基于GIS的颗粒形状和应变分析.pdf

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1、第15卷第3期地质力学学报JOURNALOFGEOMECHANICSV0J．15No．32009年9月Sep．2009文章编号：1006．6616(2009)03．0218—08基于GIS的颗粒形状和应变分析李勃，张廷山，王占磊，董银磊(西南石油大学资环学院，四川成都610500)摘要：将GIS应用到岩石颗粒形状和有限应变分析，使用了GIS地理数据库管理和空间对象叠置分析功能，说明了在GIS环境中颗粒形状参数和属性参数的定义-9获取方法；对颗粒有限应变分析时，使用了两种方法：最近邻弗莱法(TFry)和ASPAS法。以苏北盆地大丰一兴化勘探区块碎屑岩玻片为研究对象，成

2、功地分析了矢量化后的颗粒多边形形状及晶体塑性变形，为构造地质分析和应用领域提供了一个方便快捷的工具。关键词：地理信息系统；形状参数；最近邻弗莱法；ASPAS法；有限应变中图分类号：P54文献标识码：A0引言岩石的变形程度通常以岩石的应变来度量。岩石有限应变测量就是利用岩石中某些标志体(如化石、鲡粒、矿物等)的形态、分布和物性来确定岩石的应变状态。岩石有限应变测量有助于认识岩石中构造的形成机制，能够恢复岩石变形前的状态，而且区域性的系统应变测量还可以建立区域的应变场。岩石有限应变测量不仅可以帮助我们认识岩石中构造的性质，有助于查明这些构造的形成机制；而且也是对岩石变形

3、进行定量研究的基础，是现代构造地质研究中不可缺少的组成部分J。对岩石有限应变的测量，往往要收集大量构造要素数据，对数据进行加工和整理，然后绘制反映地质体构造几何学和运动学的各种构造地质图件，并进行受力变形的点、面、体的应力和应变分析，用手工操作要花费大量的人力和时间，效率低下]。地理信息系统(GIS)是在计算机软硬件支持下，对地理空间信息进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统，非常适合于地球科学领域相关问题的研究，为基础地质工作注入了新的生命力，地理信息系统的应用使地质勘查工作出现了质的飞跃]。GIS的海量数据处理能力和使用形状分析得到颗粒形状信息的

4、方便性，给地理信息系统的应用带来了极大的优越性]。GIS在构造地质学中的应用，可以简单地归纳为：数据信息存贮与分析；GIS中构造地质制图；GIS构造模拟与分析。本文将GIS应用于岩石颗粒形状和有限应变分析，为构造地质分析提供了一个方便快捷的工具。收稿日期：2008．12．26作者简介：李勃(1981-)，男，山东威海人，助教，硕士，2007年毕业于西南石油大学古生物专业，研究方向：GIS在石油地质中的应用。E．mail：libralibo@126．c0m第3期李勃等：基于GIS的颗粒形状和应变分析2l91形状参数与属性参数本文主要对岩石颗粒形状的3个几何特征进行描述

5、：粒度、形状和颗粒方向。一个颗粒的粒度由该类颗粒玻片下几何直径参数d来决定，而某一样品的粒度取决于样品的2个参数：不同直径范围百分比面积和直径出现的频率。颗粒的形状也使用2个参数进行描述，即颗粒椭圆率和形状参数S(颗粒面积／周长平方)。颗粒椭圆率被定义为颗粒的最大内接椭圆的长轴长度0和短轴长度b的比值(o，b)，由于椭圆率对颗粒的整体形状敏感，而对颗粒边界的细节形状不敏感，所以椭圆率参数R是作为颗粒形状参数S的补充。S的计算公式为：5：4丌／尸其中A是样品中单个颗粒面积，是单个颗粒的周长。从公式中可以看出：S与粒度无关，S：1时表明颗粒形状是圆形，当颗粒形状与圆形偏

6、差增大时S值减小。颗粒形状参数s到完美椭圆曲线E的距离可作为测量颗粒边界不规则程度的依据。颗粒方向被定义为最大内接椭圆的长轴和基准线之间的夹角，基准线方向可以根据研究的需要指定。角度和椭圆率是R，应变分析方法的参数。在ArcGIS软件中，每个岩石颗粒作为多边形对象存储在空间数据库中，每个多边形对象都有自己对应的形状接口(shape)，通过接口可以获得多边形的面积、周长和质心；而多边形最大内接椭圆参数可以通过ArcToolbox中的ZonalGeometry函数生成(见表1)。表l多边形形状参数获得方式Table1Methodsofobtainingshapepara

7、metersofpolygon对于获取的颗粒属性数据，可直接在GIS多边形对象属性表中建立子类(subtype)来进行分类，把矢量化后的颗粒组分属性值分为石英、长石和岩屑等等，便于以后对玻片命名时统计各组分含量。2GIS中岩石有限应变分析原理2．1最近邻弗莱法(TFryl在许多地质情况下，岩石颗粒点的初始分布不是随机的，而是呈集合体散乱分布的，但其间距离在统计上近于常数。这样分布的形成一般是因为物体具有特征的初始大小，这就意220地质力学学报味着最近邻的心对心距离是受堆积的几何约束所控制的。这种集合体在沉积过程中变形后，集合体中心对心间距是连线方向上伸长度的函数