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CT扫描技术在地质方面的应用

已有 8352 次阅读 2014-7-7 15:29 |系统分类:科研笔记| 地质

CT扫描技术在地质方面的应用

今天听了爱丁堡大学易鸿宇博士的讲座感触颇深,原来本已众所周知的一项技术应用到别的领域时竟可以带来如此大的惊喜。

易博士是做古生物方向的,她应用CT技术扫描了大量古生物化石,可以在对化石没有任何破坏的情况下就能扫描到苍龙头颅内部内耳导管(毫米级),并打印出3D图像,最后制作出3D模型以便于研究,但总之与其传统的医学方面的应用还是较相近的。

今天令人很震撼的是,她利用CT实验室方老师扫描的矿石图像及相应参数,做出了矿石(样品来源:河北峪耳崖金矿区)中自然金及黄铁矿空间形态的展示,其中该样品中自然金是被包裹在黄铁矿中的,而CT video则可以完全展示这种空间关系,它可以像剥荔枝皮一样,把一半的黄铁矿剥掉,活生生的展现了自然金与黄铁矿空间接触关系,以及两者的空间赋存形态(video展示时没有抓拍到图片)。

总之今天看到这些很兴奋,一项生物技术在地学领域的应用竟可以看到如此奇妙而又不同的世界,相信CT技术在地学领域会有更加广阔的发展空间。

这件事情对我很有启发,不只是CT在地学的应用会给我们带来惊奇,知识都是相通的,科技发展到今天,高技术产品琳琅满目,只要留心观察、用心去想、大胆去做,一定会有更多的精彩等待我们去发现。

 

CT应用背景简介:

计算机层析成像技术(Computerized Tomography),简称CT,是一种在不破坏物体结构的前提下,根据物体周边所获取的某种物理量(如波速、X射线强度、电子书强度等)的投影数据,运用一定的数学方法,经计算机处理,重建物体特定层面上的二维图像并依据一系列上述二维图像构成三维图像技术[1]

该项技术最先在医学领域得到应用,随着CT技术和各专业学科的发展,CT在物质探测方面所具有的巨大的优势使得CT技术在非医学领域如工业、地球物理、工程、农业、安全监测等行业得到了广泛的应用[2]。其中在20世纪70年代末期被用于检测各种金属材料、非金属材料、合成材料、混凝土和冰体结构的研究。80年代初期,开始在海洋石油、天然气勘探等领域得到迅速发展,并取得了良好的应用效果[3]80年代后期,CT技术被引如岩石力学领域,用于观察岩石的内部结构[3]

当前我国应用X射线CT技术观测岩石内部结构变化和裂纹演化过程均成为实验岩石力学的热点课题。杨更社等[4-7]是最早发表岩石CT成果的国内学者,他们着重分析了岩石CT图像的CT数分布特征;1999年,葛修润等[8]首次获得砂岩的实时CT图像,使实验技术有了新的突破;2000年,仵彦卿等[9]提出了密度损伤增量的概念,在理论上解决了从CT图像中提取岩石密度定量变化的问题;2001年,任建喜等]对基于CT数变化的岩石损伤变量演化公式作了进一步的改进;同年,丁卫华等[10]提出了CT尺度的概念,即能够从CT图像中识别的特定物质或结构的最小尺度,尤其是图像中的线状或环状影像的尺度。

国际上自80年代末也展开了大量研究,Raynaud[11]1989年采用CT方法给出了均质石膏、花岗岩、砂岩、白云岩在三轴压缩破裂后扫描断面的CT图像,很好地说明了CT是检验岩石内部裂纹结构的一种好方法。Robert等在1993年便采用与己知实际裂纹相比较的方法在CT图像上确定裂纹的宽度。然而,在实际岩土工程建设中所遇到的岩体都处于受力状态,为了更接近实际情况,许多学者又进行了岩石在外荷载作用下的细观研究。Kawakata[12]1999年采用重采样方法首次给出了CT图像的三维重建图像,研究了在三轴或单轴压缩条件下断层的发展过程,这为地震预报提供了重要的理论基础。Ron CK Wongze[13]则利用CT扫描,X射线图像和扫描电子显微镜技术研究了剪切样的微观结构特征,并用这些特征解释了在三轴压缩试验中相应的细观变形。2000年,Ueta[14]重建了室内砂体受剪切时产生的内部剪切带的空间三维图像及其演化过程,与野外沉积层的断裂带交切构造进行了对比。

综合前人研究,在地球科学领域的应用主要集中在石油地质及岩石学方面,而对于基础地质-构造地质学、矿床地质等方面的应用却少有涉及。

 

CT扫描岩石结果(图片来自网络)

参考文献:

[1]李珍照. 国外大坝监测几项新技术[J]. 大坝观测与土工测试, 1997, 21(1): 16-18.

[2]高丽娜,陈文革. CT技术的应用发展及前景[J]. CT理论与应用研究,2009,01:99-109.

[3]苏战争. 岩石X射线CT信号的分频处理[D].西安理工大学,2008.

[4]杨更社.岩石材料损伤变量与cT数间的关系分析[J].力学与实践,199820(4)47-49

[5]杨更社,谢定义,张长庆,蒲毅彬.岩石损伤单轴受力状态本构关系的CT识别[J].岩土力学,199710(2)29-32

[6]YANG Geng-sheCT identification of the damage constitutive relation of rock under the uniaxial stress-condition[A]IntSympon Strength theoryApplication Development and Prospects for 21st Century[C]Xi’anChina,1998850-857

[7]杨更社,谢定义,张长庆,蒲毅彬.岩石损伤CT数的定量分析[J].岩石力学与工程学报,199817(3)279-285

[8]葛修润,任建喜,蒲毅彬等.煤岩三轴细观损伤演化规律的cT动态试验[J].岩石力学与工程学报,199918(5)497-502

[9]仵彦卿,丁卫华,蒲毅彬,等压缩条件下岩石密度损伤增量的CT动态观[J].自然科学进展,2000(9)830-835

[10]丁卫华,仵彦卿,蒲毅彬等.受力岩石密度损伤增量及其数字图像[J].西安理工大学学报,200016(1)61-64

[11]Raynaud S, Fabm D, Mazerolle E, et a1Analysis of the internal structure of rocks and characterization of mechanical deformation by a nondestructive methodX ray tomodensitometry[J]Tectonophysics1989159149-159

[12]Kawakata HCho A, Kiyama T,Yanagidani T,Kusunose K,Shimada MThree-dimensional observations of faulting process in Westerly granite under uniaxial and triaxial conditions by X—my CT SCanTechonophysics1999,313293-305

[13]Ron C K WongMobilized Strength Components ofAthab-asca Oil Sand in Tfiaxial Compression[J]InCan Geotech J1999,36718-735

[14]Ueta K Tani K Kato TComputerized X—ray tomography analysis of three-dimensional fault geometries in basement-induced wrench faulting[J]Engineering Geology2000 56197-210.

 




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3 杨小林 于季棱 Vetaren11

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