极射赤平投影.docx

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极射赤平投影

 极射赤平投影（Stereographicprojection）简称赤平投影，主要用来表示线、面的方位，相互间的角距关系及其运动轨迹，把物体三维空间的几何要素（线、面）反映在投影平面上进行研究处理。

它是一种简便、直观的计算方法，又是一种形象、综合的定量图解，广泛应用于地质科学与岩土工程分析中。

运用赤平投影方法，能够解决地质构造的几何形态和应力分析等方面的许多实际问题，因此，它是研究地质构造与岩体结构的经常采用的一种手段。

一、面和线的赤平投影

（一）投影原理

 一切通过球心的面和线，延伸后均会与球面相交，并在球面上形成大圆和点。

以球的北极为发射点，与球面上的大圆和点相连，将大圆和点投影到赤道平面上，这种投影称为极射赤平投影。

本书一般采用下半球投影，即只投影下半球的大圆弧和点。

 图1为一球体，AC为垂直轴线，BD是水平的东西轴线，FP是水平的南北轴线，BFDP为过球心的水平面，即赤平面。

   1．平面的投影方法（图1） 设一平面走向南北、向东倾斜、倾角40°，若此平面过球心，则其与下半球相交为大圆弧PGF，以A点为发射点，PGF弧在赤平面上的投影为PHF弧。

PHF弧向东凸出，代表平面向东倾斜、走向南北，DH之长短代表平面的倾角。

   2．直线的投影方法（图2） 设一直线向东倾伏、倾伏角40°，此线交下半球面于G点。

以A为发射点，球面上的G点在赤平面上的投影为H。

HD的长短代表直线的倾伏角，D的方位角即直线的倾伏向。

同理，一条直线向南西倾伏、倾伏角20°，此线交下半球面于J点，其赤平投影为K点。

图1              图2

 为了准确、迅速地作图或量度方向，可采用投影网。

常用的有吴尔福网（简称吴氏网，也称等角距网）（图3A）和施密特网（等面积网）（图3B）。

吴尔福网与施密特网基本特点相同，下面以吴尔福网为例介绍投影网。

图3

（二）吴尔福投影网（图3A）

 1．结构要素

（1）基圆 即赤平面与球面的交线，是网的边缘大圆。

由正北顺时针为0°-360°，每小格2°，表示方位角，如走向、倾向、倾伏向等。

（2）两条直径 分别为南北走向和东西走向直立平面的投影。

自圆心→基圆为90°-0°，每小格2°，表示倾角、倾伏角。

   （3）经线大圆 是通过球心的一系列走向南北、向东或向西倾斜的平面的投影，自南北直径向基圆代表倾角由陡至缓的倾斜平面。

   （4）纬线小圆 是一系列不通过球心的东西走向的直立平面的投影。

它们将南北向直径、经线在圆和基圆等分，每小格2°。

 2．操作 将透明纸（或透明胶片等）蒙在吴尔福网上，描绘基圆及“十”字中心，固定网心，使透明纸能旋转。

然后在透明纸上标出N、E、S、W。

（1）平面的赤平投影 标绘产状SE120°∠30°的平面（图4）：

图4平面的赤平投影（步骤说明见正文）

P.透明纸；m.吴尔福网

   第一，将透明纸上的指北标记N与投影网正北重合，以北为0°，在基圆上顺时针数至120°得一点D，为平面的倾向（图4A）。

   第二，转动透明纸将D点移至东西直径上（转至南北直径也可），自D点向圆心数30°得C点，标绘C所在的经线大圆弧（图4B中之ACB），AB为平面的走向。

   第三，转动透明纸，使指北标记与投影网正北重合，ACB大圆弧即为SE120°∠30°平面的投影（图4C），。

（2）直线的赤平投影 标绘产状为NW330°∠40°的直线：

图5 直线的赤平投影

P.透明纸；m.吴尔福网

   第一，使透明纸上正北标记N与投影网正北重合，以N为0°，在基圆上顺时针数至330°得一点A，为直线的倾伏向（图5A）。

   第二，将A点转至东西直径上（转至南北直径也可），由A点向圆心数40°得A＇点（图5B）。

   第三，把透明纸的指北标记转至与投影网正北重合，A＇即为产状NW330°∠40°的直线的投影（图5C）。

   （3）法线的赤平投影 是指平面法线的产状标绘。

法线的投影是极点，平面的投影是圆弧，二者互相垂直，夹角相差90°。

往往用法线的投影代表与其相应的平面的投影，这样较为简单。

   例 求产状为E90°∠40°的平面法线的投影（图6）。

图6 法线的赤平投影

A.透视图； B.赤平图

   第一，标绘出产状90°∠40°的平面投影大圆弧，自该平面倾斜线投影D＇点在东西向直径上数90°，显然已越过圆心进入相反倾向，得P＇点，该点即为产状90°∠°平面的法线投影——极点。

   第二，也可自圆心向反倾向数40°，即得法线投影

   （4）已知真倾角求视倾角 某岩层产状为NW300°∠40°，求在NW335°方向剖面上该岩层的视倾角（图7）：

图7 已知真倾角，求视倾角  　　图8 求两平面交线的产状

   第一，据岩层面产状作其投影弧EHF。

   第二，在基圆上数至NW335°得D＇点。

   第三，作D＇点与圆心O的连线，交EHF于H＇点。

H＇为岩层面与NW335°方向剖面的交线在下半球的投影。

   第四，D＇H＇间的角距即为NW335°方向上的视倾角。

   （5）求两平面交线的产状（图8）：

   第一，据已知的两平面产状，在吴尔福网上分别求出其投影大圆弧EHF和JHK。

两大圆弧的交点H即为两平面交线与下半球面交点的投影。

   第二，作H与圆心O的连线，交基圆于G点，G点的方位角即两平面交线的倾伏向，GH间的角距为交线的倾伏角。

   （6）求两相交直线所决定的平面的产状 已知两相交直线的产状分别为SE120°∠36°和5180°∠20＇求其所决定的平面的产状（图9）。

图9两相交直线所决定的平面的投影

A.透视图；B.投影图

   第一，据已知产状作两直线的投影点D＇、F＇。

   第二，转动透明纸使D＇、F＇两点位于同一经线大圆弧上，大圆弧即为两相交直线所共平面的投影。

   （7）求平面上直线的投影 已知一平面产状S180°∠37°，该平面上一直线侧伏向E，侧伏角44°，求直线的倾伏向、倾伏角（图10）。

图10平面上直线的投影

   第一，依平面产状作出其投影大圆弧，并标出其向东的走向A。

   第二，将大圆弧转至SN方向，自A点数经线大圆与纬线小圆的交点，读出侧伏角44°（θ），标出该点C＇，C＇为直线在平面上的投影。

   第三，C＂C＇间的角距γ即为直线的倾伏角，C＇的方位角则为直线的倾伏向。

   3．小结 一切面状构造，如岩层面、断层面、劈理、流面、褶皱轴面等的投影方法，都可采用空间平面的投影方法，。

一切线状构造，如二平面的交线、走向线、倾斜线、擦痕、流线、褶皱的枢纽、轴迹等的投影方法，都与直线的投影相同。

这些面状和线状构造的产状要素都可以借助于前述赤平投影的方法求得。