构造弱变形区自动有限应变测量——以石英砂岩为例.pdf

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1、第20卷第2期地质力学学报Vo1．2ONo．22014年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun．2014文章编号：1006~616(2014)02-0159-06构造弱变形区自动有限应变测量——以石英砂岩为例崔敏，蔡佳(中海油研究总院，北京100027)摘要：有限应变测量是研究岩石变形特征的重要研究内容。为了提高岩石有限应变测量的精度与速度，改变手工测量岩石有限应变耗时、枯燥的状况，应用多重图像限制的自动种子区域生长算法，以大青山地区为例，对如变形区内的石英砂岩有限应变进行了自动测量。该算法综合多个图像、利用色彩信息，不需要特殊设备即可对颗粒进行自动识别。算法还在叠加

2、后的图像中，应用了修改的Canny边缘检测算法增强颗粒边界与内部的对比度。识别结果与手工测量的颗粒，在质心坐标、面积、长轴、短轴、有限应变测量方面具有很大的相似性。关键词：构造变形；应变测量；多图像；石英砂岩；自动化方法中图分类号：P551文献标识码：A岩石有限应变测量作为定量化研究岩石变形的重要手段，在构造地质学研究中扮演着重要的角色。由于其工作量大、工作时问长、枯燥等问题，使得在进行大区域应变分析时，采样密度偏低¨。近些年，对颗粒边界进行识别的方法逐渐被引入到岩石有限应变测量工作中。它们主要集中于边缘检测和单个图像的处理上。通过灰度图像边缘检测产生的结果，不能直接应用于应变测量

3、，而且受到特殊的设备、前期或者后期的图像处理’等限制。在单个图像中，当颗粒之间颜色差别比较大时，区分颗粒比较容易；而当边界颜色较暗、与颗粒相近，或在消光位时，将无法把需要测量的颗粒与其他颗粒进行区分。同时矿物存在波状消光也使得单个图像的识别更加困难。多重图像限制的自动种子区域生长算法(MultiplyImagesConstrainedAutomatedSeededRegionGrowing，MICASRG)利用正交偏光显微镜下石英砂岩薄片不同角度的干涉图像进行图像综合增强，然后修改CASRG算法⋯，对综合图像进行识别，获得了较详细的颗粒信息。此外，该方法的后期工作不需要人工干预，可

4、直接获得各个颗粒的几何参数用于应变测量。1原理与方法实现多重图像种子约束自动区域增长是将偏光显微镜下同一视域内，不同消光位置的多个图像进行综合，然后根据种子约束自动区域增长的方法对综合后的图像进行识别，达到获得尽收稿日期：2014-02-21基金项目：国家科技重大专项项目(2011ZX05023-001)作者简介：崔敏(1981-)，男，山东青岛人，工程师，现从事构造地质研究工作。E．mail：cuimin800@163．corn第2期崔敏等：构造弱变形区自动有限应变测量1632．2岩石有限应变测量结果的比较目前存在很多岩石有限应变测量的方法，本文应用Rr／法(R为变形后椭圆轴率，

5、为初始椭圆与变形椭圆之间的夹角)，分别对2组数据进行了岩石有限应变测量，并得出了相似的结果(见表1)。表1中长轴方向差别比较大，这是由颗粒本身应变量比较小引起的。长短轴差别较小，使得手工描图无法准确地判断长轴方向，从而造成长轴方位识别上的困难。表1两组数据的R／法岩石应变测量结果Table1Resultsoffinitestrainestimates(R『／)basedontwosetsofdata注：R为应变椭圆轴率，R。为初始椭圆轴率3结论传统的手工描绘进行岩石有限应变测量的方法需要耗费大量的人力、物力和时间，而且存在很大的偶然误差。前人利用边缘检测和单个图像的处理获得矿物颗粒

6、的信息，但往往受到一定的限制。本文利用正交偏光显微镜下石英砂岩薄片不同角度的干涉图像，通过修改CASRG算法对图像进行识别，获得更多和更详细的信息。同时，后期工作不需要进行人工干预，可直接获得各个颗粒的几何参数，进行岩石有限应变测量。将本文测得的156个颗粒的结果与传统方法进行几何参数和岩石应变测量结果进行对比，得到了近似的结果。质心坐标、面积、长短轴识别的相关系数较高，达到0．92以上；岩石有限应变测量的结果也很相似。在几何参数和岩石应变测量结果中长轴方位的相关系数较低，这可能是由于本次试验中所采用的石英砂岩岩石薄片变形较小，很多颗粒的长短轴接近等长所引起的。与其他的岩石有限应变

7、测量自动化方法相比，本方法综合多个图像，不受特殊设备的限制，利用彩色信息对各个颗粒进行识别，取得了令人满意的效果。在具体操作中笔者为了快速检验算法的可行性，采用了Matlab语言，造成识别速度比较慢。若采用C语言或者c++等语言，这一问题可以避免。致谢本文撰写过程中，吉林大学地球科学学院刘正宏教授提供了弱变形岩石样品，并对有限应变测量方法进行了有益讨论，感谢吉林大学地球科学院王清河老师在显微镜镜下岩石样品图像采集过程中给与的支持与帮助。参考文献[1]RoyCK，Mee