溶液浸泡对红砂岩孔隙度与分形维数影响研究

"该研究由颜益鹏、杨伟斌和朱庆勇发表在《河南理工大学学报(自然科学版)》2018年第2期，探讨了溶液浸泡对华南地区红砂岩孔隙度和分形维数的影响。通过将红砂岩样本置于不同盐溶液中浸泡，然后使用扫描电镜(SEM)获取图像，并采用加入梯度信息的水平集图像分割方法进行图像处理，分析了红砂岩的孔隙结构。研究发现，溶液浸泡能改变红砂岩的孔隙结构，分形维数增大，孔隙度增加，且这种变化随浸泡时间延长而持续，直到30天左右趋于稳定。此外，不同盐溶液对孔隙度和分形维数的影响程度不同，氯化镁的效果最显著，其次是氯化钠，碳酸氢钠的影响最小。" 这篇研究着重于地质学和地球科学领域，具体是岩石力学和水岩相互作用。首先，研究者通过实验方法探究了溶液浸泡对红砂岩孔隙结构的影响。红砂岩是一种常见的陆地岩石类型，其孔隙结构对于水分储存、流动以及矿物溶解和沉积过程至关重要。浸泡在溶液中可以模拟地下水或地表水与岩石的相互作用，从而影响岩石的物理特性。 研究中采用了先进的图像处理技术——水平集图像分割法，这是一种能有效识别复杂边界并考虑图像梯度信息的方法，特别适合分析SEM图像中的微小孔隙结构。通过对处理后的图像进行二值化处理，可以量化孔隙度，即岩石中空隙体积占总体积的比例，这对于评估岩石的渗透性、储水能力和岩石力学性质等非常重要。 实验结果显示，红砂岩的孔隙度和分形维数在溶液浸泡后均有所增加，这可能是因为溶质与岩石矿物之间的化学反应导致了孔隙的扩大或形状改变。分形维数的增加表明孔隙结构变得更加复杂，反映了岩石孔隙分布的不均匀性增强。值得注意的是，不同盐溶液的影响程度不同，这可能是由于不同离子的化学活性和溶解能力差异所导致。 这项工作对于理解地下水对岩石物理性质的影响，特别是在地质环境变化、地下水资源管理以及地质灾害预测等方面具有重要意义。它提供了关于红砂岩如何响应环境变化的新见解，有助于科学家和工程师更好地评估和预测地下水系统的行为。此外，这些发现对于地质工程、石油和矿产资源勘探等领域也具有实际应用价值。