Question

实物地质资料岩石薄片的数字化方式及利用

Answer 1

苏桂芬　冯俊岭　刘晓文

（国土资源实物地质资料中心　三河　065201）

摘要　通过对实物地质资料岩石薄片的生产过程、保存利用现状的简介，指出了开展岩石薄片显微图像数字化的意义及必要性；着重论述了岩石薄片数字化的常用方法，并对岩石薄片全面数字化工作方式、岩石薄片数字化的三维重建进行探讨。图像采集后形成岩石薄片显微图像数据管理，其成果产品可服务于地质及相关行业生产、研究和大专院校教学、地学科普等。

关键词　实物地质资料　岩石薄片　数字化方式　显微图像数据管理　利用

岩石薄片作为实物地质资料的一部分，与其他原始地质资料一样，是客观的、唯一的、不可复制的。是反映全国各地区地质现象或重要矿产地质特征等的地质成果基础，信息内涵丰富、覆盖面宽，具有重要的保管意义和开发利用价值。岩石薄片数字化，是把野外作业采集的岩石手标本切制的薄片，利用偏光显微镜观察和数码摄像技术，采集显微图片，经过图像处理、整理说明，建立岩石薄片显微图像数据系统，进行数字化规范管理和科学利用。通过网络传播，实现信息共享，为地质、石油、煤田等相关行业科研生产服务，为高校教学、地学科普等，为社会公众提供实物地质资料数字化信息服务。

1 岩石薄片的产生过程、保存利用现状

岩石薄片是把岩石标本按需要的方位，用切片机切成厚0.5～0.8cm，长4～5cm、宽3cm的薄块，在磨片机上粗磨、细磨，磨平一面。进行抛光，再用水洗，并烘干，用加拿大树胶粘贴在载玻片上；然后将另一面进行研磨，先用金刚砂和水研磨，磨至0.03mm厚左右，再在盖玻片上放少量树胶，加热盖在薄片上即成。

我国原地矿部自建国到1998年底概略调查显示，光薄片已达301.2万件；1999年国土资源地质大调查以来，到2005年统计薄片也有6.2万多件；截至2009年12月15日，国家实物地质资料库房接收的青藏高原1:25万区调薄片21791件。大量的岩石薄片急须保护、利用，其存在的根本问题是显微镜下观察图像与鉴定报告是脱节的，给使用者带来诸多不便。

2 岩石薄片开展数字化的意义和必要性

岩石薄片数字化是实物资料馆藏形式的一种转换，它涉及信息管理、信息保存、信息服务和信息研究等方面的一系列变化和发展，作为实物地质信息资源建设的重要工作内容，具有重要的意义。数字化后的岩石薄片也为使用者打开了利用的方便之门。

2.1 岩石薄片数字化有利于保护实物薄片

玻璃制成的岩石薄片具有脆弱易碎、胶质时间长发黄等缺点，转换成数字文件，避免或减少用户直接使用，在胶质失效之前储存，延长实物薄片使用寿命。通过岩石薄片显微图像数字化，改变利用方式，利于实物岩石薄片储存，可以降低实物丢失的风险和损坏的几率，扩大实物薄片的利用范围。

2.2 岩石薄片数字化有利于提高实物薄片的利用率

岩石薄片数字化后，形成的岩石薄片显微图像数据系统能满足用户共享资源与及时提取资料。同一个岩石薄片，可以多个用户使用，用于不同方向研究，如区域地质调查注重的是矿物组合、结构构造、岩石定名。一个用户也可以观察多个薄片，通过在线资料浏览，不受时间和图书馆限制，在几秒钟之内来检索它们，通过内嵌资料的链接，进行对比应用。对数字化后的岩石薄片使用，扩大了实物资料的应用范围，提高实物薄片的使用效果和利用率。

2.3 岩石薄片数字化利于研究工作

薄片数字化的图片（或影像）及其说明、文本、图件等，经过编辑储存管理。利于使用者按照自己研究角度应用或科学探索，从而扩大实物薄片的利用范围。岩石薄片数字化后的影像可以支持长达几分钟的定格观察，使人们可以利用软件放大功能在屏幕上仔细地鉴别图片，这使得极小的可视资源图像（如岩石照片、矿物图形等）能被浏览开发。

2.4 岩石薄片数字化有利于科学管理

岩石薄片数字化可以提升实物地质资料的管理效率和水平，更好开展服务。把岩石薄片数字化信息存贮在磁盘或光盘等电磁介质上，提取整理编辑形成图册，如《岩浆岩典型岩石、特殊类型岩石显微图册》等，作为行业生产、科研应用、教学参辅等，也可以商业发行给社会公众；或制作成网络版放在服务器上供远程检索服务，便于开展有偿使用，提高经济效益，有利于的科学化管理和维护，创造出有经济效益和社会影响的信息产品品牌，推进岩石薄片实物资料的开发利用。

3 岩石薄片数字化方式

笔者认为岩石薄片显微图像数字化可以有3种方式，即岩石薄片图像截取采集、薄片图像全面录制和岩石薄片的三维重建。第一种是传统的岩石薄片下显微图像信息采集方式，后两种方式则为结合当前实物地质数据的信息整体数字化探索和利用软件技术开拓立体模式的尝试性设想。这里重点介绍常用的岩石薄片显微图像截取采集的工作方法。

3.1 岩石薄片数字化截取采集过程

选取岩石薄片中与鉴定报告相符、有代表性及与定名密切相关的、具有普遍意义和特有性部位，对其进行显微镜下多视域、多角度的图像采集，形成具有重要地质特征的系列数字照片，达到清晰反映矿物组合、形成期次、结构构造等鉴定特征，满足印刷出版薄片图册要求及科研、教学需求等。

3.1.1 岩石薄片鉴定报告的分析

每一个地质调查实物岩石薄片都对应有一份鉴定报告。鉴定报告是数字化采集的依据，充分研究鉴定报告所描述的显微镜下的内容，即矿物组合、含量、结构构造等相关描述信息，才能分清主次、突出重点，准确选取、正确采集。

3.1.2 岩石薄片数字化图像的选取

通过对岩石薄片鉴定报告信息的了解，对岩石薄片显微镜下所反映的图像进行观察选取：有视域大小，即高倍镜、低倍镜的选择；有光性的选择，即正交偏光、单偏光色彩的选择；还有特殊情况下如对多色性矿物或正交偏光镜下干涉色变化等进行影像录制。不同岩石类型具有各自风格，应系统化、条理化选择，准确清晰、内容丰富。

3.1.3 显微图像文字说明

把不同岩石类型薄片下所采集的不同显微图片进行编辑、整理，按照视域大小、光性选择及特殊情况截取等，进行附加矿物代号标注和地质说明、内容描述。一个岩石薄片对应有多个显微照片，各个显微图像均配有特征注解，既独具特色，又相互关联。

3.1.4 图像的综合整理

对显微照片的数据处理，是在微机上应用相关软件，进行显微照片的剪切、修编整形；对每一个显微照片进行对应编号；对系统薄片全面编排，把整理后的图像信息以数字化的形式储存集中、分类管理。

3.2 岩石薄片数字化全面录制设想

整体思路是把岩石薄片的全部内容在低倍镜、大视域下，以线或者面的连续形式，通过光学显微成像或扫描电镜图像等的方法获取岩石薄片图像，利用分析系统的常规图像分析功能，对获取的岩石切片多视场图像进行背景校正、剪切、拼接、图像说明链接等处理，形成完整的图像录制并集成储存。

每个岩石薄片作为采集对象，所反映的内容是不同的，大的方面有所在项目名称、位置、岩石类型，具体的为岩石薄片鉴定名称、岩石矿物组合、结构构造，还有矿物含量、接触关系具体描述等。通过分层归类、详略得当，全面反映实物资料富含地质信息，以便于满足不同用户检索信息的需求。

3.3 岩石薄片数字化岩石图像的三维重建尝试

在岩石薄片二维图像基础上，利用二维图像的特征信息重建三维结构，提供直观的视觉信息。通过虚拟现实技术，将岩石薄片下矿物三维图像真实地展现出来，使使用者能够从各种方位、各个层面以及各种旋转角度观察三维结构。为普查勘探与开发、地质找矿等提供更研究模拟实物基础；为分析研究岩石的微观结构提供了有效、简便、经济的方法；为高校教学、科普教育提供特色服务产品。

4 岩石薄片数字化利用

4.1 快速查询与检索的基础

根据用户检索的习惯和检索的内容，设置多个检索点，编制诸如地区卡、专业卡、岩性卡等多种组织形式，并将相同内容的查询卡片按不同的组织形式分别放在不同的系列之中。建立卡片查询体系，使用户能够快速查询与检索。

从信息组织方式上不仅有上述传统的固定分类组合，还采取按问题分层次动态分类组合与固定组合相结合的方式。例如，通过客户信息需求和搜寻行为的分析，可以编制如“全国变质岩岩性资料索引”、“青藏高原1:25万革吉幅系列剖面岩石索引”等不同层次、不同级别的实物岩石资料检索，不同的岩石配有相应的数字化图片及说明。需要指出的是，所编制的信息集成，不会改变原有实物资料的排架和信息，如所保管的西藏110幅区域地质调查资料，按图幅分剖面储存在实物地质资料库固定货位上，根据采集的信息利用计算机技术编制西藏物玛地区系列岩石资料，用户就可以了解物玛地区工作过的图幅、岩性种类、剖面数量、岩石特征及图片等情况，同时也可找到这些岩石薄片的存放位置。

4.2 避免重复工作，为地矿工作服务

实物岩石薄片资料赋载了大量的原始信息。作为地质成果的一部分，对实物岩石薄片数字化资料进行编研，是开发利用实物地质资料信息的重要手段。

在编研所形成的地区或图幅相关的岩石薄片显微图册中，为地质技术人员了解地区工作程度服务。通过对图像认识和说明了解，具体认识岩性特征及分布等，就可以不再重复取样，减少不必要的制作浪费；为专家学者研究某个地质事件、某项地质活动等提供第一手资料，从中取得新的重要发现或重大突破，从而为地质勘查和科学研究提供基础依据，避免重复工作，提高工作效率和工作水平。

4.3 特色编研，促进地质市场和地质工作发展

在选择有代表性的地区地质现象、系统剖面和重要矿山时，根据地质理论及实际资料，广泛查阅资料，收集补充完善地区、矿床（区）内地层、构造、成因等，逐步提高对区域或矿区地质、矿产等情况认识，进行编研。

还可以按照代表地质科学理论、反映中国地质条件与突出特点、显示中国地矿工作重要成果等方向，利用或收集馆藏实物薄片，进行广泛了解、深入研究综合系统阐述。采集岩石薄片数据，配合显微结构构造等特色，图文并茂地整理出来，使实物薄片灵动起来，提供给基础地质、农业地质、医学地质、环境地质、专题成果调查评价等领域作为参考，为地质工作发展和地质市场服务。

4.4 为辅助教学服务，达到知识传承的目的

地质实验教学的重点之一，是显微镜下各类岩石薄片的鉴定认识。实物薄片资料可以系统编辑，如三大岩系岩石结构构造、不同种属矿物组合总结等，作为显微示教系统的一部分，在数码透反射偏光显微镜下将显微图像从镜下解放出来，使师生共用图像，在岩矿教学中起到直观的作用，加强高校学生的实践能力培养。

4.5 科学开发，为培养青少年地学兴趣和社会公众服务

从趣味性出发，对显微镜下一些象形的组构、微构造组合等，经过筛选、整理，以欣赏角度，例如鸟眼构造、草莓结构、书斜式构造等，编研出一套有科学价值的显微岩画。作为地质科普教育中精神副食品，把专业知识形象化、卡通化，广开思路、旁征博引，增强青少年的兴趣，提高他们主动学习的积极性，培养其对地学爱好。

在地质公园中结合当地山容水貌，配以生动的岩石、矿物的显微特征图像，使人们在畅游之余，了解地学岩石显微常识。