馮俊嶺，包志民，呂長祿，劉鳳民，蘇桂芬

（1.國土資源實物地質資料中心，河北 三河 065201；2.黑龍江省區(qū)域地質調查所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱 150000）

巖石薄片顯微圖像采集技術及應用

馮俊嶺1，包志民2，呂長祿3，劉鳳民1，蘇桂芬1

（1.國土資源實物地質資料中心，河北 三河 065201；2.黑龍江省區(qū)域地質調查所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱 150000）

通過對實物地質資料巖石薄片的利用價值、鑒定弊端闡述與研究現(xiàn)狀的簡介；指出了開展巖石薄片顯微圖像數字化意義的重要性；著重論述了巖石薄片照相的常用方法技術思路、流程和工作方式，指出當前工作存在的問題與進一步工作設想。探討了圖像采集后形成巖石薄片顯微圖像數據管理，其成果產品可服務于地質及相關行業(yè)生產、研究和大專院校教學、地學科普等。

巖石薄片；顯微照相；采集技術方法；數據管理；薄片圖像應用

用偏光顯微鏡進行巖石薄片觀測研究的技術和方法，是科研和生產中最基本、最有效、最迅速、最廉價的方法之一，特別是在巖石形態(tài)和組構研究方面，是其他方法所無法取代的。早期的巖礦鑒定報告只有文字描述（個別典型特征有手繪素描圖），沒有顯微鏡下圖片，隨著顯微鏡技術的更新?lián)Q代，利用三目攝像可以獲得影響，但目前技術人員的做法也只是先產生鑒定報告，之后選擇物鏡倍數及適當位置，隨報告附鏡下圖片1張或幾張。如何真實有效提取巖石薄片顯微鏡下多種信息，是當前地質工作一大技術課題。

國家實物庫截至2012年5月，收藏了36810片來自青藏高原1/25萬區(qū)域地質調查工作的巖石薄片，這些薄片系統(tǒng)地反映了青藏高原1/25萬區(qū)調工作的成果，涵蓋了青藏高原地區(qū)主要的巖石類型，是了解和研究青藏高原地區(qū)地質不可多得的第一手實物資料。為了有效保護和充分利用這批珍貴實物資料，自2010年起開展了巖石薄片顯微照相技術研究及采集工作，通過專業(yè)人員的觀察，把偏光顯微鏡成像方法和數碼照相技術有機結合起來，對巖石薄片中有代表性、具有普遍意義和特征性的部位，進行多物鏡、多光性、多視域的圖像采集記錄于電腦中，形成巖石薄片反映地質特征的系列數字照片，進行圖文信息的統(tǒng)一管理，對今后的保存和利用，具有重要的保管意義和開發(fā)價值。

1 巖石薄片顯微圖像采集的意義與重要性

1.1 利于保護實物薄片

玻璃制成的巖石薄片由于脆而易碎，且保存不當膠質易發(fā)黃或龜裂等難以長期保存，通過數字化工作，將薄片原始影響資料儲存于計算機中管理，不僅可以長期保存，還可以減少直接使用帶來的損毀，延長實物薄片保存壽命。

1.2 提高實物薄片的利用率，利于研究工作

巖石薄片數字化資料，可以通過網絡技術實現(xiàn)信息共享，利用管理服務系統(tǒng)進行查詢、檢索，一個薄片信息可以供多人同時觀察討論，一個用戶也可以同時觀察多個薄片進行對比分析，研究分析所需的各類薄片資料等。從而大大提高實物薄片的利用效率，增強行業(yè)間業(yè)務交流，擴大實物資料利用研究范圍和深度。

1.3 利于實物資料信息管理，促進集群化服務

巖石薄片數字信息化，還可以存貯在磁盤或光盤等電磁介質上，進行分級管理和保存，完善實物地質資料的管理方法；在網絡上，不僅圖像能夠下載，還可以通過建立交流共享、議建反饋等平臺，進行學術研討，利用信息技術，便于實物信息的管理與傳播，提升管理水平和效率，促進實物地質資料信息集群化服務進程。

2 薄片數字化技術思想

以現(xiàn)有實物薄片和鑒定報告為基礎，利用透射偏光顯微鏡和與其配套的數碼照相系統(tǒng)采集信息，結合相關軟件的新技術、新方法，依據不同巖性的基本特點有針對性地進行圖像采集。

應用數碼采集系統(tǒng)與計算機相結合，遵守儀器使用規(guī)則，在顯微照相過程中實現(xiàn)信息采集加工、處理、存儲、管理等的現(xiàn)代化技術。

以《實物地質資料館藏管理技術要求》、《透明礦物薄片鑒定手冊》、《火成巖鑒定手冊》、《變質巖鑒定手冊》、《巖石分類和命名方案火成巖巖石分類和命名方案》、《巖石分類和命名方案沉積巖巖石分類和命名方案》、《巖石分類和命名方案變質巖巖石分類和命名方案》等規(guī)范為基礎，對巖石鑒定報告與薄片反映的內容對比研究，分析巖石組合類型，結合地域及分布范圍，真實有特色的采集微觀現(xiàn)象。

全面了解實物資料相關的巖石標本照相、巖心掃描數字化的技術方法，將薄片顯微照相形成的地學信息數據庫完整化，提高實物地質服務的效益與質量。

3 巖石薄片圖像采集技術過程及方法

3.1 薄片圖像采集軟件

是針對已經做過巖礦鑒定的薄片，利用薄片鑒定報告內容，進行日常采集工作，基礎信息如表1所示。

表1 巖石薄片圖像采集數據項

3.2 選擇薄片圖像存儲位置及準備

由于巖石薄片顯微圖片數據多，占用空間大，因此最好使用獨立工作盤，按照不同項目建立一級文件夾。在一級文件夾內還要建立兩個二級文件夾，可以命名為“文本”和“采集”，其中“文本”是電子版鑒定報告的存儲位置；“采集”文件夾是專門為采集顯微照片準備的。最后建立三級空文件夾，是根據鑒定報告內薄片的編號命名的。

如果一份電子文件內有多個鑒定報告內容，則“采集”文件夾內三級文件夾為對應的電子文件名稱，到每個薄片編號的空文件夾就為四級了。電子版鑒定報告和空文件夾是為使用采集圖像儲存做準備的。

3.3 選取文件夾及圖像瀏覽

首先打開鑒定報告，之后進入采集界面，點擊主菜單下的“圖像采集”子菜單，彈出瀏覽文件夾對話框，選擇獨立工作盤內已經建好的對應薄片編號的空的子文件夾（圖1），單擊“確定”按鈕，出現(xiàn)連續(xù)拍攝對話框，點擊“開始預覽”按鈕，出現(xiàn)預覽區(qū)域，在預覽查看設置區(qū)域，進行全圖/局部圖切換，觀察焦點框的位置，轉動顯微鏡粗及細準焦螺旋調節(jié)圖像的清晰度，至效果最好后點擊“顯示全圖”，進行顯微圖像全面預覽（圖2）。

3.4 圖像采集技術要求

每個巖石薄片按照視域大小及偏光等的不同，要求最低形成6張圖片，即基礎圖片為物鏡2x、4x和10x的正交偏光、單偏光各一張。但要求常見礦物石英、長石高倍鏡下必須有正交偏光圖像采集；黑云母、角閃石等具有多色性礦物，必須有單偏光采集圖像；副礦物小顆粒則要求最低10x物鏡下清晰采集圖像，或者可用40x物鏡采集圖像。

圖1 進入采集截面并選位置

圖2 軟件瀏覽截面

由于不同巖性薄片的顯微特征各不相同，因此在采集過程中，工作人員則可按照對鑒定報告的理解及顯微鏡下特色，增加顯微圖像的采集張數，又可以根據鏡下觀察顯微特征，補充鑒定報告中未描述的內容及采集。

巖石薄片的使用，每一次應留有記錄。顯微鏡下的觀察，必有一定的目的和應用方向，因此應留下相關的圖像采集與說明描述；采集的圖片只能順序增加，不能覆蓋，此軟件還預留有為今后不同工作方向采集顯微圖像的空間。

3.5 圖像采集順序及說明

通過全面觀察，為選取薄片下效果較好的位置做準備，同時找到與薄片號對應的鑒定報告，把拍攝對話框內必填項，即薄片編號和已有的鑒定名稱、結構構造從鑒定報告內粘貼過來，分析巖礦鑒定報告內容，按照從整體到局部的順序，顯微鏡物鏡從低倍鏡大視域到高倍鏡小范圍，由面到點逐步深入清晰采集。

低倍鏡大視域為采集顯微鏡下具巖石典型鑒定名稱特點、結構構造特色、礦物含量全貌的單偏光圖像和正交偏光圖像。

高倍鏡下則為采集具體礦物、古生物、微構造等特征，根據礦物自身特點、古生物等特色，采集人可以視情況自行抉擇單偏光或正交偏光，根據理解認識能力采集圖像。

總體原則既要有較為全面反映巖石特征，又要有具體顯微特點，逐字解讀、逐段分解鑒定報告，真實反映且與鑒定報告描述內容保持一致性的薄片下巖石顯微組構、礦物含量、粒度組合及蝕變礦物、古生物、微構造等相關信息。

3.6 單幅圖像選擇及采集

采集窗口的左下角有圖像說明信息框，選定鑒定報告內容后，進行信息的錄入粘貼，通過描述分析，確定物鏡倍數，移動顯微鏡載物臺上薄片，調節(jié)顯微鏡焦距到最清晰處，觀察后選擇采集圖像位置，點擊單幅采集按鈕完成一次采集，變換偏光背景，對應進行單幅圖片的采集（圖3），軟件自動生成含有該圖片信息的txt文件。

圖3 單幅圖像采集示意

在圖像截取時每一幅圖都有其相應的特點，通過不同的物鏡倍數和偏光性質采集，反映其特征屬性內容，每采集一張顯微圖片都要填寫薄片物鏡倍數、光性和圖像說明參數，完成單幅圖像的采集，形成jpg格式，保存圖片和信息于四級文件夾內。

在采集對話框內有薄片采集圖像單幀的總張數（圖3），以便統(tǒng)計整理使用。

3.7 圖像整理檢查及統(tǒng)計

打開采集軟件窗口，點擊左上角文件“打開”子菜單，彈出打開圖片對話框，進入已采集數據的文件夾，全選文件夾內所有圖片到軟件界面，有顯示圖片大小的下拉列表框，選擇合適的百分比，進行圖片的縮放顯示到適中（圖4）。檢查記錄的巖石薄片顯微圖像拍照張數的準確性；對照巖礦鑒定報告內容，檢查圖像說明項所填內容的正確性；觀察每張圖片采集的清晰度；對應檢查圖片物鏡倍數、偏光性質所選的正確性；檢查采集圖片內容與圖像說明的相符性。

每完成一個項目，要檢查采集工作的所有文件、圖像等的完整性，明確各級文件夾關系及子文件夾內容，即每個獨立文件夾內二級文件夾采集內與文本鑒定報告、薄片數量的一致性，便于查找和應用。最后形成的是采集明細表，具體見表2，至此采集完成，方可備份以便匯交。

圖4 檢查采集圖像示意

表2 1∶25萬沱沱河幅巖石剖面錄入及采集圖像明細

4 存在問題與工作設想

4.1 存在技術處理問題

巖石薄片信息內涵豐富，一般巖片為30mm×20mm，但受到偏光顯微鏡、照相設備的制約，反映到采集視域下所顯示的圖像僅為巖片的幾十分之一，全面采集，存在智能拼接問題；還要反映單礦物及礦物組合、顯微構造、生物化石等，在不同倍數、不同背景、不同方向的特征，動態(tài)采集難度更大，大數據的薄片顯微影像的保存，有待進一步工作，探索巖石薄片顯微圖像采集工作新技術方法是時代的需求。

4.2 巖石薄片數字化全面錄制設想

整體思路是把巖石薄片的全部內容，在低倍鏡、大視域下，以線或者面的連續(xù)形式，通過光學顯微成像或掃描電鏡圖像等的方法獲取巖石薄片圖像，利用分析系統(tǒng)的常規(guī)圖像分析功能，對獲取的巖石切片多視場圖像進行背景校正、剪切、拼接、圖像說明鏈接等處理，形成完整的圖像錄制并集成儲存。

每個巖石薄片作為采集對象，所反映的內容是不同的，大的方面有所在項目名稱、位置、巖石類型，具體的為巖石薄片鑒定名稱、巖石礦物組合、結構構造，再次還有礦物含量、接觸關系具體描述等，通過分層歸類、詳略得當，全面反映實物資料富含地質信息，使實物資料數字化采集達到一個新的高度。

4.3 巖石薄片數字化巖石圖像的三維重建嘗試

巖石薄片數字化巖石圖像的三維重建嘗試是在巖石薄片二維圖像基礎上，利用二維圖像的特征信息重建三維組構，提供直觀的視覺信息，通過虛擬現(xiàn)實技術，將巖石薄片下礦物三維圖像真實地展現(xiàn)出來，可用從各種方位、各個層面、以及各種旋轉角度觀察立體形態(tài)及結構，用來彌補巖石薄片存在，而巖石手標本缺失的不足。提供較為真實的模擬實物基礎，為普查勘探與開發(fā)、地質找礦等服務，為分析研究巖石的微觀結構提供了有效、簡便、經濟的方法，為高校教學、科普教育提供特色服務產品。

5 巖石薄片顯微圖像應用

5.1 快速查詢與檢索的基礎

把采集成果發(fā)布于網絡上，設置多種查詢檢索方式，編制諸如地區(qū)卡、專業(yè)卡、巖性卡等多種組織形式，并將相同內容的查詢卡片按不同的組織形式分別放在不同的系列之中，建立相應體系，滿足快速查詢與檢索所需。通過巖石薄片信息采集與集成，形成了綜合性信息開發(fā)產品，集科普與學術于一體，普及地學知識，實現(xiàn)地質資料的社會化服務。

5.2 避免重復工作，為地礦工作服務

巖石薄片內賦載了大量的原始實物資料信息，作為地質成果的一部分，對實物巖石薄片顯微圖像資料進行編研，是開發(fā)利用實物地質資料信息的重要手段。可以形成反映地區(qū)或圖幅范圍內的巖石特征的薄片顯微圖像系列成果，展示地區(qū)或圖幅內巖石特點，使得通過對圖像認識和說明了解，能具體認識巖性特征及分布等，了解地區(qū)工作程度服務，認識巖性巖相特征、地區(qū)地質礦產條件等，就可以不再重復取樣，減少不必要的制作浪費等；為專家學者研究某個地質事件、某項地質活動等提供巖石薄片顯微信息第一手資料，從而為地質勘查和科學研究提供基礎依據，提高工作效率和工作水平，實現(xiàn)實物地質資料成果轉化。

5.3 為輔助教學服務，達到知識傳承的目的

地質教學實驗的重點之一，是顯微鏡下各類巖石薄片的鑒定認識?？梢韵到y(tǒng)編輯不同巖性組構的影像特征，以數字化的形式，作為顯微示教系統(tǒng)的一部分，在巖礦教學中起到直觀的作用，加強高校學生的實踐能力培養(yǎng)，為“立交橋”式實驗教學新體系服務。目前以近年工作青藏高原1∶25萬區(qū)域地質調查實物地質資料為基礎，按照三大類巖石的分類體系和重要巖石類型，挑選出110件具有代表性和典型特征的巖石薄片，整理出顯微圖像1036張，編輯圖像說明，整理而成有《典型巖石薄片顯微圖冊》正式出版，傳承知識，作為教學的輔助材料，為廣大師生服務，也可以為希望了解地質專業(yè)常識的讀者服務。

5.4 科學開發(fā)，為培養(yǎng)青少年地學興趣和社會公眾服務

從趣味性出發(fā)，對顯微鏡下一些象形的組構、微構造組合等，經過篩選、整理，以欣賞角度，例如鳥眼構造、草莓結構、書斜式構造等，編研出一套有科學價值的“顯微巖畫”。作為地質科普教育中“精神副食品”，把專業(yè)知識形象化、卡通化，做到既有吸引力，又有向學性，增強青少年的興趣，提高他們主動學習的積極性，培養(yǎng)其對地學愛好。

隨著旅游事業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對自然界的興趣與日俱增，希望了解各旅游地點的自然環(huán)境及賦存的科學意義，地質概貌及其特點也就成為旅游者關心的熱點。在地質公園中結合當地山容水貌，配以生動的巖石、礦物的顯微特征圖像，使人們在暢游之余，了解地學巖石礦物常識，頗有大開眼界、增長見識的感觸，對于陶冶性情，開闊心胸，培養(yǎng)人們樂觀向上的個性大有益處，對于促進物質生活與精神生活的建設起到積極的作用。

Rock microsection images capturing technologies and application

FENG Jun－ling1，BAO Zhi－min2，LV Chang－lu3，LIU Feng－min1，SU Gui－fen1
（1.Cores and Samples Center of Land ＆Resources，Sanhe 065201，China；2.Regional Geological Survey of Heilongjiang Province，Harbin 150080，China；3.Heilongjiang Institute of Geological Survey，Harbin 150036，China）

By introducing the microsections of geological material data in the aspects of utility value，drawbacks，and research status，the significance of conducting the work of collecting microsection digital images is stressed；the common technological viewpoints and working processes and working methods are emphasized；the problems existed in the current work and the assumption of the further study are pointed out.The paper also discussed the management of microsection digital images after they are captured after the image acquisition，the formation of rock microscopic image data management，the outcome can serve geology and related industry，research and tertiary education，science and geosciences popularization.

rock microsection；photomicrograph；acquisition technique；data management；microsection imags applications

E－mail：tongxing.su＠163.com。

P585

A

1004－4051（2014）S2－0168－05

2014－09－17

中國地質調查局項目“內蒙古1∶5萬蘇哈圖等四幅區(qū)域地質調查”資助（編號：1212011120710）；中國地質調查局項目“國家級巖心標本采集及數字化”資助（編號：1212011120404）

馮俊嶺（1967－），男，高級工程師，從事基礎地質研究。

采選技術