基于CT图像的花岗岩矿物组分与细观结构分析

获取准确的岩石矿物组分与细观结构特征,对从细观层面认识岩石宏观力学性质具有重要意义。CT扫描技术是研究岩石矿物细观结构的有力工具。本文采用高分辨率三维CT扫描系统,获得了花岗岩CT扫描图像;采用阈值分割的方法,综合X射线衍射试验结果确定合理的分割阈值,实现了对花岗岩CT灰度图像的三值化分析;最终获得了花岗岩的主要矿物含量与细观结构特征。研究结果表明:选择合理的分割阈值,可实现花岗岩主要矿物石英、长石、云母的自动识别和定量分析;基于三维重构模型,可获得不同矿物的形状、粒径和空间分布特征。本文方法对定量测试岩石矿物组分和认识其细观结构具有一定的参考意义和价值。     

使用试验视频图像研究花岗岩中不同矿物成分的变化特征

结合灰度分界阈值分割法和粒子图像测速技术,对单轴压缩条件下花岗岩变形破坏过程中不同矿物成分(黑云母、长石和石英)的变化特征进行了研究。由室内单轴压缩试验获得花岗岩变形破坏过程的试验视频图像;由灰度分界阈值分割法获得视频图像中岩石表面不同矿物成分的位置;使用粒子图像测速技术得到岩石表面不同时刻的位移;采用应变计算公式的差分格式得到不同位置不同方向的应变大小;在此基础上,研究了不同变形阶段岩石中不同方向应变的变化特征及其与矿物成分分布的关系。结果表明:裂缝出现前,花岗岩表面各矿物成分变形方向主要沿水平方向;裂缝发展过程中,长石变形方向主要是竖直方向,石英变形方向主要是水平方向;三种矿物成分中,最大主应变从大到小的顺序为黑云母、长石、石英。     

岩石宏观流变性质的数值模拟

本文用有限元方法研究多矿物岩石的流变性质,即在一定温度压力范围内单矿物流变性质已知的情况下,采用随机网格划分和材料性质指定的方法,建立三维多矿物岩石的有限元模型,在计算机上计算该岩石模型在不同温度压力下的变形,根据这种数值模拟实验的结果,确定岩石整体的流变性质,而不必再进行真实多矿物岩石的高温高压实验.用有限元方法进行多矿物岩石流变性质的研究可以更为高效和节省,但其前提是多矿物间没有发生化学反应,变形机制仍与单矿物实验时的主导机制一样.本研究中进行了由锗橄榄石和锗尖晶石组成的双矿物岩石的流变实验,鉴于单个的随机生成的模型不一定居有代表性,因此对每一种矿物比例均随机生成了多个岩石模型,进行大量Monte Carlo实验和统计分析.计算结果表明,由两种矿物组成的双矿物岩石整体流变性质介于两者之间且按一定规律分布,与矿物比例有关;但即使同等矿物比例混合后的岩石会由于内部矿物分布结构的不同仍会出现一定差异,特别在试件尺度小时这种效应更为明显,因此多矿物岩石实验试件应该有足够大的尺度.     

扫描仪在岩矿鉴定与岩相学研究中的应用——薄片扫描法

利用偏光显微镜进行岩矿鉴定和岩相学分析是矿物学、岩石学研究的一项基本工作。常用偏光显微镜的观察视域范围狭小,视域大小不能随意变动,这对大视域观察与识别镜下岩石的结构、构造、显微地质现象和粗大矿物等造成困难。基于上述问题,本文在偏光显微镜成像原理基础上,开发出利用扫描仪和偏振光片获取岩石薄片大视域图像的方法,即薄片扫描法。该方法能获得大视域的单偏光和正交偏光图像,为科学研究提供精确的、全面的图像证据资料。薄片扫描法所需设备简单、操作简易、能获得全域精美的数字化图像、能清晰的反映矿物结构构造和地质现象,为识别矿物学和岩石学信息提供了科学方法。薄片扫描法适用于矿物颗粒粗大、形态复杂的显微地质现象,常规偏光显微镜下不能反映结构、构造的样品。薄片扫描法的成功开发,对岩相学、构造岩相学等方面的研究具有现实意义。     

新疆和田南部地区岩石磁化率变化特征研究

为配合新疆和田南部地区1∶5万航磁调查工作,掌握该区岩石磁性特征,填补这一地区缺少岩石磁化率资料空白,2013—2015年在该地区开展了区域性岩石磁化率调查工作,完成331处物性点测量,获得有效体积磁化率数据10 256个,采集岩石样品270块。对实测资料进行了详细地分类统计,进一步分析发现该区岩石磁化率主要受岩石中矿物成分、结构以及岩石时空分布影响。中、酸性侵入岩磁化率主要由岩石中黑云母的含量决定,黑云母对中、酸性侵入岩磁化率的贡献要高于其他超顺磁性矿物的贡献。对于相同岩性的岩石磁化率具有沿深大断裂分布的磁化率值高,沿次级断裂分布的磁化率值相对低的空间分布特点和早古生代中、酸性侵入岩磁化率高于晚古生代中、酸性侵入岩的时间分布特点。研究结果为航磁资料解释、地质找矿、构造演化研究提供了重要依据。     

矿物三相界面接触角定量统计：一种定性判断矿物平衡的标志

运用最小表面能原理探讨了岩石中矿物空间分布的稳定性问题，提出了判定岩石中矿物空间分布稳定性的简便方法，并将之运用于判定湖北广水蔡河地区混合岩中矿物空间分布的稳定性，取得了理想的结果。本文所提出的通过测量一定数量三相界面接触角来定性判定岩中矿物空间分布稳定性的方法，避开发当前无法测量的各种物理参数，是一种简便易行动又较为可靠的方法。     

基于电子探针面扫描定量化的石英闪长岩微区成分分析

岩石的微区成分特征是精细化反演岩石演化的重要依据,而常规的电子探针面扫描分析方法无法提供面扫描区域的定量分析结果.本文使用矿物分布相对均匀的代表性岩石样品开展了岩石薄片的面扫描和矿物的定量分析.通过对常规测试的主量元素的面扫描进行图像校正,并利用ZAF校正后的点分析数据与面扫描图像的灰度值进行最小二乘法曲线拟合的方式,...     

颗粒接触概率在划分矿物共生组合中的应用—以冀东太平寨紫苏花岗岩为例

颗粒接触概率研究的基本方法是在一个岩石薄片切面上，沿着某一条线统计一个 晶体或矿物种与另一个晶体或矿物种的接触顺序，然后把每一类型的接触数目用“接触概率矩 阵”表示，并与“随机接触概率矩阵”加以比较，从而验证一个矿物的位置是否或在多大程度上 依赖于另一个矿物的位置。一般说来，同种矿物或同世代矿物有相互接触的趋势，因而颗粒接 触概率的研究能够用来划分矿物共生组合。冀东太平寨地区紫苏花岗岩的颗粒接触概率研究结 果表明，其主要矿物相是由两个不同世代矿物所组成。该研究结果与镜下岩相研究结论一致。     

矿物光学几何定量测定图像分析仪的应用

为了对矿石和岩石中的矿物进行光学几何定量测定，推荐一种“视频能手－５型”新型图像分析仪。同时列用这种分析仪对蒙古火山沉各岩中的沸石中含量进行统计的实例。     

Gueret花岗岩内黑云母粒径分析的图像开操作法

应用图像分析原理中的开操作特征,利用岩石薄片作为样品,进行法国Ｇｕｒｅｒｅｔ花岗岩黑云母粒径分析,得到了极为理想的效果。这一方法的特点是只要制作某目标矿物的二值图像,即可评价体现每一矿物的粒径和分布特征,其精度取决与构成图像的像素数,该方法操作方便,成果可靠,在地学领域,尤其是在岩石结构定量分析方面,应该有很宽广的前景。     

岩石薄片图像智能分析研究进展

分析岩石薄片显微图像中的矿物组成、结构构造、生成顺序、围岩蚀变和次生变化等特征，可以进行岩石种类鉴定、地质构造分析、古地质环境反演等相关研究。对于岩石薄片图像的分析及信息提取目前主要依靠专家进行人工目视解译。而利用计算机技术进行自动、快速、客观、准确的岩石薄片图像智能分析，将能有效提高相关研究工作的效率，为“大数据+地球系统科学”的研究范式提供基础。本文综述了岩石薄片图像智能分析的相关工作，从技术方法的角度系统归纳和阐述了其一般原理和方法，分类总结了相关应用案例，分析和展望这一领域存在的挑战与发展方向。     

Gu︺ret花岗岩内黑云母粒径分析的图像开操作法

应用图像分析原理中的开操作特征,利用岩石薄片作为样品,进行法国Ｇｕéｒｅｔ花岗岩内黑云母粒径分析,得到了极为理想的效果。这一方法的特点是只要制作某目标矿物的二值图像,即可评价体现每一矿物的粒径和分布特征,其精度取决与构成图像的像素数。该方法操作方便,成果可靠,在地学领域,尤其是在岩石结构定量分析方面,应该有很宽广的前景。     

Guéret花岗岩内黑云母粒径分析的图像开操作法

应用图像分析原理中的开操作特征,利用岩石薄片作为样品,进行法国Guéret花岗岩内黑云母粒径分析,得到了极为理想的效果.这一方法的特点是只要制作某目标矿物的二值图像,即可评价体现每一矿物的粒径和分布特征,其精度取决与构成图像的像素数.该方法操作方便,成果可靠,在地学领域,尤其是在岩石结构定量分析方面,应该有很宽广的前景.     

会“开花”的石头 会找矿的“花朵”

岩石也会“开出”艳丽的花朵。当岩石中有向三度空间放射生长的矿物晶体时，无论把岩石从什么方向剖开，只要断面经过矿物晶体，都会在岩石断面上出现花朵般的图案。如果矿物晶体呈柱状，“花瓣”则又细又长，图案好似菊花；如果矿物晶体呈片状，“花瓣”则短而胖，“花朵”就如同攻瑰花。     

干旱区TM图像岩石地层信息提取与分析方法研究

本文以新疆柯坪地区为例，通过不同岩石地层单元的岩石化学特征，矿物组合特征和室内反射光谱特征研究，结合图像数据的计算机处理结果，对干旱沉积岩的ＴＭ图像岩石地层信息提取方法进行了探讨。     

地球深部电导率的实验室约束

矿物岩石电导率实验研究对于认识地球内部的电导率分布和地球动力学具有重要的意义。本文于实验室中研究了一些典型地壳和地幔矿物、岩石的电导率,并将实验结果与野外电磁结果进行了对比。研究结果表明,含水矿物的脱水和存储于名义无水矿物中的水会显著提高岩石的电导率。含水矿物的脱水可能是导致地壳出现高导层的主要原因,而地幔的高导层则可能是由名义无水矿物中赋存的水所引起。实验室矿物、岩石电导率模型与野外大地电磁结果的对比,为研究地球内部的热状态和水含量的分布提供了重要依据。     

赣西下二叠统茅口组均密石英岩的特征,风化习性及其成因

赣西地区下二叠统茅口组中的均密石英岩是一种特殊类型的硅质岩，广泛分布于萍乡、宜春、分宜、安福、莲花一带，具镶嵌均粒结构和“三连点”结构，颗粒界线平直。矿物成分以α－石英为主；化学成分中ＳｉＯ２含量达９５％以上，Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ含量低。这种岩石风化后．颗粒间易解体，形成具有工业价值的粉石英矿。它是由碳酸盐岩经硅质交代形成。ＳｉＯ２主要来源于母岩以及由粘土矿物分解和海泡石向滑石转化释放而来。     

矿物粒径对花岗岩单轴压缩特性影响的试验与模拟研究

高放废物深部地质处置目前受到世界各国的高度重视。花岗岩是我国高放废物地质处置工程的候选围岩,深入了解处置库花岗岩的强度及破坏特性对于处置系统的设计及性能评价具有十分重要的意义。作为矿物颗粒的集合体,花岗岩是一种由石英、长石和黑云母等矿物组成的非均质岩石,矿物粒径对其宏观力学特性影响明显。以我国高放地质处置库预选区阿拉善花岗岩为例,选取矿物粒径差异明显的似斑状花岗岩和中粒花岗岩两类岩石,采用单轴压缩试验与数值模拟相结合的方式研究了矿物粒径对岩石力学特性的影响。单轴压缩试验在MTS815岩石力学试验系统进行,数值模拟采用基于离散元的颗粒流程序PFC2D完成。数值模拟过程中,以试件表面图像为基础,采用数字图像处理技术获取岩石内部矿物组分的实际空间分布,从而建立了精确反映花岗岩内部矿物种类及其空间位置的数值模型。利用该模型对花岗岩的单轴压缩试验进行了数值模拟,并与试验结果对比,论证了模型的可靠性。试验及模拟结果表明,阿拉善花岗岩破坏形式为脆性张拉破坏,裂纹大多平行于轴压方向,数字图像数值分析方法可真实地反映材料细观结构。矿物粒径对材料力学特性的影响主要表现为:细粒、等粒结构的岩石强度高,粗粒、不等粒结构的岩石强度低。研究成果可为掌握矿物粒径对岩石强度及变形特性的影响提供依据。     

岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法研究

数值计算中利用随机分布对各单元赋予不同的物理力学参数来考虑岩石的非均质性,赋值过程是纯随机的,并没有考虑岩石矿物组成的结构特征。故提出一种新的岩石非均质参数赋值方法--岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法,基于岩石矿物种类及其含量定义细胞元类别判定区间,利用Monte Carlo方法对各个细胞元进行矿物类别判定,并进行相应的参数赋值,通过各矿物细胞元的随机混合体来描述岩石的非均质性。该方法既考虑了组成岩石的矿物种类及其含量（结构特征）,又考虑了组成矿物在岩石中的随机分布特征。针对矿物分布的随机特征,利用两矿物细胞元混合模型和三矿物细胞元混合模型进行数值试验,研究了矿物细胞元随机分布特征对岩石宏观力学参数的影响。研究结果表明,岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法具有结构性和随机性的双重特性,其随机性不依赖于随机参数,岩石宏观力学参数受细胞元随机性特征的影响很小。     

颗粒接触概率在划分矿物共生组合中的应用——以冀东太平寨紫苏花岗岩为例

颗粒接触概率研究的基本方法是在一个岩石薄片切面上,沿着某一条线统计一个晶体或矿物种与另一个晶体或矿物种的接触顺序,然后把每一类型的接触数目用“接触概率矩阵”表示,并与“随机接触概率矩阵”加以比较,从而验证一个矿物的位置是否或在多大程度上依赖于另一个矿物的位置。一般说来,同种矿物或同世代矿物有相互接触的趋势,因而颗粒接触概率的研究能够用来划分矿物共生组合。冀东太平寨地区紫苏花岗岩的颗粒接触概率研究结果表明,其主要矿物相是由两个不同世代矿物所组成。该研究结果与镜下岩相研究结论一致。