砂土颗粒形状的傅里叶描述符自动生成

颗粒形状是影响砂土密实度、力学与渗流等特性的主要因素之一。傅里叶描述法是一种有效表征颗粒形状的数学方 法。基于傅里叶系数与颗粒平均半径定义傅里叶描述符Dn。采用傅里叶描述符D2,D3,D8以及D3与D8对数线性组合的简化 算法可自动生成复杂的砂土颗粒形状。颗粒形状由傅里叶描述符Dn与相位角δn序列共同控制。分析了傅里叶描述符D2、 D3、D8与颗粒几何参数间的相关性,结果表明,长宽比a与D2正相关,圆形度C 与D2,D8负相关,磨圆度R与D8强负相 关,球形度S与D2,D3之间均呈现显著负相关,规则度Re与D8呈负相关性,且在D8=0时与D3之间呈强负相关性。以显微CT 扫描南京粉砂断层序列二值图像中典型颗粒为样本,基于Pearson相关性准则,计算了重构颗粒与实际颗粒轮廓相似性,相 关系数大于0.94,表明算法具有较高的表征精度。算法可用于二维数值模拟中实际砂土颗粒的批量自动生成。     

基于多尺度分割的岩石图像矿物特征提取及分析

针对传统岩石薄片鉴定以肉眼观察和描述为主,存在主观性强、定量困难等问题,将数字图像处理方法引入岩石矿物研究,提出了基于多尺度分割的岩石图像矿物特征信息提取方法。以铁质石英砂岩薄片显微镜下单偏光图像为实验对象,获取了石英颗粒的边界及其体积分数、大小、周长、长轴长度和方位、长轴和短轴比、圆度和形态指数等信息。其中：石英颗粒的体积分数为47.07%,小于基质的体积分数,在基质中呈漂浮状,为杂基支撑结构, 表明形成于沉积同生期;长轴的范围为50～604像素,表明石英颗粒大小不均、分选性差;颗粒的圆度为0.27～1.82,形态指数值为1.19～2.46,圆度和形态指数值较小,表明石英颗粒有一定的磨圆度。这种信息的获取和定量分析方法有助于对岩石图像的地学理解。     

磨圆度定量表征在扇三角洲沉积微相判别中的应用

砾石颗粒的磨圆度对粗碎屑的沉积环境具有重要的指示意义。针对玛湖凹陷下三叠统百口泉组砾岩的地下钻井岩芯,运用去扁化De?flat磨圆度测量方法,通过定量获取砾石磨圆度参数对扇三角洲沉积中不同沉积微相的指示关系,分析黄羊泉扇的磨圆度及其方差的分布特征,讨论磨圆度定量表征指示扇三角洲沉积的科学性。研究结果表明,扇三角洲沉积的砾石磨圆度普遍较差,为次棱—次圆状和次棱角状。牵引流沉积的砾石磨圆度普遍好于重力流沉积的砾石磨圆度,且牵引流沉积的砾石磨圆度方差明显小于重力流沉积的方差,指示河道沉积中的砾石磨圆度更加集中。黄羊泉扇砾石磨圆度以棱角状和次棱角状为主。通过黄羊泉扇区砾岩砾石颗粒磨圆度及其方差的变化趋势,表明磨圆度对沉积相带具有指示意义。砾石磨圆度的定量表征可以为粗粒碎屑沉积相分析提供新的定量沉积学手段。     

中国南海珊瑚砂的多尺度颗粒形貌特征分析

颗粒形貌是影响珊瑚砂力学性质的重要参数,研究珊瑚砂多尺度形貌特征有助于从细观角度阐释其力学特性。基于颗粒动态图像分析技术对不同粒径范围内超过20万个珊瑚砂和陆源石英砂（包括人工破碎石英砂和天然石英砂）颗粒开展颗粒形貌扫描和对比分析,提出了适用于珊瑚砂的颗粒形状分类标准,并从颗粒形状、磨圆度和凸度3个尺度上揭示了海相珊瑚砂与陆源石英砂颗粒形貌的差异性。结果表明：（1）珊瑚砂主要由块状、片状及棒状3种类型的颗粒组成,以伸长率和扁平率为0.5作为珊瑚砂颗粒形状的划分阈值进行颗粒形状分类,该分类方法的准确率可达90%。（2）珊瑚砂中块状颗粒占比最大,且含量大于50%。随着粒径增加,块状颗粒占比增加,片状颗粒占比下降,而棒状颗粒基本维持不变;随着粒径的增加,石英砂中的块状颗粒占比高于珊瑚砂,这是由颗粒的矿物性质决定的,而与颗粒的风化破碎方式无关。（3）人工破碎石英砂的磨圆度与珊瑚砂的较为接近,且略小于天然石英砂。块状颗粒的磨圆度大于片状颗粒,更大于棒状颗粒,因此块状颗粒占比越高,集合体的磨圆度越大。（4）珊瑚砂的颗粒凸度介于0.85～1.00间,石英砂的凸度大于珊瑚砂。随着粒径的增加,珊瑚砂的凸...     

碎石颗粒形态特征及其与堆积特性的关系

颗粒形态对碎石集料宏观力学性质有显著影响,准确描述其形态特征是从微细观层面研究材料宏观力学行为的基础性工作。针对颗粒形状、棱角、纹理3个尺度的形态特征,探讨了基于颗粒几何尺寸的量化表征参数;分析了不同粒组碎石颗粒形态特征表征参数的分布规律;结合单粒组颗粒堆积试验,讨论了颗粒形态特征与堆积孔隙率的关系。有以下结论：（1）提出的以周长为核心表征的颗粒形态特征量化参数,对颗粒形态以及形状、棱角、纹理3个尺度形态特征具有较好甄选能力;（2）基于每个粒组1 000个颗粒样本统计分析表明,描述颗粒形态及形状、棱角、纹理特征的参数均符合对数正态分布;（3）颗粒集合体的综合棱角、纹理指数与松堆和密堆条件下的孔隙率具有较好的映射关系,颗粒棱角与纹理是影响堆积孔隙率的主控因素。     

冰碛石的形态和表面特征

沉积物中砾石的各种形态参数(磨圆度、球度和扁平度)及表面特征对研究搬运介质和沉积过程是很有用的。有些作者的工作表明,冰碛中的砾石随搬运距离的增加,其磨圆度和球度的提高是明显的;还有人用A.Cailleux的计算磨圆度的公式(2R/a×100)成功地揭示了冰碛、冰水沉积、冰川接触沉积和融冻泥流沉积之间的     

碎屑颗粒圆度的分形描述

碎屑颗粒圆度是指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度,用来表征碎屑沉积物的结构成熟度。目前普遍的做法是采用Powers 1953年作的一组图,表示从尖棱角状至滚圆状各级圆度的特征,这一做法属于定性描述。本文借助分形几何学理论,利用盒维数法实现了计算机对颗粒维数的自动统计计算,结果表明碎屑颗粒维数可以作为刻画碎屑颗粒圆度的定量指标。      

三种碎屑颗粒形态定量分析方法的比较及应用

沉积物颗粒的形态是沉积成因分析的主要标志之一。目估对比法是沉积物颗粒圆度分析中常用的方法。目估法直观、简捷,但主观因素影响较大。本文利用计算机图像分析软件Image Pro Plus 6.0获取鲍尔斯目估标准颗粒的轮廓,并用3种定量方法测量这些标准颗粒的IPP圆度、轮廓分维数和傅里叶不圆度,然后对比这些圆度的划分标准与目估标准之间的差别,最后用3种圆度测定方法同时测量广东马头山风化坑和河流壶穴中碎屑颗粒的圆度,通过测量结果的对比来评价这3种定量方法的应用效果,检验这些方法能否在实际应用中代替目估方法以区分不同成因的碎屑颗粒。分析表明：目估法的磨圆度标准不是简单地表达颗粒的圆形与否,其中包括了颗粒表面结构的差异;3种定量方法的圆度划分标准很难与目估划分标准完全一致;3种方法所表征的圆度均能区分风化作用和流水侵蚀作用形成的颗粒,因此3种定量方法均可以代替目估方法测量颗粒的圆度;在不强调颗粒表面特征的前提下,IPP圆度的测量方法比其他两种方法更加有效;颗粒形态的分析结果证明河谷壶穴中的颗粒由流水侵蚀作用而成,山顶风化坑中的颗粒由风化作用而成     

罗布泊自生胶黄铁矿对磁性参数χARM/SIRM指示意义的影响

沉积物中磁性矿物的颗粒大小具有重要环境指示意义,是环境磁学研究的重要内容。磁性参数非磁滞剩磁磁化率/饱和等温剩磁（χ_ARM/SIRM）常被用于指示磁性颗粒大小,当沉积物磁性特征为较粗的多畴（MD）颗粒主导时表现为低值,而为较细的单畴（SD）颗粒主导时表现为高值。本研究对罗布泊盐湖LB剖面的沉积物进行了系统环境磁学测试,结果发现剖面中含有5个χ_ARM/SIRM值低于上覆层和下伏层的层位,指示其磁性颗粒较粗。但磁滞参数和扫描电镜结果显示这5个层位磁性颗粒明显细于上覆层和下伏层沉积物,显示χ_ARM/SIRM在这5个层位的指示意义失真。矿物鉴定结果显示这5个层位的主导磁性矿物为早期成岩成因的SD胶黄铁矿,赋存形态主要为颗粒团聚体、单颗粒或颗粒团聚体附着于硅酸盐矿物表面以及分布于薄片状硅酸盐内,这种赋存形态导致其具有较强的磁相互作用,并限制了χ_ARM的增加,最终造成χ_ARM/SIRM下降,指示意义失真。本研究显示当沉积物中存在胶黄铁矿等自生矿物时,利用比值参数χ_ARM/SIRM判断磁性矿物颗粒特征需谨慎。     

冻融作用下砂土颗粒形态变化规律研究

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、 搬运机制的信息载体, 同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性, 对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术, 采用长径比, 磨圆度两个量化指标, 对经过不同次数冻融作用的两组砂土颗粒进行观察。结果表明： 砂土颗粒在冻融循环过程中, 由于颗粒之间的相互作用, 磨圆度先增大后减小, 最后趋于稳定; 长径比先减小, 后增加, 最后趋于稳定。长径比与磨圆度的变化曲线共轭。     

基于连续消光特征分析的岩石薄片分析系统

连续消光是指在正交偏光显微镜下,岩石薄片随载物台旋转而发生消光强弱连续变化的现象。作为人工鉴定岩石薄片的重要依据,提取后的连续消光特征可以用于实现岩石薄片的自动分析。结合数字图像处理技术与聚类划分算法,开发出一套能够分割出孔隙、颗粒轮廓,实现颗粒类别划分,并对结果做定量分析的岩石薄片分析系统。从矿物的消光特征本质出发,连续消光特征提取精确与否是能否有效划分颗粒类别的关键环节。因此,针对系统在连续消光特征提取过程中的消光位对齐与消光基值去除操作分别设置了对照组。以鄂尔多斯盆地某区长6段砂岩薄片在正交偏光镜下的角度域序列图像进行实验,结果表明,所开发的基于岩石薄片分析系统能够提取到更为精确的连续消光特征,且该系统定量分析结果与专业人员鉴定结果基本一致。     

鄂尔多斯盆地富县地区延长组长6、长8低孔渗储层物性及其影响因素

通过普通薄片、铸体薄片观察和扫描电镜研究,并结合X射线衍射与压汞分析等资料,对鄂尔多斯盆地富县地区延长组长6段、长8段的储层物性特征及影响因素进行了研究。研究发现,延长组长6段、长8段储层岩石类型主要为岩屑长石砂岩,其次为长石岩屑砂岩。储层颗粒分选中等-较好,磨圆度为次棱角状-次圆状,其中以次圆状居多,接触式胶结。孔隙类型主要有残余粒间孔隙、填隙物内微孔隙、粒间溶孔、粒内溶孔、微裂隙等。总体上富县地区延长组储层由于受岩性、成岩等作用影响表现出低孔低渗的特征。     

尼日尔Termit盆地上白垩统储层岩石学特征及控制因素分析

本文对尼日尔Termit盆地17口井218个井壁取芯样品开展普通薄片、阴极发光、X衍射、扫描电镜及重矿物分析,研究上白垩统储层的岩石学特征,并探讨其控制因素。实验分析结果表明,Termit盆地上白垩统储层的岩石类型主要为石英砂岩,成分成熟度高,以石英为主,含量达86%以上,钾长石、方解石及斜长石等含少量,占比约5%,这种岩石类型对原生孔隙的保存比较有利;填隙物主要为粘土杂基,含量为7%左右,矿物成分以高岭石为主,利于对晶间孔的保留;岩石中发育硅质、方解石和铁质等胶结类型,胶结物的含量占比较小,对储层的破坏作用不大;重矿物类型为磁铁矿、赤铁矿、锆石、磷灰石,推测物源区的母岩类型主要为花岗岩;以细粒结构和少量的不等粒结构为主,分选中等-差,磨圆度一般为次棱角-次圆状,磨圆差。与国内石英砂岩沉积于高能的滨浅海环境不同,研究区石英砂岩成分成熟度高,但分选程度和磨圆度较低,一方面反映了物源区母岩富含石英,同时也反映了这种石英砂岩沉积于近源的河流-三角洲环境。影响研究区上白垩统储层物性的主要因素是岩石类型及成岩作用,由于储层的岩石类型为石英砂岩,压实作用对储层的破坏作用较一般岩石类型偏小。砂岩埋深小于2500m时,主要发育原生孔隙,面孔率大于15%。溶蚀作用对本区储层产生一定的影响,最常见的为长石的溶蚀,溶蚀作用形成粒内溶孔和粒间溶孔,还会扩大原生孔隙形成混合孔,改善了砂岩的储集性能。     

砂土颗粒三维形态的定量表征方法

颗粒形态是影响砂土力学特性的重要因素,特别是影响砂土在低应力状态下的抗剪强度、剪胀效应和临界状态行为,以及高应力状态下的颗粒破碎行为。因此,准确地重构砂粒的三维形态,并量化计算其形态表征参数是研究砂粒形态效应的前提工作。借助于高精度的CT扫描技术和图像处理技术,获得近海石英砂和风化花岗岩残积砂这两类砂土颗粒的三维形态信息。采用球谐函数序列实现两种砂颗粒三维形态的准确重构,并通过球谐函数分析计算砂土颗粒的体积来验证该方法的有效性。基于球谐重构的三维砂粒表面,提出了实用性的方法来计算砂粒的表面积、表面曲率和三维尺寸等,进而计算砂粒的三维球度、圆度和伸长率等形态表征参数。结果表明,当球谐函数阶达到15时,其重构的砂粒基本形状和表面纹理均与真实砂粒非常接近;近海石英砂在水流搬运和磨蚀的作用下颗粒形态较为规则和圆滑,球度和圆度较大,而风化花岗岩残积砂则在物理风化和剥蚀作用下颗粒形态较为复杂和粗糙,球度和圆度较小;而这两种地质作用对砂土颗粒的伸长率则没有明显的影响。     

准噶尔盆地西北缘克—百地区侏罗系储集层特征及主控因素分析

利用大量岩石薄片、铸体薄片、压汞数据及岩心观察等资料,对准噶尔盆地西北缘克—百地区侏罗系储集层特征进行了系统研究。侏罗系储集层的岩石学特征为：近物源、成分成熟度低、填隙物含量少、胶结物以碳酸盐为主、富含塑性易变形岩屑、分选中—好、磨圆次棱角状、结构成熟度中—好。储集层埋深浅,成岩作用简单,孔隙类型以原生孔隙为主,受断裂影响次生溶蚀现象普遍发育。与砂岩相比,砾岩粒内溶孔发育。研究区储集层孔隙结构受控于储集层岩石学特征,可划分为分选较好粗歪度、分选较好较细歪度和分选中等细歪度3类孔隙结构。岩石粒度、压实作用和溶蚀作用是储集层物性的主要控制因素。其中,压实作用决定储集层质量。     

兴蒙造山带橄榄岩捕掳体中石榴石次变边对地幔组成转变的启示

地幔橄榄岩捕虏体中石榴石次变边的形成过程对理解地幔的构造演化和转变具有非常重要的意义。兴蒙造山带锡林浩特地区新生代玄武岩携带的石榴石橄榄岩捕虏体中的石榴石普遍发育冠冕状次变边结构。本文通过对石榴石及其次变边进行详细的岩相学和电子探针分析,探讨石榴石次变边的成因及其揭示的岩石圈地幔经历的深部过程。根据次变边矿物组成的不同,将其分为原始的次变边(R1和R2)和交代的次变边(MR1和MR2)。原始的次变边中,新鲜的石榴石由内向外依次被放射状且矿物颗粒较细的R1和粒状且矿物颗粒较粗的R2包围,且R1通常比R2宽。R1主要组成矿物为Opx+Sp+Melt1/Pl±Cpx, R2主要组成矿物为Opx+Sp+Cpx。与R2及橄榄岩捕虏体相比,R1的斜方辉石和单斜辉石具有较高的Al₂O₃含量和较低Mg^#值及SiO₂含量。与橄榄岩捕虏体相比,R1和R2中的尖晶石均具有较低的Cr^#值和较高的Mg^#值。R1的斜长石为钙长石,熔体成分与斜长石相比具有偏高的MgO和FeO含量。计算...     

海岸壶穴与风化坑的成因差异及证据——以广东沙扒镇和庙湾岛海岸为例

风化坑和壶穴都是常见的岩石坑穴地形,其形成原因和形态完全不同,但容易被误解和混淆.广东西部沙扒镇海岸和珠江口外庙湾岛海岸同时发育了风化坑和海岸壶穴.近年来我们对两处地区进行了考察,从地貌学、沉积学、岩石化学和矿物学等各个方面对风化坑和海岸壶穴的形成过程和影响因素进行了论证,并将两者进行了对比.研究表明在不同的岩石(火成岩和变质岩)上均能形成风化坑或海岸壶穴,各种证据显示风化坑形成于岩石表面积水的风化作用,海岸壶穴则是由海浪的侵蚀作用而形成:1)风化坑可以形成于高潮线以上的各个高度平坦的岩石面上,平均高潮线以下不能形成风化坑,而海岸壶穴可形成于平均高潮面之下,其形成高度不超出高潮面;2)海岸壶穴与风化坑在形态上有明显区别,如不同的侧壁形态、底部、口径边缘及宽深比等;3)海岸壶穴中堆积物颗粒磨圆度和分选度好于风化坑中颗粒;4)风化坑内堆积物的化学蚀变指数CIA值均高于附近地面岩石的CIA值,而风化坑内堆积物中矿物的英长比高于地表岩石的英长比,但CIA值和英长比均不能区分海岸壶穴和风化坑中的堆积物;5)风化坑内颗粒含大量的粘土矿物,而海岸壶穴中无粘土矿物;6)风化坑和海岸壶穴的堆积物具有显著不同的化学元素迁移特征.     

鄂尔多斯盆地北部纳岭沟铀矿直罗组含铀岩系蚀源区识别

【研究目的】纳岭沟铀矿是鄂尔多斯盆地北部最重要铀矿床之一,识别其含铀岩系物源区对于深化成矿作用和找矿预测具有实际意义。【研究方法】笔者通过岩石学、重矿物学、地球化学和沉积相分析等方法,识别了纳岭沟铀矿床中侏罗统直罗组含铀岩系的蚀源区。【研究结果】含铀岩系岩石类型主要为中粗长石砂岩,碎屑成分有长石、石英、黑云母和花岗岩岩屑、变质岩岩屑等,分选中等至差;碎屑多呈棱角状、次棱角状,少数为次滚圆状,磨圆度差至中等。重矿物分布极不均匀,呈棱角状、次棱角状、次滚圆状,磨圆度差至中等;ZTR(锆石+电气石+金红石)指数2%～10%。电气石、尖晶石、锐钛矿、角闪石、碳硅石等呈集簇状分布;碎屑锆石延长系数主要为1～2.2,其次2.2～3.2。稀土元素球粒陨石配分曲线形态相似,ΣREE值104.75×10^-6～283.86×10^-6,LREE/HREE值0.13～0.47,La/Yb值9.60～32.66,元素含量变化幅度大。纳岭沟地区含铀岩系砾质、砂质辫状河沉积相由矿区北东方向至南西方向延展,与高厚度砂体、高含砂率砂体分布规律一致。【结论】纳岭沟铀矿直罗组含铀...     

颗粒形状对不良级配碎石集料剪切特性的影响

碎石颗粒的形状对于集料的整体剪切性能有很大的影响,而现有的研究缺乏对于不规则块体颗粒形状的定量评价指标。利用离散元软件PFC2D(Particle flow code,2D)研究,提出了不规则块体的生成方法,建立了平面双轴剪切试验条件,通过对比室内试验结果完成了对模型的验证以及细观参数的选择。通过对块体进行分割后得到的多边形相邻顶角的差值进行分析,改进了棱角度指数的概念,在此基础上分析了颗粒形状对于级配不良的碎石集料的力学性质的影响,研究结果表明:棱角度指数受划分边界数的影响较大,随着划分密度的增加,棱角度指数不断减小并趋于稳定;随着轴向应变的增加,碎石集料的剪应力呈现出明显的非线性增加,曲线的形态受颗粒形状影响较大,除球形颗粒外,其他形状颗粒集料均呈现出应变硬化的特性。在棱角度指数较低时,抗剪强度和内摩擦角缓慢增加,而当棱角度较大时,抗剪强度指标则增加较快,可以通过幂函数进行拟合。     

颗粒配比对岩石力学特征影响的数值模拟研究

岩石是矿物颗粒的集合体同时也是一种重要的非均质材料,了解它的力学特征对岩土工程及矿产开采都具有重要的指导作用。作为典型的颗粒材料,颗粒单元体的粒径分布配比必然影响着岩石的宏观力学表现。通过设置不同体积配比下的颗粒材料单元体,利用PCF2D软件模拟了相同颗粒材料单元体不同配比下岩石模型的力学特征。模拟结果表明颗粒单元体配比对岩石的力学特征有明显的影响。在模拟过程中大颗粒的配比显著影响着岩石的抗压强度,大颗粒含量相对越高,抗压强度越大。而细颗粒的配比影响着岩石的抗拉强度,细颗粒含量相对越高,抗拉强度越大,但是过多的细颗粒会降低岩石的抗拉强度。考虑岩石压缩过程中裂缝形态的影响。结果表明均匀分布、5:2:3、7:2:1的颗粒配比形成了贯穿裂缝,而1:2:7和3:2:5的颗粒配比未能形成贯穿裂缝,且细颗粒配比越高,裂缝数目出现高值的概率也越大。