岩体中流体包裹体特征的数字图像分析

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1、上海大学硕士学位论文原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：本论文使用授权说明期：碰遂纽月矽彷本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：师签名：日期：知噎国跏ji7日期：趣啤叫扣ji7上海大学硕士学位论文第一章绪论1．

2、1引言作为地基、边坡、支护结构的材料，岩体在工程实践中起着十分重要的作用。三峡大坝、京九铁路等重大工程中，遇到了许多与岩石边坡稳定相关的问题，其中的最主要问题是岩体边坡稳定性分析。岩体工程性质，不但与岩石物质成份有关，而且与岩体中的结构面有关。对于大多数岩体而言，结构面状况往往是岩体工程性质的决定性因素。岩石工程性质分析时通常采用正向思维的方法。这些方法往往从事物的必然性出发，根据各种试验来建立分析模型、确定本构关系、在特定和有限条件下求解。但传统分析方法难以对错综复杂的的岩石力学与工程问题进行全面研究。20世纪70年代中后期，通常基于现场实测位移反

3、演岩体力学参数、初始地应力或初始位移。与正向分析方法相比，这种反向分析法得到的参数使同一模型输入参数与分析结果的可靠性得以很大提高。然而，这一方法分析岩石性状时通常从线性角度出发、并没有真正解决有效区别和合理建立模型的问题。岩体中的物质成份是不同时期所形成的，岩体内部的结构面也是多次风化、侵蚀、构造运动等内外部因素共同作用的结果。因此，准确确定结构面形成时外力大小、温度、压力、pH值、物质成份等方面的状况，真实反映结构面的工程性质，是一个十分有意义的研究课题。岩体受地质构造等外因作用下形成各种破裂面。这些结构面中，不但可以出现岩石的颗粒粉末，而且能够

4、存在各种液体或气体物质，这些物质会沿结构面不断迁移运动。在运动过程中，～些气相、液相物质在分子引力或化学键力等作用下，逐渐被结构面中的岩石粉末引附、捕获，生成新的次生矿物成份，这些新的次生矿物成份就是流体包裹体(Fluidinclusion，简称FI)。所形成的流体包裹体会不断充填于结构面、使原有结构面逐渐愈合，这种结构面就是流体包裹体迹面(Fluidinclusionplane，简称FIP)。由于流体包裹体的形成与结构面的形成息息相关、流体包裹体又能将其自身形成时的外部条件记录下来，因此流体包裹体能够真实反映形成时地质环境中各上海大学硕上学位论文种

5、地质地球化学信息(如压力、温度、pH值、盐度等)，流体包裹体中的物质成份是探索、了解相关地质过程(如成矿作用机制、流体迁移通道、流体迁移过程中的演化等)的密码。通过对流体包裹体进行定性及定量分析、测试流体包裹体记录的信息，可以推测岩体的应力历史和变形特征，为解决岩石力学所遇问题提供真实数据，对分析岩体工程力学性质也有较大的实用意义。流体包裹体研究在地质学中得到了深入研究和广泛应用。研究流体包裹体时，在野外采集岩石样本，在室内将其切割并磨制成0．2~0．3mm两面光滑薄片，利用费氏五轴旋转台进行FIP方位测定，通过显微镜观察来判定不同方位FIP形成的先

6、后次序，对不同时期FIP中的包裹体进行类型、大小、形态、成份、产状的观察和描述，利用冷热台上专门安装的摄像机获取不同类型包裹体图像。由于流体包裹体图像中包裹体数量多、数据计算量大。若采用人工处理，则工作量繁重、统计准确性和真实性受人为因素影响较大。因此，本文采用图像分析方法对流体包裹体进行分析处理。图像分析时，首先通过图像处理技术将图像中的流体包裹体识别出来，并以二值图像对识别出来的包裹体进行标记；其次，分别提取每一个流体包裹体的形态参数(面积、长轴、短轴、内接圆半径等)和几何参数(形心坐标等)；然后，以各包裹体形心坐标点代替包裹体，用这些点的坐标为

7、点集，采用最d'--乘法拟合出各条包裹体迹线；最后，将拟合出的流体包裹体迹线按所在平面的走向、倾向、倾角等关系重新定位到三维空间中，把属于同一流体包裹体迹面的流体包裹体迹线用网络联接起来，形成流体包裹体迹面。对流体包裹体数字图像进行处理后进一步分析流体包裹体的平面分布特征：用小波分解将流体包裹体数字图像分解成多个子集，以分解得到的子集为样本、采用Bayes算法进行聚类分析，将图像中的流体包裹体进行分类，计算出各类流体包裹体的频谱。虽然在肉眼看来流体包裹体形态各异，但是如用分形维数去考察、则可以得到流体包裹体的相似性特点。本文将使用盒维数方法计算流体包

8、裹体长轴大小分布的分形维数，使用广义维数谱和多重分形谱描述流体包裹体位置分布的多重分形性质。1．2流体包裹体