1. 實物地質資料岩石薄片的數字化方式及利用
蘇桂芬馮俊嶺劉曉文
（國土資源實物地質資料中心三河065201）
摘要通過對實物地質資料岩石薄片的生產過程、保存利用現狀的簡介，指出了開展岩石薄片顯微圖像數字化的意義及必要性；著重論述了岩石薄片數字化的常用方法，並對岩石薄片全面數字化工作方式、岩石薄片數字化的三維重建進行探討。圖像採集後形成岩石薄片顯微圖像數據管理，其成果產品可服務於地質及相關行業生產、研究和大專院校教學、地學科普等。
關鍵詞實物地質資料岩石薄片數字化方式顯微圖像數據管理利用
岩石薄片作為實物地質資料的一部分，與其他原始地質資料一樣，是客觀的、唯一的、不可復制的。是反映全國各地區地質現象或重要礦產地質特徵等的地質成果基礎，信息內涵豐富、覆蓋面寬，具有重要的保管意義和開發利用價值。岩石薄片數字化，是把野外作業採集的岩石手標本切制的薄片，利用偏光顯微鏡觀察和數碼攝像技術，採集顯微圖片，經過圖像處理、整理說明，建立岩石薄片顯微圖像數據系統，進行數字化規范管理和科學利用。通過網路傳播，實現信息共享，為地質、石油、煤田等相關行業科研生產服務，為高校教學、地學科普等，為社會公眾提供實物地質資料數字化信息服務。
1 岩石薄片的產生過程、保存利用現狀
岩石薄片是把岩石標本按需要的方位，用切片機切成厚0.5～0.8cm，長4～5cm、寬3cm的薄塊，在磨片機上粗磨、細磨，磨平一面。進行拋光，再用水洗，並烘乾，用加拿大樹膠粘貼在載玻片上；然後將另一面進行研磨，先用金剛砂和水研磨，磨至0.03mm厚左右，再在蓋玻片上放少量樹膠，加熱蓋在薄片上即成。
我國原地礦部自建國到1998年底概略調查顯示，光薄片已達301.2萬件；1999年國土資源地質大調查以來，到2005年統計薄片也有6.2萬多件；截至2009年12月15日，國家實物地質資料庫房接收的青藏高原1:25萬區調薄片21791件。大量的岩石薄片急須保護、利用，其存在的根本問題是顯微鏡下觀察圖像與鑒定報告是脫節的，給使用者帶來諸多不便。
2 岩石薄片開展數字化的意義和必要性
岩石薄片數字化是實物資料館藏形式的一種轉換，它涉及信息管理、信息保存、信息服務和信息研究等方面的一系列變化和發展，作為實物地質信息資源建設的重要工作內容，具有重要的意義。數字化後的岩石薄片也為使用者打開了利用的方便之門。
2.1 岩石薄片數字化有利於保護實物薄片
玻璃製成的岩石薄片具有脆弱易碎、膠質時間長發黃等缺點，轉換成數字文件，避免或減少用戶直接使用，在膠質失效之前儲存，延長實物薄片使用壽命。通過岩石薄片顯微圖像數字化，改變利用方式，利於實物岩石薄片儲存，可以降低實物丟失的風險和損壞的幾率，擴大實物薄片的利用范圍。
2.2 岩石薄片數字化有利於提高實物薄片的利用率
岩石薄片數字化後，形成的岩石薄片顯微圖像數據系統能滿足用戶共享資源與及時提取資料。同一個岩石薄片，可以多個用戶使用，用於不同方向研究，如區域地質調查注重的是礦物組合、結構構造、岩石定名。一個用戶也可以觀察多個薄片，通過在線資料瀏覽，不受時間和圖書館限制，在幾秒鍾之內來檢索它們，通過內嵌資料的鏈接，進行對比應用。對數字化後的岩石薄片使用，擴大了實物資料的應用范圍，提高實物薄片的使用效果和利用率。
2.3 岩石薄片數字化利於研究工作
薄片數字化的圖片（或影像）及其說明、文本、圖件等，經過編輯儲存管理。利於使用者按照自己研究角度應用或科學探索，從而擴大實物薄片的利用范圍。岩石薄片數字化後的影像可以支持長達幾分鍾的定格觀察，使人們可以利用軟體放大功能在屏幕上仔細地鑒別圖片，這使得極小的可視資源圖像（如岩石照片、礦物圖形等）能被瀏覽開發。
2.4 岩石薄片數字化有利於科學管理
岩石薄片數字化可以提升實物地質資料的管理效率和水平，更好開展服務。把岩石薄片數字化信息存貯在磁碟或光碟等電磁介質上，提取整理編輯形成圖冊，如《岩漿岩典型岩石、特殊類型岩石顯微圖冊》等，作為行業生產、科研應用、教學參輔等，也可以商業發行給社會公眾；或製作成網路版放在伺服器上供遠程檢索服務，便於開展有償使用，提高經濟效益，有利於的科學化管理和維護，創造出有經濟效益和社會影響的信息產品品牌，推進岩石薄片實物資料的開發利用。
3 岩石薄片數字化方式
筆者認為岩石薄片顯微圖像數字化可以有3種方式，即岩石薄片圖像截取採集、薄片圖像全面錄制和岩石薄片的三維重建。第一種是傳統的岩石薄片下顯微圖像信息採集方式，後兩種方式則為結合當前實物地質數據的信息整體數字化探索和利用軟體技術開拓立體模式的嘗試性設想。這里重點介紹常用的岩石薄片顯微圖像截取採集的工作方法。
3.1 岩石薄片數字化截取採集過程
選取岩石薄片中與鑒定報告相符、有代表性及與定名密切相關的、具有普遍意義和特有性部位，對其進行顯微鏡下多視域、多角度的圖像採集，形成具有重要地質特徵的系列數字照片，達到清晰反映礦物組合、形成期次、結構構造等鑒定特徵，滿足印刷出版薄片圖冊要求及科研、教學需求等。
3.1.1 岩石薄片鑒定報告的分析
每一個地質調查實物岩石薄片都對應有一份鑒定報告。鑒定報告是數字化採集的依據，充分研究鑒定報告所描述的顯微鏡下的內容，即礦物組合、含量、結構構造等相關描述信息，才能分清主次、突出重點，准確選取、正確採集。
3.1.2 岩石薄片數字化圖像的選取
通過對岩石薄片鑒定報告信息的了解，對岩石薄片顯微鏡下所反映的圖像進行觀察選取：有視域大小，即高倍鏡、低倍鏡的選擇；有光性的選擇，即正交偏光、單偏光色彩的選擇；還有特殊情況下如對多色性礦物或正交偏光鏡下干涉色變化等進行影像錄制。不同岩石類型具有各自風格，應系統化、條理化選擇，准確清晰、內容豐富。
3.1.3 顯微圖像文字說明
把不同岩石類型薄片下所採集的不同顯微圖片進行編輯、整理，按照視域大小、光性選擇及特殊情況截取等，進行附加礦物代號標注和地質說明、內容描述。一個岩石薄片對應有多個顯微照片，各個顯微圖像均配有特徵註解，既獨具特色，又相互關聯。
3.1.4 圖像的綜合整理
對顯微照片的數據處理，是在微機上應用相關軟體，進行顯微照片的剪切、修編整形；對每一個顯微照片進行對應編號；對系統薄片全面編排，把整理後的圖像信息以數字化的形式儲存集中、分類管理。
3.2 岩石薄片數字化全面錄制設想
整體思路是把岩石薄片的全部內容在低倍鏡、大視域下，以線或者面的連續形式，通過光學顯微成像或掃描電鏡圖像等的方法獲取岩石薄片圖像，利用分析系統的常規圖像分析功能，對獲取的岩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並集成儲存。
每個岩石薄片作為採集對象，所反映的內容是不同的，大的方面有所在項目名稱、位置、岩石類型，具體的為岩石薄片鑒定名稱、岩石礦物組合、結構構造，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，以便於滿足不同用戶檢索信息的需求。
3.3 岩石薄片數字化岩石圖像的三維重建嘗試
在岩石薄片二維圖像基礎上，利用二維圖像的特徵信息重建三維結構，提供直觀的視覺信息。通過虛擬現實技術，將岩石薄片下礦物三維圖像真實地展現出來，使使用者能夠從各種方位、各個層面以及各種旋轉角度觀察三維結構。為普查勘探與開發、地質找礦等提供更研究模擬實物基礎；為分析研究岩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。
4 岩石薄片數字化利用
4.1 快速查詢與檢索的基礎
根據用戶檢索的習慣和檢索的內容，設置多個檢索點，編制諸如地區卡、專業卡、岩性卡等多種組織形式，並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。建立卡片查詢體系，使用戶能夠快速查詢與檢索。
從信息組織方式上不僅有上述傳統的固定分類組合，還採取按問題分層次動態分類組合與固定組合相結合的方式。例如，通過客戶信息需求和搜尋行為的分析，可以編制如「全國變質岩岩性資料索引」、「青藏高原1:25萬革吉幅系列剖面岩石索引」等不同層次、不同級別的實物岩石資料檢索，不同的岩石配有相應的數字化圖片及說明。需要指出的是，所編制的信息集成，不會改變原有實物資料的排架和信息，如所保管的西藏110幅區域地質調查資料，按圖幅分剖面儲存在實物地質資料庫固定貨位上，根據採集的信息利用計算機技術編制西藏物瑪地區系列岩石資料，用戶就可以了解物瑪地區工作過的圖幅、岩性種類、剖面數量、岩石特徵及圖片等情況，同時也可找到這些岩石薄片的存放位置。
4.2 避免重復工作，為地礦工作服務
實物岩石薄片資料賦載了大量的原始信息。作為地質成果的一部分，對實物岩石薄片數字化資料進行編研，是開發利用實物地質資料信息的重要手段。
在編研所形成的地區或圖幅相關的岩石薄片顯微圖冊中，為地質技術人員了解地區工作程度服務。通過對圖像認識和說明了解，具體認識岩性特徵及分布等，就可以不再重復取樣，減少不必要的製作浪費；為專家學者研究某個地質事件、某項地質活動等提供第一手資料，從中取得新的重要發現或重大突破，從而為地質勘查和科學研究提供基礎依據，避免重復工作，提高工作效率和工作水平。
4.3 特色編研，促進地質市場和地質工作發展
在選擇有代表性的地區地質現象、系統剖面和重要礦山時，根據地質理論及實際資料，廣泛查閱資料，收集補充完善地區、礦床（區）內地層、構造、成因等，逐步提高對區域或礦區地質、礦產等情況認識，進行編研。
還可以按照代表地質科學理論、反映中國地質條件與突出特點、顯示中國地礦工作重要成果等方向，利用或收集館藏實物薄片，進行廣泛了解、深入研究綜合系統闡述。採集岩石薄片數據，配合顯微結構構造等特色，圖文並茂地整理出來，使實物薄片靈動起來，提供給基礎地質、農業地質、醫學地質、環境地質、專題成果調查評價等領域作為參考，為地質工作發展和地質市場服務。
4.4 為輔助教學服務，達到知識傳承的目的
地質實驗教學的重點之一，是顯微鏡下各類岩石薄片的鑒定認識。實物薄片資料可以系統編輯，如三大岩系岩石結構構造、不同種屬礦物組合總結等，作為顯微示教系統的一部分，在數碼透反射偏光顯微鏡下將顯微圖像從鏡下解放出來，使師生共用圖像，在岩礦教學中起到直觀的作用，加強高校學生的實踐能力培養。
4.5 科學開發，為培養青少年地學興趣和社會公眾服務
從趣味性出發，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岩畫。作為地質科普教育中精神副食品，把專業知識形象化、卡通化，廣開思路、旁徵博引，增強青少年的興趣，提高他們主動學習的積極性，培養其對地學愛好。
在地質公園中結合當地山容水貌，配以生動的岩石、礦物的顯微特徵圖像，使人們在暢游之餘，了解地學岩石顯微常識。