بررسی ارتباط بین ویژگی‌ های بافتی و کانی‌ شناسی سنگ‌ های آذرین متبلور با کمینه‌ سازی بافتی به کمک آنالیز تصویری

زمین شناسی اقتصادی

مقاله 3، دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 22، 1398، صفحه 403-437   

نوع مقاله: علمی- پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/econg.v11i3.70491

نویسندگان

علی همتی¹؛ محمد غفوری^{* 1}؛ حسن مومیوند²؛ غلامرضا لشکری‌ پور¹

¹دانشگاه فردوسی مشهد

²دانشگاه ارومیه

چکیده

مشخصات پتروگرافیکی همچون بافت، کانی‌شناسی و ریزساختار، اثری بنیادی بر ویژگی‌های  فیزیکی و کیفی مصالح دارد. بسیاری از معیارهای طبقه‌بندی بنیادی یا انتخاب کیفی مصالح برای کاربردهای صنعتی بر مبنای ویژگی‌های بافتی-کانی‌شناسی و شیمیایی تعیین می‌شوند. آگاهی از اهمیت و درک ارتباط متقابل انواع مؤلفه‌های بافتی، کانی‌شناسی و شیمی‌بلورها می‌تواند در پیشگویی رفتارهای کمی و کیفی مصالح مؤثر واقع‌شود. در این پژوهش، پتروگرافیکی بافتی ۱۵ نوع سنگ آذرین متبلور با تنوع گسترده بافتی-کانی‌شناسی به‌روش آنالیز تصویری مقاطع میکروسکوپی کمینه‌سازی و بانک داده‌ای مشتمل بر مشخصات بافتی-‌کانی‌شناسی حدود ۱۸000 کانی ایجاد‌شد. هم‌زمان نقشه توزیع کانی‌شناسی تهیه و در کنار پتروگرافی توصیفی برای تحلیل روابط بافتی-‌کانی‌شناسی به‌کار گرفته‌شد. میانگین حسابی مؤلفه‌های طبقه‌بندی شده اندازه‌سنجی، شکل‌سنجی و ارتباط‌ بین‌دانه‌ای در سطوح مختلف دانه‌ای و فازی (کانی‌شناسی) تعیین و ارتباط بین مؤلفه‌های بافتی با کانی‌شناسی و شیمی‌بلورها و نیز ارتباط بینابینی بین انواع مؤلفه‌های بافتی با تحلیل‌های رگرسیونی خطی مورد ارزیابی قرار‌گرفت. نتایج پژوهش نشان‌داد اندازه (در اقسام مختلف طول، مساحت و محیط) مهم‌ترین مؤلفه بافتی سنگ‌های متبلور است که با ویژگی‌های بافتی و ماهیتی (کانی‌شناسی و شیمی) بلورها در ارتباط است. به‌علاوه بررسی توزیع آماری ویژگی‌های بافتی بلورها نشان‌داد به‌دلیل توزیع نامتقارن و غیرنرمال توزیع اندازه بلورها، برآورد اندازه متوسط به‌روش میانگین حسابی اغلب با خطای غیرقابل‌اجتناب تمایل به‌ریزدانه همراه است؛ در‌حالی‌که ویژگی‌های بافتی و کیفی سنگ‌ها با فراوانی محتوای حجمی دانه‌درشت و دانه‌متوسط کنترل می‌شود. برای تعدیل این خطا، قطر میانگین مساحت-موزون مستخرج از منحنی‌های توزیع تجمعی برای تعیین میانگین اندازه دانه (بلورها) مصالح متبلور به‌ویژه با تنوع گسترده در اندازه دانه پیشنهاد شد.

کلیدواژه‌ها

رقومی‌سازی بافتی؛ آنالیز تصویری؛ قطر میانگین مساحت-موزون؛ سنگهای آذرین متبلور؛ معادن گرانیت شمالغرب ایران

مراجع

Arya, L.M., Leij, F.J., Shouse, P.J. and van Genuchten, M.T., 1999. Relationship between the hydraulic conductivity function and the particle-size distribution. Soil Science Society of America Journal, 63(5): 1063–1070.

Ayati, F. and Mahdevari, S., 2010. Comparison of chemistry of igneous and hydrothermal biotite in igneous rocks of Sakht-Hesar Mountain. Journal of Economic Geology, 1(1): 117–134. (in Persian with English abstract)

Bentz, D.P., Garboczi, E.J., Haecker, C.J. and Jensen, O.M., 1999. Effects of cement particle size distribution on performance properties of Portland cement-based materials. Cement and Concrete Research, 29(10): 1663–1671.

Brace, W.F., 1961. Dependence of fracture strength of rocks on grain size. 4th Symposium on Rock Mechanics, Pennsylvania State University, Pennsylvania, USA.

Bryon, D.N., 1995. The Interpretation of Granitic Textures from Serial Thin Sectioning, Image Analysis and Three-Dimensional Reconstruction. Mineralogical Magazine, 59(395): 203–211.

Cashman, K.V. and Marsh, B.D., 1988. Crystal size distribution (CSD) in rocks and the kinetics and dynamics of crystallization II: Makaopuhi Lava Lake. Contributions to Mineralogy and Petrology, 99(3): 292–305.

Cole, J.P., 1964. Study of major and minor civil divisions in political geography. 20th International Geographical Congress, Sheffield, UK.

Cox, E.P., 1927. A method of assigning numerical and percentage values to the degree of roundness of sand grains. Journal of Paleontology, 1(3): 179–183.

Cox, M.R. and Budhu, M., 2008. A practical approach to grain shape quantification. Engineering Geology, 96(1–2): 1–16.

Davis, J.C. and Sampson, R.J., 1986. Statistics and data analysis in geology, John Wiley & Sons, Ltd, New York, 656 pp.

DeVasto, M.A., Czeck, D.M. and Bhattacharyya, P., 2012. Using image analysis and ArcGIS® to improve automatic grain boundary detection and quantify geological images. Computers & Geosciences, 49: 38–45.

Diepenbroek, M., Bartholomä, A., and Ibbeken, H., 1992. How round is round? A new approach to the topic “roundness” by Fourier grain shape analysis. Sedimentology, 39(3): 11–422.

Dreyer, W., 1973. The Science of Rock Mechanics. Part I. The strength properties of rocks, Series on rock and soil mechanics. Trans Tech Publications, Ohio, USA, 501 pp.

Duarte, M.T., Liu, H., Kou, S.Q., Lindqvist, P.A. and Miskovsky, K., 2005. Microstructural Modeling Approach Applied to Rock Material. Journal of Materials Engineering and Performance, 14(1): 104–111.

Dunlop, G., Bettles, C.J., Griffiths, J.R., Venkatesan, K., Zheng, L. and Qian, M., 2003. The Effect of Grain Size on the Mechanical Properties of AM-SC1. 6th International Conference Magnesium Alloys and Their Applications, Shenyang, China.

Ehrlich, R. and Weinberg, B., 1970. An exact method for characterization of grain shape. Journal of Sedimentary Petrology, 40(1): 205–212.

Evans, C.L. and Napier-Munn, T.J., 2013. Estimating error in measurements of mineral grain size distribution. Minerals Engineering, 52: 198–203.

Fazeli, B., Khalili, M., Beavers, R., Mansouri-Esfahani, M. and Loghmani-Dastjerdi, Z., 2017. Petrology of Oligocene Ghaleh Yaghmesh granitoids in the west of Yazd province. Journal of Economic Geology, 8(2): 473–491. (in Persian with English abstract)

Feniak, M.W., 1944. Grain sizes and shapes of various minerals in igneous rocks. American Mineralogist, 29(11–12): 415–421.

Feret, L.R., 1931. La Grosseur Des Grains Des Matières Pulverulentes (The Size of Powdery Material Grains). International Association of Assay Materials Conferenc, Zurich, Switzerland.

Fueten, F., 1997. A computer-controlled rotating polarizer stage for the petrographic microscope. Computers & Geosciences, 23(2)‌:203–208.

Gokceoglu, C., Yesiloglu-Gultekin, N., Keceli, A.S., Sezer, E.A., Can, A.B. and Bayhan, H., 2012. An Experimental Study on the Min-Image Production for Determination of Mineral Percentages. EGU General Assembly Conference, Vienna, Austria.

Goodchild, I. and Fueten, F., 1998. Edge detection in petrographic images using the rotating polarizer stage. Computers & Geosciences, 24(8): 745–751.

Gurkan Ozgurel, H. and Vipulanandan, C., 2005. Effect of Grain Size and Distribution on Permeability and Mechanical Behavior of Acrylamide Grouted Sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131(12): 1457–1465.

Hamdi, P., Stead, D. and Elmo, D., 2015. Characterizing the influence of stress-induced microcracks on the laboratory strength and fracture development in brittle rocks using a finite-discrete element method-micro discrete fracture network FDEM-μDFN approach. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 7(6): 609–625.

Heilbronner, R., 2000. Automatic grain boundary detection and grain size analysis using polarization micrographs or orientation images. Journal of Structural Geology, 22(7): 969–981.

Higgins, M.D., 2006. Quantitative textural measurements in igneous and metamorphic petrology. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 276 pp.

Hoek, E., 1965. Rock Fracture under Static Stress Conditions. Ph.D. Thesis, University of Cape Town, Cape Town, South Africa, 270 pp.

Howarth, D.F. and Rowlands, J.C., 1987. Quantitative assessment of rock texture and correlation with drillability and strength properties. Rock Mechanics and Rock Engineering, 20(1): 57–85.

Hussain, M., Minhas, N.R., Saad, B. and Nair, A., 2017. Rock Texture Characterization from Automated Petrographic Analysis. SPE Middle East Oil & Gas Conference, Society of Petroleum Engineers, Manama, Bahrain.

Jensen, L.R.D., Friis, H., Fundal, E., Moller, P. and Jespersen, M., 2010. Analysis of limestone micromechanical properties by optical microscopy. Engineering Geology, 110(3–4): 43–50.

Kekec, B., Unal, M. and Sensogut, C., 2006. Effect of the textural properties of rocks on their crushing and grinding features. Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material, 13(5): 385–392.

Knight, P.D., Klassen, R.A. and Hunt, P., 2002. Mineralogy of fine-grained sediment by energy-dispersive spectrometry (EDS) image analysis-a methodology. Environmental Geology, 42(1): 32–40.

Lan, H., Martin, C.D. and Hu, B., 2010. Effect of heterogeneity of brittle rock on micromechanical extensile behavior during compression loading. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 115(B1): 1–14

Lindqvist, J.E., Åkesson, U. and Malaga, K., 2007. Microstructure and functional properties of rock materials. Materials Characterization, 58(11-12): 1183–1188.

Locat, J., Lefebvre, G. and Ballivy, G., 1984. Mineralogy, chemistry, and physical properties interrelationships of some sensitive clays from Eastern Canada. Canadian Geotechnical Journal, 21(3): 530–540.

Mermillod-Blondin, R., Benzaazoua, M., Kongolo, M., de Donato, P., Bussière, B. and Marion, P., 2011. Development and Calibration of a Quantitative, Automated Mineralogical Assessment Method Based on SEM-EDS and Image Analysis: Application for Fine Tailings. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 10(12): 1111–1130.

Nålsund, R. and Jensen, V., 2013. Influence of mineral grain size, grain size distribution and micro-cracks on rocks’ mechanical strength. 14th Euroseminar on Microscopy Applied to Building Materials, Helsingør, Denmark.

Peng, J., Wong, L.N.Y. and Teh, C.I., 2017. Influence of grain size heterogeneity on strength and microcracking behavior of crystalline rocks. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122(2): 1054–1073.

Petruk, W., 1986. Image analysis: an overview of developments, CANMET Report 86-4E. Canada Centre for Mineral and Energy Technology, Ottawa, Canada.

Pettijohn, F.J., Potter, P.E. and Siever, R., 1973. Sand and Sandstone. Springer-Verlag, New York, 618 pp.

Ross, B.J., Fueten, F. and Yashkir, D.Y., 2001. Automatic mineral identification using genetic programming. Machine Vision and Applications, 13(2): 61–69.

Saltikov, S.A., 1967. The determination of the size distribution of particles in an opaque material from a measurement of the size distribution of their sections. 2th International Congress for Stereology, Chicago, USA.

Schneiderhöhn, P., 1954. Eine vergleichende Studie über Methoden zur quantitativen Bestimmung von Abrundung und Form an Sandkörnern (Im Hinblick auf die Verwendbarkeit an Dünnschliffen.). Heidelberger Beiträge zur Mineralogie und Petrographie, 4(1): 172–191.

Singh, S.K., 1988. Relationship among fatigue strength, mean grain size and compressive strength of a rock. Rock Mechanics and Rock Engineering, 21(4): 271–276.

Streckeisen, A., 1976. To each plutonic rock its proper name. Earth-Science Reviews, 12(1): 1–33.

Sun, W., Wang, L. and Wang, Y., 2017. Mechanical properties of rock materials with related to mineralogical characteristics and grain size through experimental investigation: a comprehensive review. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 11(3): 322–328.

Tuğrul, A. and Zarif, I.H., 1999. Correlation of mineralogical and textural characteristics with engineering properties of selected granitic rocks from Turkey. Engineering Geology, 51(4): 303–317.

Ündül, Ö., 2016. Assessment of mineralogical and petrographic factors affecting petro-physical properties, strength and cracking processes of volcanic rocks. Engineering Geology, 210: 10–22

Vernon, R.H., 2004. A practical guide to rock microstructure. Cambridge university press, Sydney, 606 pp.

Whitney, D.L. and Evans, B.W., 2010. Abbreviations for names of rock-forming minerals. American Mineralogist, 95(1): 185–187.

Wong, W.X., 1998. Binary Image Segmentation of Aggregates Based On Polygonal Approximation and Classification of Concavities. Pattern Recognition, 31(10): 1503–1524.

Yılmaz, N.G., Mete Göktan, R., Gaşan, H. and Nuri Çelik, O., 2013. Particle Size Distribution and Shape Characterization of the Chips Produced During Granite Machining in Relation to Process Forces and Specific Energy. Particulate Science and Technology, 1(3): 277–286.