下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
目前国内使用TCRM、图像分析法和16S rDNA技术进行碳酸盐岩研究的成果很多。在利用图像分析法进行岩石孔隙研究时，彭瑞东等人研究了基于灰度CT图像的岩石孔隙分形维数计算 [4] 。王家禄等人研究了应用CT技术研究岩石孔隙变化特征 [5] 。邵维志等人进行了低孔隙度低渗透率岩石孔隙度与渗透率的关系研究 [6] 。张顺康等人进行了岩石孔隙中微观流动规律的CT层析图像三维可视化研究 [7] 。这些论文都使用了图像分析技术进行岩石孔隙研究，为本书提高了良好的国内先例。张吉群等人研究了孔隙结构图像分析方法及其在岩石图像中的应用 [8] 。孙文峰等人研究了页岩孔隙结构表征方法新探索 [9] 。廉培庆等人研究了基于CT扫描图像的碳酸盐岩油藏孔隙分类方法 [10] 。孔强夫等人研究了基于图论聚类和最小临近算法的岩性识别方法 [11] 。谢淑云等人研究了基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究 [12] 。这些论文都探讨了使用图像分析技术进行岩石孔隙研究的算法，坚定了笔者使用有穷自动机进行碳酸盐岩图像分析岩溶研究的想法。王晨晨等人研究了碳酸盐岩双孔隙数字岩心结构特征分析 [13] 。王登科等人研究了温度冲击下煤体裂隙结构演化的显微CT实验研究 [14] 。柴华等人研究了高清晰岩石结构图像处理方法及其在碳酸盐岩储层评价中的应用 [15] 。秦玉娟等人研究了电子探针背散射电子图像在碳酸盐岩微区分析中的意义 [16] 。王凤娥等人研究了MATLAB环境下岩石SEM图像损伤分形维数的实现 [17] 。这些论文都探讨了使用图像分析技术进行碳酸盐岩的分形与内部结构研究，启示了本书使用图像分析技术进行碳酸盐岩的孔隙 3D模型研究。叶润青等人研究了基于多尺度分割的岩石图像矿物特征提取及分析 [18] 。程国建等人研究了基于概率神经网络的岩石薄片图像分类识别 [19] 。王卫星等人研究了基于分数阶微分的岩石裂隙图像增强 [20] 。党福星等人研究了利用CBERS-1 CCD数据进行地质矿产信息提取方法 [21] 。李建胜等人研究了基于显微CT试验的岩石孔隙结构算法 [22] 。这些论文都尝试了使用不同岩石图像获得设备进行岩石孔隙研究，告诉笔者在碳酸盐岩孔隙图像研究中不能一味地依赖硬件。匡鸿海等人研究了基于有穷自动机的碳酸盐岩图像与多孔地层微生物研究 [23] 。王昕旭等人研究了偏最小二乘回归在孔隙度预测中的应用 [24] 。朱星磊等人研究了喀斯特地区支持向量机算法的应用 [25] 。这些论文都试图用算法迭代的方式进行岩石孔隙度的研究，向本书说明了在碳酸盐岩图像分析研究中形式算法迭代的重要性。方黎勇等人研究了基于显微CT图像的岩芯孔隙分形特征 [26] 。Zhang Yuling等人进行了基于Canny边缘检测算子混合算法的二维岩石图像裂缝提取与修复研究 [27] 。Ge Yunfeng等人进行了基于图像分析的岩石节理粗糙度描述研究 [28] 。Liu Shi等人进行了太行石灰岩高温强度特性和孔隙特征的X射线CT分析研究 [29] 。这些论文都尝试利用智能算法进行岩石孔隙度研究，告诉笔者必须重视算法的优化与可重复性。
在利用TCRM进行碳酸盐岩研究方面，刘宇坤等人研究了碳酸盐岩超压岩石物理模拟实验及超压预测理论模型 [30] 。张家政等人进行了南堡凹陷周边凸起地区碳酸盐岩成岩作用与孔隙演化研究 [31] 。王璐等人进行了缝洞型碳酸盐岩储层气水两相微观渗流机理可视化实验研究 [32] 。这些论文都说明利用TCRM进行碳酸盐岩地层孔隙研究是有先例的。陈昱林等人研究了川西龙门山前雷口坡组四段白云岩储层孔隙结构特征及储层分类 [33] 。寿建峰等人进行了深层条件下碳酸盐岩溶蚀改造效应的模拟实验研究 [34] 。刘宏等人进行了四川盆地震旦系灯影组古岩溶地貌恢复及意义研究 [35] 。刘民生进行了四川盆地及盆周地区深部岩溶地下水的循环模式分析研究 [36] 。黄芬等人进行了岩溶系统中土壤氮肥施用对岩溶碳汇的影响研究 [37] 。这些论文说明传统碳酸盐岩研究方法是可以提供比较准确的岩石水理性质等参数的，本书可以参照这些方法获得碳酸盐岩的水理性质参数和图像分析法得到的研究结果对比。蒋小琼等人进行了埋藏成岩环境碳酸盐岩溶蚀作用模拟实验研究 [38] 。彭军等人进行了塔里木盆地寒武系碳酸盐岩溶蚀作用机理模拟实验研究 [39] 。沈安江等人进行了基于溶蚀模拟实验的碳酸盐岩埋藏溶蚀孔洞预测方法研究 [40] 。刘琦等人进行了动水压力作用下碳酸盐岩溶蚀作用模拟实验研究 [41] 。佘敏等人进行了从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩溶蚀的实验模拟研究 [42] 。刘逸盛等人进行了厚层碳酸盐岩油藏宏观物理模拟实验研究 [43] 。田雯进行了桩海地区下古生界碳酸盐岩表生条件下溶蚀过程模拟实验研究 [44] 。刘宇坤等人进行了碳酸盐岩超压岩石物理模拟实验及超压预测理论模型研究 [45] 。朱洪林等人进行了碳酸盐岩超声波速度频散实验研究 [46] 。这些论文提供了很多岩溶室内模拟实验的研究方案，为本书的岩溶室内模拟实验提供了理论依据和对照方案。李宁等人进行了裂缝型碳酸盐岩应力敏感性评价室内实验方法研究 [47] 。冯庆付等人进行了四川盆地二叠系—三叠系碳酸盐岩核磁共振实验测量及分析研究 [48] 。谭飞等人进行了鄂尔多斯盆地奥陶系不同组构碳酸盐岩埋藏溶蚀实验研究 [49] 。杨云坤等人进行了基于模拟实验的原位观察对碳酸盐岩深部溶蚀的再认识研究 [50] 。这些论文研究了岩溶溶蚀过程中应该注意的事项，为本书的室内岩溶溶蚀实验的设计提供了理论基础。
在利用 16S rDNA技术进行岩溶微生物研究方面，王建锋等人进行了岩溶槽谷区不同土地利用方式下土壤微生物特征研究 [51] 。裴希超等人进行了湿地生态系统土壤微生物研究 [52] 。连宾等人进行了岩溶生态系统中微生物对岩溶作用影响的认识研究 [53] 。范周周等人进行了岩溶与非岩溶区不同林分根际土壤微生物及酶活性研究 [54] 。这些论文关注了利用微生物进行岩溶研究，为本书提供了比较多的先例。张凤娥等人进行了埋藏环境硫酸盐岩岩溶发育的微生物机理研究 [55] 。段逸凡等人进行了岩溶区地下水微生物污染特征及来源研究 [56] 。车轩等人进行了脱氮硫杆菌的分离鉴定和反硝化特性研究 [57] 。张弘等人进行了基于PCR-DGGE和拟杆菌（Bacteroides）16S rRNA的岩溶地下水粪便污染来源示踪研究 [58] 。吴雁雯等人进行了微生物碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用与应用研究 [59] 。沈利娜等人进行了不同植被演替阶段的岩溶土壤微生物特征研究 [60] 。Pu Junbing等人进行了地下水补给的喀斯特河流中的河流内代谢和大气固碳研究 [61] 。这些论文研究了在利用微生物进行岩溶研究中可以使用的技术手段与技术指标，为本书使用的技术手段和技术指标指明了方向。姜磊等人进行了植被恢复的岩溶湿地沉积物细菌群落结构和多样性分析研究 [62] 。张欣等人进行了岩溶沉积物中微生物分离及对碳酸钙沉淀的影响研究 [63] 。杨再旺进行了会仙岩溶地下水微生物群落结构及硝化和反硝化功能基因的研究 [64] 。唐源等人进行了贵州喀斯特地区碳酸盐岩表生古菌群落结构及多样性研究 [65] 。这些论文的研究成果表明微生物可以干预岩溶水化学反应过程，为本书利用微生物研究解释碳酸盐岩的孔隙扩张提供了理论基础。
在国外，有很多使用TCRM、图像分析法和 16S rDNA技术进行碳酸盐岩研究的论文，对本项研究有很强的借鉴意义。Sammartino等人进行了沉积岩孔隙度的成像方法研究 [66] 。Robson等人进行了基于深度学习和基于对象的碳酸盐岩岩石与冰川图像分析研究 [67] 。Hellmuth等人进行了通过放射自显影和汞孔隙率测定和X射线计算机层析成像研究岩石孔隙度 [68] 。这些论文为本书提供了国外学者使用图像分析技术进行碳酸盐岩孔隙研究的先例。Nabawy研究了利用数字图像分析（DIA）技术估算高孔隙度砂岩的孔隙度和渗透率 [69] 。Pret等人研究了基于化学元素图图像处理的定量岩石学新方法 [70] 。Coskun等人研究了通过图像分析估算碳酸盐岩初始含水饱和度的经验方法 [71] 。Ghiasi等人研究了基于图像处理和智能模型的碳酸盐岩Dunham自动分类 [72] 。这些论文启示了本书使用图像分析技术进行碳酸盐岩水理性质研究。Ishutov等人研究了 3D打印构建多孔沉积岩模型 [73] 。Golreihan等人研究了利用成像技术构建碳酸盐微化石的保存状态模型 [74] 。Yarmohammadi等人研究了基于显微图像处理和分类算法的碳酸盐岩和砂岩储层微相分析 [75] 。Kurz等人研究了不同碳酸盐岩岩性的高光谱图像分析 [76] 。Fusi等人研究了汞孔隙率测量法作为提高低孔隙度碳酸盐岩显微CT图像质量的工具 [77] 。这些论文向本书阐明了利用图像分析技术进行碳酸盐岩阈值分类的方法与步骤。Maheshwari研究了碳酸盐岩盐酸酸化实验与三维模拟的比较 [78] 。Munoz等人研究了基于三维数字图像的碳酸盐岩单轴抗压力 [79] 。Saenger等人研究了高围压下碳酸盐岩高分辨率X射线CT图像分析 [80] 。Prakash等人研究了数字岩石层析成像数据最大似然期望最大化方法的多GPU并行化 [81] 。Selem等人研究了储层条件下非均质碳酸盐岩低矿化度注水孔隙尺度成像与分析 [82] 。这些论文向本书启示了可以在碳酸盐岩水理性质研究使用可视化 3D技术。Phan等人研究了基于深度学习的三维数字岩石自动分割工具 [83] 。Ghiasi-freez等人研究了通过图像处理和智能模型对碳酸盐岩进行Dunham自动分类 [84] 。Kramarov研究了用数字图像相关法评价砂岩和页岩的断裂韧性 [85] 。Nadimi进行了基于图像的碳酸盐岩砂一维压缩试验模拟研究 [86] 。这些论文为本书指明了在利用图像分析法进行碳酸盐岩孔隙研究时，必须注意自然语言的形式化。Sukop进行了基于地质统计钻孔图像的碳酸盐岩含水层孔隙填图研究 [87] 。Santos进行了通过代表性算子分析优化表征碳酸盐岩的图像分辨率参数研究 [88] 。Azizi等人研究了利用岩体图像分析表示结构面间距和岩体描述对爆破岩石平均碎片尺寸影响的新方法 [89] 。这些论文向本书说明可以结合多种方法进行基于图像分析法的碳酸盐岩研究。
在利用TCRM进行碳酸盐岩研究方面，Willems进行了尼日尔东部硅质岩溶成因研究 [90] 。Gutareva等人进行了东西伯利亚南部自然和技术改造条件下的岩溶研究 [91] 。Kritskaya等人进行了西高加索蒸发岩中岩溶特征的发育和分布特征研究 [92] 。Waring等人进行了石灰岩洞穴中甲烷的季节性研究 [93] 。这些论文为本书提供了丰富多彩的基于TCRM的碳酸盐岩研究方法。Bonacci等人进行了喀斯特环境的可持续性研究 [94] 。Shimokawara等人进行了碳酸盐岩地层水岩相互作用实验研究和地球化学模拟研究 [95] 。Soleimani等人进行了碳酸盐岩智能碳酸注水方法的实验研究 [96] 。Baechle等人研究了碳酸盐岩中大孔隙率和微孔率在约束不确定性时渗透速度与渗透率相关系数的计算方法 [97] 。Seyyedi等人研究了碳酸盐岩储层注入CO 2 时孔隙结构发生变化的现象 [98] 。这些论文为本书提供了岩石水理性质的多种测量方法。Osorno等人研究了碳酸盐岩宽孔隙度范围内大区域渗透率的有限差分计算 [99] 。Xu等人研究了佛罗里达州伍德维尔平原通过岩溶孔隙的长距离海水入侵 [100] 。Lima Neto等人研究了利用渗透速度-孔隙度-地层压力关系评价碳酸盐岩孔隙系统 [101] 。Heidari等人研究了利用碳酸盐岩孔隙度研究对岩石脆性的影响 [102] 。这些论文为本书提供了岩石孔隙度对地层次生透水性的影响。Rajabzadeh等人研究了岩石类别和孔隙度对碳酸盐岩单轴抗压强度的影响 [103] 。Bufe等人研究了硅酸盐岩、碳酸盐岩和硫化物风化的共同变化后果 [104] 。Rötting等人研究了碳酸盐岩溶解过程中的渗透率、持水曲线和反应表面积影响因素 [105] 。Ribeiro等人研究了斯洛文尼亚岩溶平原的评价因素 [106] 。Chávez等人研究了通过非侵入性ERT-3D方法检测墨西哥奇琴伊察金字塔下的岩溶发育情况 [107] 。这些论文为本书说明了碳酸盐岩孔隙度与岩溶发育的密切关系和孔隙度的多种研究方法。West等人研究了在澳大利亚圣诞岛洞穴中使用eDNA条形码探测隐藏的地下岩溶发育情况 [108] 。Farsang等人研究了碳酸盐岩溶解度约束下的深部碳循环 [109] 。这些论文为本书说明了碳酸盐岩岩溶发育研究的多种方法。
在利用 16S rDNA技术进行岩溶微生物研究方面，Nebbache等人进行了岩溶泉的浊度与微生物研究 [110] 。Arp等人进行了德国岩溶水流中形成钙化的生物膜研究 [111] 。Jones进行了开曼群岛喀斯特地区与植物根系和微生物相关的成岩过程研究 [112] 。Anderson等人发现岩溶土壤pH值的迅速增加溶解了有机物，显著提高了微生物反硝化潜力 [113] 。Cirigliano等人进行了意大利塔奎尼亚伊特鲁里亚托姆巴-德格利斯库迪岩溶地区微生物来源研究 [114] 。这些论文为本书提供了国外学者利用 16S rDNA技术进行岩溶微生物研究的先例。Gérard等人进行了墨西哥岩溶微生物群中的特定碳酸盐岩-微生物相互作用研究 [115] 。Moitinho等人进行了巴西南部甘蔗区岩溶土壤CO 2 排放和与微生物群相关的土壤属性研究 [116] 。Melekhina等人进行了欧洲亚北极石油污染区土壤微生物群研究 [117] 。Swenson等人进行了将土壤生物学和化学联系起来研究土壤微生物 [118] 。这些论文为本书提供了利用 16S rDNA技术进行微生物影响岩溶化学反应研究的方法。O’Donnell等人进行了土壤微生物学中的可视化、建模与预测研究 [119] 。Van Den Hoogen等人进行了全球土壤线虫丰度和功能群组成研究 [120] 。这些论文为本书提供了利用 16S rDNA技术进行微生物影响岩溶研究的数据表现形式。Keiluweit等人进行了根系分泌物对土壤碳的矿物保护作用研究 [121] 。Jansson等人进行了土壤微生物与气候变化研究 [122] 。Lehmann等人进行了土壤微生物引起的土壤有机碳持久性研究 [123] 。这些论文为本书说明了利用 16S rDNA技术进行微生物影响岩溶研究时，必须关注微生物代谢产物对岩溶研究的影响。
国内在将计算机技术应用于碳酸盐岩时有一个值得怀疑的做法，那就是尽可能地提高设备的先进程度。从上面国内现状中应用的论文可以发现很多论文作者非常注重更新硬件研究设备，但却不重视对现有设备的使用。很多论文对硬件设备的使用主要表现在碳酸盐岩岩石图像的采集，对碳酸盐岩岩石图像的分析主要依靠设备自带软件或主流图像软件，缺少对碳酸盐岩岩石图像的深入分析。在很多论文中使用的设备对碳酸盐岩岩石图像的分析还停留在作者经验分析的阶段，缺少对碳酸盐岩岩石图像使用MATLAB等专业图像分析软件或自定义编程等途径的分析，让人怀疑这些设备是否得到了合适的使用。国内岩溶学者有一种很不好的观点，认为研究岩溶信息系统的学者都不是在进行岩溶研究。事实上任何理工类学科都需要一批人将信息科学的技术进展和本专业结合，这样才能使本专业得到正常的发展。岩溶研究的学者曾多次请笔者将其最新的电脑改装为DOS（你没看错，是DOS），以便安装在DOS下的岩溶软件。有时候请他们找电脑服务商去安装，往往碰到他们满脸苦涩地说已经找过了，但现在的电脑服务商已经没人会装DOS。为他们装好DOS后很多人会说你水平真高的感谢话，实际上这些话让岩溶信息系统学者听起来非常刺耳，非常让人不舒服。难道岩溶信息系统的重要性就体现在会装DOS？购买先进的图像采集设备当然是十分重要的，但尽可能地挖掘现有碳酸盐岩图像获取设备的潜力也是非常重要的，不能忽视通过图像分析技术尽可能挖掘现有设备潜力的研究。
在国内的TCRM岩溶研究中，比较注意碳酸盐岩的基础岩溶研究。在利用碳酸盐岩与岩溶水进行岩溶研究方面有很多很好的研究先例。目前国内的TCRM岩溶研究已经进展得很好了，如果说国内的TCRM岩溶研究有什么不足，那么基础岩溶研究和工程岩溶研究之间的关系还有可以加强的地方。国内学者也想到了利用室内模拟实验进行岩溶研究，只是室内模拟研实验研究的岩溶背景条件如碳酸盐岩地层的压力、温度和岩溶水中微生物的含量等都有改进的余地。碳酸盐岩地层压力在实验室内的模拟再现，在保证安全的前提下，要尽可能地接近碳酸盐岩地层的实际。碳酸盐岩地层的温度只是在某个时点的温度，一定要多次监测取碳酸盐岩地层的温度分布区间，在室内模拟实验时尽量将温度控制在地层温度分布区间内，不要在研究期间使用同一温度。在碳酸盐岩的岩溶发育过程的室内模拟实验中，应该充分考虑岩溶作用的所有地质背景，这样的TCRM岩溶研究才有实际的地学意义。
在国内的岩溶微生物研究中，已经充分使用了 16S rDNA等技术进行岩溶水或岩溶土壤中的岩溶微生物研究。需要注意的是，国内在岩溶微生物与碳酸盐岩地层之间的特有矿物之间的关系的研究比较少，值得国内岩溶学者进一步关注。岩溶土壤与岩溶水中的微生物为维持自身的生存，一定会利用碳酸盐岩地层中的各种矿物，满足自身的生存需要。这一过程可能产生很多对碳酸盐岩地层中的岩溶作用有重大影响的产物，从而明显改变碳酸盐岩地层中的岩溶发育过程，这点特别值得注意。所以在国内的岩溶微生物研究中，除了利用各种技术进行岩溶微生物的定性与定量研究，研究岩溶微生物与碳酸盐岩地层之间的特有矿物发生的对岩溶作用有明显作用的反应也值得岩溶学者特别重视。
根据以上国外发表的论文，国外学者似乎非常重视现有硬件设备的使用。根据论文中的设备型号，很多国外学者使用的硬件设备明显落后于国内学者论文中使用的设备。但国外学者明显非常重视现有设备数据的使用，很多论文使用MATLAB或各种专业软件进行了碳酸盐岩岩石图像分析研究。很多论文广泛使用了互联网上的开源代码或控件、函数。国外学者的论文很多都带有DOI的数据与代码下载地址，下载之后对研究的可重复性很高，值得国内学者借鉴。从国外学者的论文截图来看，他们使用的软件基本没有DOS下的，Windows下的居多，有一些论文截图看起来像是Linux下的。很多国外学者采用形式语言编程的方式进行碳酸盐岩岩石图像的分析，很好地引入了人工智能技术，值得国内学者借鉴。一些国外学者使用机器学习方式进行碳酸盐岩图像分析，取得了比较好的效果，值得国内学者效仿。
和国内学者相比，国外学者在TCRM碳酸盐岩岩溶研究上的创新点有明显值得重视和学习的地方。国外学者将碳酸盐岩岩溶研究的地质背景扩展到热泉、冰川等地质背景下综合研究，明显比单纯的岩溶研究更贴近实际的岩溶地学背景。有国外学者将碳酸盐岩的单轴抗压强度与岩溶发育速度相比，非常贴合实际工程生产需要。有国外学者从人文影响入手研究碳酸盐岩岩溶作用的社会影响，体现了多学科交叉研究的重要性。有国外学者甚至研究了碳酸盐岩在地球以外的地质演化，为国内学者提供了全新的研究方向，也许将来中国学者也会在月球或火星上进行碳酸盐岩的研究，这真是令人激动的碳酸盐岩研究方向。有国外学者使用分形等手段进行碳酸盐岩的孔隙度研究，过程清楚，算法可靠，可重复性高，非常值得国内学者重视。
和国内学者相比，国外学者在岩溶微生物方面的研究也是非常值得注意的。有国外学者进行了岩溶水或岩溶土壤中的岩溶微生物的培养研究，为室内模拟研究岩溶微生物提供了非常好并可以参考对照的先例。有国外学者仔细研究了岩溶微生物的可视化表达，贡献了科研都可以免费使用的开源代码，非常值得尊敬。有的开源代码的行数令人惊叹，意味着代码的开发者投入了大量的人力与时间。中国学者一定要努力在科研领域用好这些开源代码，并争取在岩溶微生物研究的可视化表达上贡献自己的开源代码。国外学者在岩溶微生物的种群数量与分布研究上比较重视岩溶微生物的地学背景研究，在热泉、冰川等地质背景下的岩溶微生物的分布也得到了重点关注。很多国外学者研究了岩溶微生物在新陈代谢过程中对碳酸盐岩及其地层中矿物的影响，很好地解释了岩溶水中的H + 的生物成因，在逻辑上比较好地解释了岩溶微生物和碳酸盐岩地层岩溶作用的关系，值得国内学者重视。