沉积物岩心灰度图像处理技术及其在东海内陆架高分辨沉积记录中的应用

论文摘要

环境变化的替代性指标探索和应用是高分辨沉积记录及其对全球变化响应的核心问题,是当前地球科学研究的前沿和热点之一,具有重要的理论和实践意义。本研究系统探索了沉积物岩心X射线图像灰度值的处理技术、影响因素和环境变化的替代性作用。针对取自东海内陆架泥质沉积区的C0702站沉积物柱状岩心,利用灰度图像处理技术和传统的沉积物岩心研究手段（粒度分析、X射线矿物物相分析、X射线荧光光谱分析）对该岩心进行了系统的研究,结合137Cs、210Pb年代标定,建立了近150a来的高分辨沉积记录,阐明了高分辨沉积记录对气候环境变化、沉积事件和人类活动的响应。研究表明:沉积物岩心的X射线灰度图像信息量大、信息综合性强,通过图像可以快速的获取高分辨率沉积记录信息。从定量化角度考虑,沉积物岩心灰度图像的灰度值是沉积物岩心综合沉积记录的一个良好替代性指标。沉积物粒度与X射线图像的灰度值有着密切的关系,其中平均粒径和灰度具有良好的线性关系,砂、粉砂与灰度值为正相关,粘土与灰度存在着较好的负相关。X射线图像的灰度值与沉积物岩心的干密度有着显著的正相关性;与沉积物常量元素中的Si、Ca呈现出正相关性;与Al、Fe、Cl呈负相关性且相关性要好于其与Si、Ca的相关性;灰度值的垂向变化趋势与蒙皂石和伊利石的垂向变化趋势相似,与高岭石和绿泥石垂向含量变化呈反对应关系。东海内陆架浙闽泥质区C0702站柱状沉积物组成较稳定,层序保存完整,较为稳定的沉积动力环境。该沉积岩心沉积速率较慢,不同时段沉积速率略有差别（>1986a,V=1.82cm/a;1986至今,V=0.87cm/a）。该站沉积物粒度特征（包括敏感性粒级）、灰度值等高分辨的沉积记录都具有1a,3-5a,78a,1012a等明显的周期;此外,它们的高分辨记录也伴随着非周期的波动。沉积记录的35年的周期与厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）的周期有着较好的响应;沉积记录的11年周期对太阳黑子活动有良好的响应,显示了太阳活动对沉积作用的影响。非周期性的沉积记录对东亚季风波动、沉积事件和人类活动有着一定的响应关系。粒度组份中<14.35μm的敏感粒级组份与东亚冬季风有着良好的响应,强东亚冬季风情况下会导致沉积物粒级变粗,反之亦然;在大的洪水发生的年份,沉积物粒度有变细的趋势,在岩心图像的灰度值上也有着很好的体现;在风暴潮发生的年份,风暴潮对底质沉积物造成扰动造成了沉积物平均粒径的突然增大以及灰度值的变大。研究区沉积记录亦显示受到长江输入变化的影响,1986年之前的沉积记录显示受长江水沙的变化,而1986年之后人类活动在沉积记录中有着更加明显的表征,特别是沉积记录对重金属含量有着明显的响应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 研究意义
• 0.2 研究现状
• 0.2.1 沉积物岩心灰度图像的研究现状
• 0.2.2 东海内陆架泥质沉积体研究现状
• 0.3 本研究概况
• 1. 研究区概况
• 1.1 东海环境概况
• 1.1.1 东海地理位置
• 1.1.2 东海海底地形
• 1.1.3 东海的流系
• 1.1.4 沉积物分布
• 1.2 长江流域环境概况
• 1.2.1 长江口海域的重大事件
• 1.2.2 长江流域重大人类活动简介
• 2. 取样和室内分析方法
• 2.1 样品获得
• 2.2 室内分析方法
• 2.2.1 灰度分析方法
• 2.2.2 沉积物含水量和干密度
• 2.2.3 粒度分析
• 2.2.4 元素地球化学分析
• 2.2.5 X 射线衍射物相分析
• 2.2.6 放射性同位素测定
• 3 沉积物岩心灰度值提取技术及灰度值影响因素
• 3.1 岩心灰度图像处理
• 3.1.1 沉积物岩心的灰度图像分析原理
• 3.1.2 X 光片预处理
• 3.1.3 灰度图像分析
• 3.2 岩心灰度图像灰度值提取
• 3.3 灰度值的影响因素
• 3.3.1 沉积物粒度对灰度值的影响
• 3.3.2 沉积物含水率和干密度对灰度值的影响
• 3.3.3 矿物组成对灰度值的影响
• 3.3.4 地球化学元素对灰度值的影响
• 4 东海内陆架高分辨沉积记录对沉积环境变化的响应
• 4.1 岩心沉积物组成和年代模式
• 4.1.1 岩心沉积物组成
• 4.1.2 年代模式
• 4.2 岩心的高分辨沉积记录
• 4.2.1 灰度值的高分辨率沉积记录
• 4.2.2 高分辨粒度沉积记录
• 4.2.3 高分辨率元素地球化学沉积记录
• 4.2.4 矿物组成特征
• 4.3 连续沉积记录的 EMD 分析原理
• 4.3.1 EMD 处理的原理与方法
• 4.3.2 连续沉积记录的EMD 处理
• 4.4 沉积记录对年际和年代际气候环境变化的响应
• 4.4.1 连续沉积记录的EMD 结果分析
• 4.4.2 高分辨率沉积记录对十年际与年际气候波动的响应
• 4.4.3 沉积记录对重大人类活动及事件过程的响应
• 5. 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文