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花岗岩电镜扫描图像二值化阈值对分形维数影响的研究 总被引：3，自引：0，他引：3
电镜扫描应用于岩土工程研究,能观察到岩石的细观结构,从另一个视角揭示岩石力学机理。分形维数是对岩石表面不规则、非线性裂纹裂隙的定量描述,是一个重要的参数指标。本文首先通过花岗岩电镜扫描实验,获得了花岗岩细观图像;其次研究不同二值化阈值下的图像和分形维数,结果显示分形维数随二值化阈值增大而减小;最后,对比迭代法、双峰法和Otsu法三种求最佳二值化阈值方法,表明Otsu法简单易行,得到的图像能反映岩石表面细节,求出的分形维数具有参考对比价值。因此将Otsu法图像二值化阈值得到的分形维数作为对比参考的标准,对岩石细观研究具有重要的参考价值。 相似文献
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《岩土力学》2015,(9):2532-2540
基于大津法(Otsu)多阈值分割方法,利用数字图像处理技术获取了花岗岩细观结构的表征图像,并结合颗粒流程序,重构了反映岩石非均质结构特征的细观模型。通过单轴压缩试验,分析了花岗岩的失稳破坏过程,并研究了细观结构强度对宏观强度及破坏形态的影响。研究发现:花岗岩试件失稳破坏过程中存在4种裂纹形式,加载初期首先产生界面裂纹,其次是云母裂纹,长石和石英在应力接近极限强度时才破坏;当增大胶结界面或矿物强度时,花岗岩的抗压强度随之增加,但增加梯度逐渐减小;胶结界面或3种矿物细观强度的增大会使该结构处裂纹数量减小,而增加其他结构处的裂纹分布;相对于中等强度的长石和高强度的石英,低强度的胶结界面和云母矿物对花岗岩宏观强度和破坏形态的影响较大,是关键细观结构。将Otsu图像处理技术与颗粒流程序相结合,建立反映岩石真实结构的细观模型,为研究岩石非均质性对宏观力学特性的影响提供了一种有效手段。 相似文献
3.
《现代地质》2017,(5)
针对泥页岩储层低孔特低渗、结构致密、非均质性强的特点,多采用三维数字岩心来直观显示各组分空间分布和表征微观结构。物理数字岩心虽更真实准确,但往往局限于特定岩石样品物性特征,因此需构建具有一定普适性、受多参数约束的、代表某一类岩性或岩相的简约数字岩心。同时,目前的图像分割方法难以对综合多样品特征、代表某类岩相样品进行组分划分。提出一种基于图像像素点累计分布函数,结合各组分百分含量及灰度序列进行阈值分割的方法,并基于X射线CT扫描成像,综合运用扫描电镜成像及能谱分析等手段,结合东营凹陷不同岩相泥页岩矿物组分及孔隙度特征,构建不同岩相(包括富长英质、长英质、富钙质、钙质和富泥质)泥页岩数字岩心。结果显示,东营凹陷泥页岩储层组分按灰度值由小到大依次为孔裂隙、有机质、黏土矿物、长英质矿物、钙质矿物、铁质矿物;基于不同岩相各组分体积百分含量及灰度分布序列,以CT灰度图像像素点累计分布函数表征不同岩相各组分体积百分含量分布函数,可依次划分各组分阈值,该方法可以实现其他分割方法难以完成的针对某一岩相进行阈值划分;采用先构建单组分数字岩心再嵌套组合的方法可构建具有一定普适性、受矿物组分和孔隙度等参数约束的泥页岩数字岩心。 相似文献
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以红砂岩为研究对象,进行冻融循环、CT扫描及力学特性试验,采用图像处理技术结合遗传算法寻优模型实现了0、5、10、20、40 次冻融循环后 CT 扫描图像的去噪、增强、分割及三维重构处理,通过对同一对象跨尺度的损伤识别与对比研究,建立了基于细观损伤的弹性模量劣化预测公式,并从材料细观结构的物理本质诠释了冻融红砂岩宏观力学行为。结果表明：基于图像最大熵值的遗传算法能够快速精确地选取阈值进行图像分割,实现对岩石细观结构中基质和缺陷的识别;随着冻融次数增加,岩石孔隙率上升、孔隙分维下降,细观尺度上呈现出孔隙扩展、数量增多,但结构复杂程度下降的演化行为;传统方法以有效承载面积、弹性模量为度量基准定义的宏、细观损伤变量未能全面考虑损伤物理机制和材料内部结构信息,宏细观损伤演化曲线差异较大;基于2种物理机制定义细观损伤变量和考虑岩石天然损伤定义宏观损伤变量,实现了损伤的宏-细观结合。最后通过冻融循环过程中细观结构演化与宏观力学响应之间的关系,提出了弹性模量劣化预测公式,并分析冻融砂岩孔隙大小及孔隙结构形态变化在损伤过程中占据的不同主导作用,根据细观结构的物理机制解释宏观砂岩冻融破坏的力学机制。 相似文献
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基于神经网络的页岩微纳米孔隙微结构分析的正则化和最优化方法 总被引：1，自引：1，他引：0
页岩气成藏机理与页岩内部孔隙结构紧密相关,对页岩孔隙结构的研究成为页岩气勘探开发技术中至关重要的一环。页岩内部不同结构体组分对X-射线的吸收能谱不一样,这样就导致观测数据是由不同页岩组分衰减不同波段的X-射线构成的。经过对CT图像分割,能够获得页岩微孔结构的图像,尤其是获得有机质中孔隙类别、形状、尺寸、空间分布、连通特性。本文利用同步辐射X射线扫描重构的页岩CT数据,研究并设计基于多能CT图像的神经网络图像分割技术和算法,以期得到页岩体三维结构特征及空间分布,可以为建立有机质种类和无机矿物组成与微纳孔隙特征的联系以及最终实现页岩气的资源储量评估和勘探开发提供技术支持。 相似文献
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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。 相似文献
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岩土工程材料的细观结构特征会在很大程度上影响其宏观力学行为。随着数字图像处理技术的逐渐成熟,基于变分水平集方法的偏微分方程（PDE）方法在图像处理中越来越受重视。在岩石数字图像的基础上,运用基于变分水平集方法的C-V模型,结合图像的背景填充技术实现花岗岩图片的3相分割（长石、石英和云母）,为进一步力学分析提供条件。上述方法可以量化岩石细观结构,最终获得能够准确反映岩石内部特征的图片,为将来的有限元分析提供真实几何模型。处理结果表明,通过选取适当的迭代次数和数字图像处理技术,该法能够获得较高质量的岩石细观结构量化图。 相似文献
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基于煤岩孔隙系统多尺度结构特征对深入认识多尺度流体运移机制的重要性,提出了基于图像描述的煤岩CT图像孔隙结构的多尺度精细描述方法。采用了图像的多策略分割技术提取目标,利用Freeman链码对目标的边界进行表达,研究了由形态学、统计矩、链码、计盒维数构造目标之间的关系、目标占有区域与边界的图像描绘子、以及分形描绘子;综合运用上述方法对煤岩CT图像中的大尺度宏观裂纹目标、小尺度细观裂隙目标进行了识别。结果表明,宏观裂纹可由灰度阈值法实现目标提取;小尺度细观裂隙需采用较复杂的分割策略,如基于索贝尔梯度算子的分水岭变换;进一步应用链码表达、图像描绘子和分形描绘子,实现了煤岩孔隙结构在欧氏空间与分形空间的多尺度精确描述。 相似文献
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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。 相似文献
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煤岩中孔隙与裂隙的结构、形态等特征直接影响煤层气在煤层中的聚集和运移。为对煤岩中孔裂隙类型及孔裂隙的空间分布进行表征,选取宁武盆地中煤阶煤岩,利用微CT扫描技术对煤岩进行扫描获得CT图像,运用FDK算法重建煤岩的灰度图像并基于宏观孔隙度值对灰度图像进行二值化分割,对CT图像中的微裂纹目标进行了识别;利用CT扫描获得的图像依据煤岩中基质、孔裂隙及矿物组分均表现出不同的CT值分布,实现了煤岩中孔裂隙的三维建模,对煤岩中孔裂隙的尺度以及空间分布进行综合表征。研究成果为后期研究煤岩中气体吸附-解吸-渗流的多尺度过程奠定了基础。 相似文献
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一种计算岩石中矿物组成的新方法 总被引：1，自引：0，他引：1
介绍根据显微下观察,应用岩石化学全分析结果和分子量计算法计算岩石中矿物组成的新方法。所得各种矿物的组成是整块岩石在三维立体体积中各种矿物的质量分数,比目前沿用的目测一个岩石切面上各种矿物的面积百分比法更准确,比CIPW标准矿物分子法更符合岩石样品组合的实际情况,而且可用于含云母族、绿泥石族和铀矿物等蚀变矿化的花岗岩及沉积岩、变质岩的矿物组成计算。 相似文献
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松花江水系作为我国七大水系之一,对其沉积物组成的深入探究对揭示源区控制因素和沉积物的搬运—沉积过程具有重要意义。重矿物蕴含着源岩母岩的重要信息,是解开由源到汇过程和物源示踪的重要工具。为了评估物源、河流过程和化学风化对重矿物组成的影响,我们从松花江水系干流和支流的边滩以及阶地共取32个样品,进行分粒级(<63μm、63~125μm和125~250μm)的重矿物分析。结果表明,松花江水系源区母岩信息在嫩江各支流(诺敏河最为典型)的重矿物组成中得到很好的反映,但在嫩江干流中没有得到反映,这表明物源对重矿物组成的控制受到河流过程的影响。松花江水系的重矿物组成以角闪石、绿帘石、钛铁矿和榍石为主。河流沉积物的重矿物组成主要富集在63~125μm组分,同一河流的不同河段的重矿物组成存在显著差异(巴兰河尤为典型),表明了河流搬运—沉积过程对重矿物组成起到重要控制。哈尔滨松花江T2阶地沉积物(弱风化)的重矿物组成基本保留了现代河流砂特征,讷谟尔河T1阶地沉积物(中等风化)的重矿物受到一定程度的改造,而受到严重化学风化影响的通河松花江T3阶地的重矿物组成已遭受严重破坏,不稳定矿物(角闪石和辉石)以及蕴含的母岩信息已完全消失,表明了重矿物组成明显受到沉积物化学风化程度的影响。由于源—汇过程中重矿物的混合和由此导致的稀释作用,使得沉积物携带的物源信息经过长距离搬运之后逐渐变得模糊。因此,我们认为,在进行河流重矿物源—汇过程研究中,宽粒度分析窗口和足够多的样品数量需要考虑以充分获取源区完整的重矿物组成信息。同时,在利用河流阶地重矿物组成进行源—汇联系和古水系演化研究时,需要首先评估阶地沉积物的化学风化程度。 相似文献
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对浙江省内花岗质岩石样品薄片在偏光显微镜下鉴定,试图建立矿物学与微构造之间的联系,确定裂隙分布矿物学控制因素,并调查微裂隙与交代变质蚀变之间的关系.薄片显示花岗质岩石主要由斜长石、钾长石、石英和云母组成.其中长石和云母解理发育,在结构上更易于变形,而石英则表现为均质特征,其中的裂隙比其他矿物(长石、云母)中更发育.这些解理和裂隙接纳流体进入并造成交代变质.在此过程中,黑云母被白云母交代而形成石英并释放出钾,这些钾进而交代斜长石而形成钾长石.值得关注的是,一些矿物颗粒边界显现出很少的变形,如钾长石-斜长石边界和石英-石英边界呈现较低程度的颗粒间碎裂,并变得可能比以前更坚硬,这是因为重结晶作用和交代作用胶结了以前的碎裂结构.最后,变形作用影响到整个岩石,为流体通过岩石打开通道,进一步的微裂隙对大规模钾交代变质作用的发生至关重要.研究区内花岗岩的矿物学及裂隙特征表明,交代作用可以作为可靠的构造标志,用以恢复浙江花岗岩现代和古裂隙的几何特征. 相似文献
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南天山金矿带是世界上一个重要的金矿资源地,产出数个超大型金矿。这些矿床有许多共同点:如大地构造背景、构造环境、含矿岩系、容矿岩石、控矿构造、矿体形态、矿石类型、主要金属矿物、载金矿物、围岩蚀变、成矿时代和成矿方式等相似。但是,进一步分析可以发现他们之间也存在一定差异。例如,在构造位置、物质成分、围岩蚀变等方面存在差异。对本区一些基本的成矿特征进行分析后,认为矿带的形成与南天山造山带的形成和演化关系密切,华力西期与花岗岩活动有关的热液成矿作用应是主要的成矿作用。因此,该矿带应属于细脉浸染型金矿较为合适。南天山尚有寻找此类金矿的远景。 相似文献
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A ductile shear zone within a metasomatic biotite band in the Ryoke granite, Teshima, SW Japan, has been studied using the scanning X-ray analytical microscope (SXAM). This enabled the quantitative distributions of major elements, such as Si, K, Fe, Al and Ca, to be determined within the shear zone. These element maps were processed to transform them into images showing the distribution of minerals such as quartz, biotite, plagioclase and K-feldspar, which form the major minerals within the biotite band and the granite protolith. Mineral profiles based on these mineral maps compared with the simple shear strain profile reveal that the shear zone is most intense where quartz and biotite have been substituted for the primary mineral assemblage of the granite protolith, suggesting that the stresses imposed on the granite caused the shear strain to localize along the biotite band to produce the observed shear zone. It appears that the rheological behavior changed around 50–60% of quartz modal composition. 相似文献
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Industrial uranium orebodies have recently been found through in-depth uranium exploration in the Luohe Formation in the southwestern Ordos Basin, which is an important breakthrough in deep prospecting for sandstone-type uranium deposits. The composition, content and characteristics of clay minerals in the Luohe Formation in the Zhenyuan area were systematically studied by means of thin section identification, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and altered mineral spectral scanning. Unlike the most important uranium-bearing rock series in the Zhiluo Formation in the northeast and southwest of the basin, the ore-bearing Luohe Formation sandstone has low contents of clay minerals while the clay mineral assemblages vary in different sand bodies. Among them, the main types of mudstone, oxidized sandstone, calcareous sandstone and mineralized sandstone are illite-smectite mixed-layer mineral and illite, followed by kaolinite and chlorite, the main types uranium-rich sandstone and gray-green sandstone are kaolinite and illite-smectite mixed-layer mineral, followed by illite and chlorite. Even though adsorption of clay minerals, such as chlorite, illite-smectite mixed-layer mineral, kaolinite, and illite may contribute to U enrichment and uranium mineral precipitation, no correlation between clays and uranium minerals have been observed, indicating that clay minerals are not the main factor affecting uranium enrichment during the deep metallogenic process. The study of clay minerals in the Luohe Formation sandstone demonstrated that there are at least two phases of chlorite and one phase of kaolinite in the study area, which respectively represent two phases of alkaline fluid and one phase of acid fluid activities, revealing a fluid phase transition of alkaline-acidic-alkaline. Therefore, the clay minerals can be used as an important indicator for uranium mineralization. © 2020, Science Press. All right reserved. 相似文献