坡度较、倾角和倾伏角时，务必要保持罗盘直立，长水准器水泡居中，这样测量的角度才比较准确。5．当面状要素凸凹不平或线状要素曲折不直时，要设法取其整体真正的方位，而不要受局部所干扰，这时记录本是常用的借助工具。10地形图的使用地形图是按一定比例，将地形起伏状态、水系、交通网、居民点及地形、地物的分布位置，以规定的符号标在平面上的一种图件。地形的起伏形态是用等高线来表示的，即是按照选定的比例，以等高间距高度的水平面与地面的交线的垂直投影所得的等高曲线来表示。等高线是封闭曲线。两条等高线的间距是随地形的坡度而变化的，坡度越陡，线距越小；坡度越缓，线距越大。一、地形图的类型地形图一般按比例尺大小分为如下几类：1．大比例尺地形图：包括1:5000、1:2000及1:1000等几种比例尺的地形图。1:5000比例尺地形图常用于各种工程勘察、规划的初步设计和方案的比较，也用于土地整理和灌溉网的计划、地质勘探成果的填绘和矿藏量的计算等。1:2000和1:1000比例尺地形图，主要供各种工程建设的技术设计、施工设计及工业企业的详细规划之用。需要在图纸上确定主要建筑物、运输线路及工程管线的位置，有时还用来拟定施工测量的控制网，因而范围比初步设计阶段要小，而详细程度和精度要求较高。2．中比例尺地形图：包括1:50000和1:10000等几种比例尺的地形图。主要用于地质普查填图、详查、水文工程的水源勘测等。3．小比例尺地形图：包括1:100000及更小比例尺的地形图。主要用于地质路线普查和区域地质测量等。二、地形图的分幅及编号地形图分幅的方法有正方形法和梯形法。一般大比例尺地形图多采用正方形法，中小比例尺地形图都采用梯形法。各种比例尺的国家基本地形图的图幅是百万分之一的图幅为基础的。百万分之一的图幅大小和编号国际统一规定。百万分之一地形图的分幅是从地球赤道(纬度0)起，分别向南北两极，每隔纬差4°为一横行，依次以字母A，B，C，D，…，V表示；由经度180°起，自西向东每隔经差6°为一纵列，依次用数字1，2，3，…，60表示。如图1所示为东半球北纬1:100万地图的国际分幅和编号。每幅图的编号，先写出横行的代号，后面写出纵列的代号。如北京某处的纬度为北纬39°56’，经度为东经116°22’，其所在的1:100万比例尺图的图幅号是J-50或10-50。11图1百万分之一图幅及编号再继续细分时，过去和现在采用的方法不一样，考虑到现在两种分幅方法的地形图均在使用，因此将两种方法均作以介绍。1．过去采用的分幅方法过去百万分之一的图幅按照国际统一规定编号，其他比例的地形图的分幅及编号由我国自行规定。百万分之一的图幅可分别分成4幅五十万分之一、36幅二十万分之一的图幅和144幅十万分之一的图幅。其分幅和编号的准则见图2和表1。表11:1000000~1：100000图幅分幅及编号一览表比例尺图幅范围编号规则编号举例附注纬度经度1:10000004°6°横行A-V或1、2…纵列1-60K-50或11-50国际规定1: