基于数字图像处理的矿物颗粒形态定量分析

矿物颗粒形态的评价一般采用目估法在显微镜下观测岩石薄片,其评价结果受主观影响.本文利用岩石薄片显微照片,基于图像处理技术提出了矿物颗粒形态定量分析方法.矿物颗粒形态参数主要包括球度、凸度、长宽比、磨圆度等.该方法利用图像分割技术将显微照片中的矿物颗粒区分开,提取颗粒的像素轮廓坐标进行离散几何分析,计算矿物颗粒形态参数....     

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。     

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。     

不同气候带花岗岩母质发育的土壤中石英颗粒形态特征研究

石英颗粒形态特征已被广泛用于土壤风化和侵蚀与古气候重建的研究。我国花岗岩空间分布极为广泛,气候、植被与土地利用多种多样,其发育土壤中的石英颗粒形态必然也存在差异。本研究选取了我国5类气候带下的花岗岩母质发育的典型土壤的表层样品,利用扫描电镜分析石英颗粒形态特征,旨在进一步揭示气候对石英颗粒风化的影响。结果表明：1）石英颗粒形态特征具有明显的规律性,表现为随着纬度的降低,石英颗粒的圆化程度及溶蚀程度均有所增强,机械特征发育减弱。2）基于石英颗粒形态特征建立的半定量特征统计指标更好地表现出了显著的地带性差异,其与地理纬度之间具有显著的相关性,也进一步证明了气候因子对石英颗粒形态特征的影响。

     

苏州河沉积物中Zn、Cu 、Hg的形态分布研究及沉积特点初探

本文以上海市苏州河沉积物为研究对象,采用Tessier形态分析法研究了沉积物中重金属元素Zn、Cu和Hg的含量变化与形态分布,初步探讨了沉积特点,对苏州河底泥的进一步治理提供了参考.结果表明,样品中Zn 、Cu、 Hg的含量匀接近或高于生物有影响水平;Zn 、Cu分别主要存在于有机态和Fe-Mn氧化物态中,可交换含量较少;Zn 、Cu、 Hg含量随沉积物浓度的变化为:沉积物表层重金属含量较低并略有起伏,中部较高,底层较低.     

三种粒度分析方法的比较

碎屑岩沉积物的三种粒度分析方法即筛析法、图象法、和颗粒计数法。通过同一样品三种方法试验得出可比性,应用概率累计曲线图及参数说明符合率。文中评价了各种方法的优缺点和适用范围,以期达到根据条件选择方法的目的。     

颗粒形态对离散介质剪切强度的影响

自然条件下,颗粒介质大多以非规则单元形态存在。非规则几何形态对颗粒介质的宏观力学性能有很大影响。针对颗粒单元的不同几何形态,采用团颗粒单元对离散介质的直剪试验过程进行了离散元数值计算,详细地讨论了颗粒形态对离散介质剪切强度的影响。该非规则颗粒由不同形态、不同数目、镶嵌尺寸、组合方位和颗粒大小的球形颗粒进行随机构造,其在局部与整体坐标之间的转动、力矩和方位关系通过4元素方法进行确定,基本球体颗粒之间的作用力采用具有Mohr-Coulomb摩擦定侓的Hertz-Mindlin非线性接触模型,并考虑了非线性法向粘滞力的影响。通过构造7种具有相同的质量概率分布的不同形态的团颗粒,在不同法向应力下,对团颗粒的直剪试验进行了离散元模拟,分析了不同形态颗粒的剪切强度。通过对不同形态颗粒介质剪切强度的数值分析,进一步揭示了非规则颗粒间的咬合互锁效应,为分析非规则颗粒的宏观动力特性提供了依据。     

基于核密度估计的碎屑颗粒年龄分析及应用:松辽盆地构造事件定年

碎屑矿物热年代学是了解板块碰撞、造山带抬升剥露以及盆地沉积等地质事件的重要途径之一。同一沉积区内碎屑颗粒通常是多来源的,含有不同的年龄组分,如何获得真实的年龄组分分布样式,进而准确地提取出地质年龄信息是碎屑颗粒年龄分析的关键。由于受到数学原理、组距选择和样品分析测试误差等因素的影响,常用的地质年龄频率分布图和概率密度曲线难以得到真实的年龄分布样式。本文引入一种新的同位素年龄数据统计方法--核密度估计法。该方法以同位素年龄数据为基础,根据数据密度和测试误差自适应变换带宽函数,减少了测试误差和样本数量的干扰,有效地提高了年龄分解精度。该方法尤其适用于同位素年龄样本数量少的研究新区以及测试误差大的碎屑颗粒年代学数据分析。本文应用核密度估计法,对大兴安岭地区显生宙花岗岩锆石U Pb年龄数据库和松辽盆地碎屑磷灰石裂变径迹年龄数据进行了分析,所得到的年龄分布样式不但与区域地质背景、盆地构造沉积记录等地质事实相吻合,还进一步准确约束了区域构造事件的年代界限。因此核密度估计法是一种能合理有效地进行地质年龄分布样式分析的先进统计方法。     

三种水环境质量评价方法比较分析

针对目前关于水环境质量评价方法研究广泛,每一种方法的研究是为了客观和准确地反映水体水质的实际情况.选择B-P人工神经网络法、模糊综合评价法和灰色关联分析法,进行分析和比较,并以沈阳市南运河水环境质量评价为例,试图找出3种评价方法的优缺点和适用范围.     

贵州碳酸盐岩风化壳物源判别的新证据:石英颗粒形态、表面结构特征

利用扫描电镜分析了黔北、黔东、黔中4个剖面土样中的石英颗粒形态和表面特征,发现土样中的石英有3种类型:碳酸盐岩中的原生碎屑石英,呈次圆状或圆状,表面有被长时间、长距离水搬运的痕迹,无风成特征;燧石团块石英,具有新鲜的表面,呈不规则的尖棱状、次棱角状,表面基本无搬运痕迹;晶形较完整的次生石英,呈棱角状,晶形较完整,晶面有微生长晶体,无搬运特征。这些信息指示,3种石英均具有原位特征,前两种石英是直接对基岩的继承,第三种石英是风化壳剖面的次生产物,该结果为碳酸盐岩风化壳的物源及原位特征的确认提供了新证据。     

颗粒形态对砂土抗剪强度影响的试验和离散元数值模拟

为研究颗粒形态对砂土抗剪强度的影响，制备了5组不同粒径的球形石英砂和颗粒形态不规则的实验室标准砂，并进行一系列的直剪试验；离散元法能有效地模拟砂土的离散性和不均匀性，基于高性能离散元分析软件MatDEM，通过二次开发，建立直剪试验三维模拟器，对直剪试验过程进行了数值模拟，并对比分析了试验和数值模拟结果。数据表明:(1)石英砂试样的自然休止角与其抗剪强度有着正相关性；(2)球形石英砂较实验室标准砂能更快达到峰值强度，但其值相对较低；标准砂存在着一定的黏聚力；(3)在直剪过程中，直剪盒中部颗粒的位移较周围颗粒不同，形成了明显的剪切带，并且球形石英砂试样的剪切带内颗粒的位移更小；(4)砂土直剪试验中配位数与剪应力有着良好的正相关性。本文结果表明，在相同的荷载条件下不规则颗粒形态的石英砂的抗剪强度要明显大于球形石英砂。     

河流形态的分维及与洪水关系的探讨--以长江中下游为例

河流水系形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示,其与河流洪水之间存在着一定的关系。以长江中下游为例,利用网格覆盖法计算出长江中下游河流分维,分析了长江中下游河流的分形特性,并在此基础上结合长江中下游洪水分析不同水系特征下洪水的特点。研究结果表明,一般来说河道分维越大、河网分维越小,洪水发生可能性则越高。     

基于颗粒识别分析系统的碎屑流堆积物颗粒识别和统计方法研究

碎屑流堆积物颗粒识别和统计是碎屑流灾害的研究重点。文章基于图像处理孔隙（颗粒）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）,以贵州纳雍普洒村崩塌-碎屑流为例,结合纳雍崩塌堆积物粒径实测结果,通过阐释识别过程中阈值、孔喉封闭半径、最小孔隙面积的参数意义,研究PCAS软件在碎屑流颗粒识别与统计中的应用,并提出了颗粒识别时这些参数的选取方法。分析结果表明:（1）PCAS能自动准确地识别碎屑流堆积物颗粒与孔隙,相比人工计数更精细,所识别堆积物各区小颗粒比重较大,0～2 m颗粒粒径各区占比都在50%以上;（2）当阈值为170（像素）时能获得精细的二值图像,颗粒与孔隙得到了准确地区分;（3）不同参数取值下获得堆积物颗粒粒径分布结果不同,碎屑流堆积物颗粒识别宜采用较大的孔喉封闭半径和较小孔隙面积,当二者比值为3/30（像素）时能更好地反应颗粒粒径分布情况;（4）PCAS具有较高的可行性,统计结果显示,各粒径含量变化趋势与人工统计相近,两种统计方法各粒径占比、分布规律基本吻合,说明利用PCAS可以实现对崩塌碎屑流颗粒粒径分布的高效便捷分析。     

中国主要河流的颗粒有机碳来源及通量

河流系统是连接陆地和海洋的纽带,在全球碳循环中起着重要的作用。河流中的颗粒有机碳（POC）主要由来源于土壤和植被的生物有机碳和来源于岩石的化石有机碳组成,POC的侵蚀、搬运、氧化和埋藏对不同时间尺度的碳循环有着重要的意义。本研究统计了我国31条主要河流（包括台湾12条）的POC含量、碳同位素和悬浮物通量等数据,获得生物POC和化石POC的年通量,探讨了我国河流POC来源和通量的控制因素。结果表明,这些河流的POC的来源和通量表现出明显的差异：黄河和长江侵蚀大量的年老生物POC,而台湾河流主要为化石POC;我国河流POC来源与通量主要受控于物理侵蚀、气候、地质地貌和人类活动等因素的影响。这些河流的流域面积占我国国土面积的47%,近10年其生物POC和化石POC的总年通量分别为4.25±0.78Mt C/a和2.04±0.22Mt C/a,各占世界河流通量的2.7^+1.3/_-0.9%和4.7^+6.6/_-2.8%,表现出对全球海洋有机碳的一定贡献。过去几十年,我国河流输沙量显著减少,改变了河流有机碳氧化和水库埋藏过程及通量,其过程和通量的进一步监测和研究对理解有机碳侵蚀、输运、氧化和埋藏及其在全球碳循环中的作用至关重要。

     

DEM拟合级配碎石材料大三轴试验的颗粒粗糙度效应研究

为充分利用石质弃渣,填石路堤已经成为山区高等级公路较普遍的路堤形式,为确保填石路堤的稳定性,急需开展弃渣碎石材料性质的研究。为研究颗粒粗糙度对样本性质的影响,本文以雅泸路某隧道废弃碎石的室内大三轴试验数据为基础,开展离散元法模拟级配碎石材料大三轴试验的颗粒粗糙度效应研究。论文详细介绍了样本颗粒形态及粗糙度的模拟原理、级配碎石数值样本的生成过程。分析数值试验过程及结果表明:团粒形态样本可以更真实地模拟碎石材料的骨架-孔隙结构,样本加载前有着合理、均匀的接触力分布形式; 团粒间的镶嵌结构可以极大的提高样本强度,变形过程中体现出不规则颗粒间的咬合、滑动特征; 样本强度与颗粒粗糙度(即D4值)有着线性正比关系; 样本初始平均接触数是决定样本内摩擦角的决定性因素; 团粒形态样本平均接触数随轴向变形发展的变化规律再现了颗粒材料弹性变形的微观力学机制。     

一种有限元转化为颗粒离散元的方法及其应用研究

为了充分发挥有限元与颗粒离散元各自的优势,提出了一种由有限元转化为颗粒流的方法。数值模型首先用较粗的有限元网格进行离散,并在单元上引入连续介质本构模型。力学计算开始后,实时跟踪各单元的应力状态。一旦某单元的应力满足Mohr-Coulomb准则或最大拉应力准则,删除该单元,同时创建具有一定数目、随机分布且微嵌入的颗粒簇。其后,该单元所在区域的非连续变形及失稳断裂由颗粒簇演化获得。各颗粒的质量、材料参数、速度、位移、接触力等信息根据插值从有限元单元中继承。为了实现有限元与颗粒流接触面的耦合计算,引入了点-棱（二维）及点-面（三维）接触模型,通过法向及切向弹簧实现接触力的计算。颗粒球与有限元板的碰撞分析、单轴压缩、岩石切割等案例展示了上述方法的精确性及合理性。     

确定得磁场源埋深及形态参数的二种方法

运用相关分析方法或最小二乘法对实测重磁异常最大值及其上延异常最大值进行行适当处理,可以获得二种简单、快速且能同时反演生磁异常场原理深及形态参数的方法。     

苏干湖盆地周缘分支河流体系的几何形态及影响因素分析

本文利用Google Earth、Global Mapper等地理信息软件和雷达数字高程数据对苏干湖盆地周缘发育的分支河流体系(Distributive Fluvial System,简称DFS)进行研究。统计了苏干湖盆地周缘DFS的坡度、扇体半径、汇水盆地面积和周长、DFS面积和周长等数据。结果表明:苏干湖盆地发育的DFS在径向剖面上表现为下凹状,横剖面上表现为上凸状,DFS上发育的河道沿顶点处往下呈现为放射状;各几何形态参数相关性分析显示扇体面积与半径表现为强的正相关,与源区面积也表现为正相关,与坡度则表现为负相关;在盆地不同部位发育的DFS其几何形态参数以及河道样式存在明显的差异,这些差异主要与DFS所处的构造位置、母岩性质、水文条件等因素有关。构造活动的强烈程度与DFS源区大小及扇体形态呈正相关性,构造活动越强烈,其扇体几何形态变化越大。母岩性质对DFS的影响主要表现在物源供给上,地表疏松、抗侵蚀风化能力差的母岩区域,DFS的沉积物供给充足,DFS半径延伸较远,扇面积也较大;水文条件通过控制不同区域水动力大小影响DFS的发育,水动力较强的区域DFS的发育规模较大。     

三种地下水水质评价方法的应用对比分析

本文给出了目前地下水水质评价中,常用的单项组分评价方法、F值法和模糊综合评判法基本原理。并运用这三种方法分析了北京市大兴区地下水水质,阐述各种方法的优缺点及适用条件,为地下水水质评价评价方法选用提供依据。     

广州市黄埔港区土壤中汞的形态分析及分布特征

采用化学浸提技术对广州市黄埔港区土壤中的汞进行形态分析,通过实验确定了可交换态汞(包括水溶性汞)、盐酸溶汞、元素汞、腐殖酸结合态汞、有机质结合态汞、硫化汞、残渣态汞的浸提条件,探讨了各种形态汞在表层及总量在垂直方向上的分布特征。分析结果表明,广州市黄埔港区土壤中汞以比较稳定的形态存在,活动态约占6%。总汞含量随深度增加而降低,总汞在垂直方向中的含量差异在一定程度上反映出汞受人为污染的影响情况。