计算机辅助沉积岩岩石分类和命名系统的设计研究

王国平,金文玉

(1.南京工程高等职业学校,江苏 南京 211135;2.江苏省国土资源厅,江苏 南京 210029)

计算机辅助沉积岩岩石分类和命名系统的设计研究

王国平1,金文玉2

(1.南京工程高等职业学校,江苏 南京 211135;2.江苏省国土资源厅,江苏 南京 210029)

岩石分类和命名是地质勘查、地质科学研究中的一项基础性工作。国家标准《沉积岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)为规范沉积岩岩石分类和命名工作奠定了基础,计算机辅助技术在地质工作中的广泛应用,推动了岩石分类和命名工作标准化、规范化的进程。国际互联的高速发展,不仅提高了信息的传播速度和传播方式,而且使信息的检索和利用更加方便快捷。讨论了基于网络技术的沉积岩岩石分类命名计算机辅助系统的解决方案。

沉积岩;分类;命名;计算机辅助

0 引 言

1 沉积岩石分类命名的基本要求

岩石分类和命名是地质勘查、地质科学研究中的一项基础性工作,是地层划分、对比的重要依据之一。1998年,国家质量技术监督局颁布了 3个岩石分类和命名方面的推荐性国家标准：《火成岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.1—1998)、《沉积岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)、《变质岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.3—1998),为规范岩石分类和命名工作奠定了基础。在岩石分类和命名方案国家标准颁布以前,在开展某一个地区或某个项目地质工作之初,为了保证岩石分类和命名的一致性,都会制订针对某一个地区或研究项目的岩石分类和命名方案,由此造成因区域或时间上的差异同一种岩石有不同的名称或不同的岩石有相同的名称。岩石分类和命名方案国家标准颁布及计算机辅助技术在地质工作中的广泛应用,推动了岩石分类和命名工作标准化、规范化的进程。依据《沉积岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.2—1998),笔者详细阐述了基于Web技术的沉积岩岩石分类和命名计算机辅助分类命名系统的设计和实现过程。

《沉积岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)根据沉积物的物质来源将沉积岩分为火山 -沉积碎屑岩、陆源沉积岩、内源沉积岩 3个大类,在此基础上又依据其物质来源、结构、成岩方式等因素分为沉积 -火山碎屑岩、火山 -沉积碎屑岩、陆源碎屑岩、泥质岩、蒸发岩、非蒸发岩、可燃有机岩 7个基础类 (表 1。其中,火山 -沉积碎屑岩大类和内源沉积岩大类中的可燃有机岩基础类分类和命名方案另有国家标准规定,在此不作讨论)。

沉积岩的基本命名方式为：附加修饰词 +基本名称。沉积岩中的沉积物 (内源矿物或陆源碎屑物)含量大于 50%,或能反映岩石基本特征和基本属性的沉积物,或具有开采价值的沉积物作为沉积岩的基本名称,次要矿物成分、结构、成岩后生产物、成因等作为附加修饰词。

各基础类根据沉积物粒级、成分、成因和岩性等特征进一步划分为若干类。例如：陆源碎屑岩基础类根据粒级划分为粗碎屑岩、中碎屑岩和细碎屑岩3个类,各类之间又由于粒级、组分、成因和岩性等征等差异其命名方式稍有差异。

表1 沉积岩基本类型的划分

粗碎屑岩类岩石的命名：胶结物 +砾石成分 +结构 +基本名称。如：钙质胶结石灰岩质粗砾岩(修饰词：钙质胶结石灰岩质;基本名称：粗砾岩)。

中碎屑岩类岩石的命名：胶结物 +结构 +碎屑成分 +基本名称。如：中粒长石石英砂岩 (修饰词：中粒长石石英;基本名称：砂岩)。

细碎屑岩类岩石的命名：胶结物 +结构 +基本名称。如：泥质粉砂岩 (修饰词：泥质;基本名称：粉砂岩)。

从上述 3类岩石的命名来看,都是按照附加修饰词 +基本名称的形式命名的,其余各类岩石的命名方式不逐一细说。

2 系统构架

随着计算机技术的高速发展,计算机的应用深入到科研、生产、教育等各个领域。在岩石学数据分析处理过程中,计算机的应用己相当广泛,为解决岩石学中的具体问题出现了多种专用应用软件包,计算机网络技术的发展,信息的传播速度和传播方式发生了巨大的变化,推动了数据共享、软件共享技术的发展,基于Web平台的应用程序的开发应用为岩石学发展注入新的活力。

B/S结构 (Browser/Server)即浏览器和服务器结构。其最大特点是：用户可以通过浏览器去访问网络上的文本、数据、图像、动画、视频和声音信息,这些信息都是由的Web服务器产生的,而每一个Web服务器又可以通过各种方式与数据库服务器连接,大量的数据实际存放在数据库服务器中,客户端除了浏览器,一般无须任何用户程序。

B/S结构是在 2层 C/S结构 (Client/Server)客户端/服务器数据存取逻辑和应用逻辑基础上改进而来的 3层结构,分为用户层、业务逻辑层和数据层。各层之间相互分离,更改、更新某层,不需要重新编译或者更改其他层,起到保护数据库、控制流量、提高效率的作用。因此对系统的维护和升级也非常方便,同时可最大限度地减小网络负载和后台数据库访问的瓶颈。其 3层结构组成如图 1所示。

图1 系统构架

用户层：是实现用户请求与服务器应用逻辑处理结果的交互界面,采用标准浏览器。就笔者所讨论的系统而言,用户根据实时的岩石鉴定结果数据或已有岩石鉴定结果数据,通过系统的数据输入界面,向Web服务器提出数据处理请求并显示获得的处理结果页面。

逻辑业务处理层：用来处理与客户端浏览器请求的所有事务逻辑,其工作任务就是接受用户的请求后,服务器启动相应的实现业务逻辑的Web应用程序来响应处理有关事务,再通过服务器将事务处理结果生成 HT ML代码形式并发送给客户端浏览器。编写实现业务逻辑的程序代码,可使用微软公司的 ASP(Active Server Pages)技术,它是代替 CGI脚本程序的一种应用,可以与数据库和其他程序进行交互,是一种简单、方便的编程工具。ASP是一个服务器脚本环境,在站点的Web服务器上解释脚本,可产生并执行动态、交互式的站点服务器应用程序。ASP网页可以包含 HT ML标记、普通文本、脚本命令以及 COM组件等。利用 ASP可以向网页中添加交互式内容 (如在线表单),也可以创建使用 HTML网页作为用户界面的Web应用程序。

数据层：接受Web服务器传来的对数据处理的请求,数据库服务器实现信息查询、修改、存储等有关功能任务,并将处理结果返回Web服务器。微软公司的 SQL Server作后台数据库服务器配合 ASP是Web应用程序开发常用的组合。

3 系统设计

以W indows 2003 Server为系统平台、SQL Server 2000为后台数据库、IIS 6.0为 Web服务器,浏览器使用 IE 6.0以上版本,以 ASP环境为开发工具,以简单性、适应性和灵活性、一致性和完整性为系统设计原则。

3.1 数据库设计

SQL Server是一种基于客户机/服务器的关系型数据库管理系统。它使用 Transact语言在服务器和客户机之间传送请求和答复。SQL Server是一种关联式数据库,它将相关资料组成表格,表格和表格间有关联性。根据系统管理需要,设计以下 14个数据表 (表 2)。

表2 数据库表名称、功能及结构

数据表 2—11将“国标”的相关条目文本,转换成二维关系数据表,主要目的是利用数据库高效的数据管理能力和简化数据查询时检索表达式的复杂程度,提高数据检索效率。将文本条目转换成二维关系数据表时关键是确定表的字段名称及建立表间关系。数据表 3“沉积岩大类表”与数据表 4“沉积岩基类表”通过大类 ID[dl ID]关联;数据表 4“沉积岩基类表”与数据表 5“沉积岩小类表”通过基类 ID[jl ID]关联;数据表 5“沉积岩小类表”与数据表 6—10通过小类 ID[xl ID]关联,通过表间关系可以建立数据表 3—数据表 10之间的关联,为系统界面设计时的级联下拉列表建立了数据环境。

3.2 系统模块设计

系统用户管理、辅助分类命名、信息查询、同行交流、系统维护 5个功能模块 (图 2)。

图2 系统功能模块

用户管理模块：由系统管理员分配各系统用户对系统各个功能模块的操作权限,根据权限判定登陆用户是否能进入相应的功能模块。

辅助分类命名模块：系统的核心模块,采用人机交互方式,完成待鉴定岩石的分类命名或对已有的岩石鉴定资料进行复核。

信息查询模块：查询“国标”的内容、典型岩石实物图片、典型岩石薄片图片、已完成鉴定命名的岩石资料等信息。

同行交流模块：在岩石鉴定过程中遇到一时难于解决的问题或想将鉴定结果与同行讨论,借助此模块实现与同行网上交流。

系统维护模块：通过系统维护模块来管理、组织整个系统,维护系统的安全性。它包括系统参数设置、用户权限设置,数据管理,数据备份、数据导出等功能。

3.3 操作流程设计

传统的岩石分类命名工作是根据岩石的肉眼和显微镜下的鉴定结果,对照岩石分类命名方案,确定岩石名称、划分岩石类型。借助计算机辅助技术的岩石分类命名系统中工作流程如图 3。

首先,根据岩石的实物标本和岩石薄片判断是火成岩、变质岩还是沉积岩,如果是沉积岩石则进入下一步。

第二步,确定岩石大类,是火山 -沉积碎屑岩(含有火山物质)还是陆源沉积岩 (碎屑物质经机械搬运、沉积、压实和胶结而成的岩石)或内源沉积岩(化学沉积或生物化学沉积作用形成的岩石),除火山 -沉积碎屑岩外的岩石,进入下一步。

第三步,根据岩石大类,结合岩石实物标本岩性特征,确定岩石基类,除煤以外的岩石进入下一步。

第四步,根据岩石基类,结合岩石实物标本和岩石薄片中岩性特征,确定岩石小类,进入下一步。

第五步,确定岩石类型划分方案 (成分、结构、构造、成因、粒级等中的一种、两种或两种以上方案)。

第六步,岩性特征观察和描述,参照岩石类型划分方案,确定岩石基本名称。

第七步,根据岩石实物标本和岩石薄片中的岩性综合特征,参照岩石类型命名方案,确定岩石名称。

提交结果,如有不确定情况可通过同行交流平台与同行讨论交流。

3.4 系统实现

“ASP+SQL Server”是 W indows系统平台上常用的一种动态网页组合,ASP是微软公司开发的服务器端脚本程序环境,它根据客户的不同请求,在服务器端经过相应的 ASP程序处理,生成不同的静态HT ML文档并返回给浏览器。ASP程序是在 HT ML文档中嵌入由 VBScript或 JavaScript脚本语言编写的程序语句,VBScript是服务器端脚本程序语言,其程序语句在服务器端解释执行,JavaScript是客户端脚本程序语言,其程序语句由浏览器解释执行。

一般的文本编辑工具都可以用来开发 ASP程序,笔者所讨论之系统用 Dreamweaver开发,图 4是沉积岩石分类命名系统中的一个沉积岩辅助命名界面。界面顶端的标题图和导航栏是系统的共用部分,界面主体左侧是沉积岩石辅助命名的一个核心表单 (辅助命名表单),右侧是相关信息查询的超级链接。

图3 岩石分类命名流程图

图4 岩石分类命名用户操作界面图

辅助命名表单使用了下拉列表级联技术,当在表单中的第一步选择了一个沉积岩石大类后,表单中的下拉列表内容和界面右侧的相关信息查询的超级链接内容产生联动变化。例如：第一步选择了陆源沉积岩,表单中的下拉列表内容只显示与陆源沉积岩分类命名的相关的列表值,界面右侧的相关信息查询同时也只显示与陆源沉积岩相关的超级链接,其中第二步的选择沉积岩石基类下拉列表只显示与陆源沉积岩相关的陆源屑岩、泥岩 2个列表值。在第二步沉积岩基类下拉列表选定陆源屑岩列表值,第三步的选择沉积岩石小类下拉列表只显示与陆源屑岩相关的粗碎屑岩、中碎屑岩、细碎屑岩 3个列表值。在第三步沉积岩小类下拉列表选定粗碎屑岩列表值后,第四步选择沉积岩类型划分方法下拉列表只显示与粗碎屑岩类型划分相关的按粗碎屑圆度、按粗碎屑大小、按粗碎屑成分、按成因和岩性特点 4个列表值。在第四步选择沉积岩类型划分方法下拉列表中选定按粗碎屑圆度列表值后,在下拉列表框的右边出现砾岩和角砾岩 2个单选按钮,并在选择粗碎屑粒级下拉列表中只显示与粗碎屑相关的粒级列表值。当在第五步确定粗碎屑粒级列表值并在第六步确定粗碎屑成分、胶结物的方本框中输入粗碎屑成分和胶结物成分后系统给出相关的岩石名称,如果系统给出的岩石名称符合要求按确定岩石名称按钮提交表单,进入下一步岩石标本和岩石薄片特征描述、岩石基本信息记录、岩石标本和/或岩石薄片图片上传等操作表单 (限于篇幅,原因不详述),如果系统给出的岩石名称不符合要求可从右侧查询相关岩石分类命名信息后内容进入相应步骤修改,或通过同行交流模块与同行切磋交流。已完成分类命名的岩石可通过查询模块中的已分类命名岩石,进行修改。

在岩石命名过程中,随时可通过界面右侧的信息查询超链接,查询到《沉积岩岩石分类和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)中相关内容,和典型的岩石标本和典型的标本薄片图片进行分析对比。

4 结 语

岩石分类命名国家标准的颁布为岩石分类命名规范化、标准化奠定了基础。在岩石鉴定工作中使用计算机辅助技术不仅可以提高工作效率,而且可以使岩石分类命名更加规范化和标准化,岩石分类计算机辅助系统中不仅可使用在地质勘查和地质研究工作中,也可以在岩石学实验、实训教学中使用。笔者讨论之系统只是三大岩类中的一个岩石类型,目前暂作岩石分类计算机辅助系统的一个子系统。

[1] GB/T 17412.2—1998,岩石分类和命名方案：沉积岩岩石分类和命名方案[S].

[2] 杨红卫,汪新庆,刘刚.基于三角图命名岩类的计算机命名研究[J].地矿测绘,2003(3)：4-6.

[3] 闫建萍,周治国,刘立.岩石学照片的可视化管理软件的编制与应用[J].世界地质,2001(3)：296-299.

[4] 陈良忠.岩浆岩分类命名的袖珍计算机程序设计[J].地质与勘探,1989(2)：23-28.

[5] 陈章玉,王方正.基于Web平台的岩石矿物数据处理软件新进展[J].矿物岩石地球化学通报,2001(2)：98-102.

Design study on computer-aided sedimentary rock classification and nomenclature system

WANG Guo-ping1,JINW en-yu2

(1.Nanjing EngineeringVocational College,Nanjing 211135,China;2.JiangsuDepartmentofLand and Resources,Nanjing 210029,China)

Rock classification and nomenclature are the fundamental activities for geologicalprospecting and geological research.Classification and nomenclature schemes of sedimentary rock(GB/T 17412.2—1998)settles a foundation for the standardization of sedimentary rock classification and nomination.Thewide application of computer-aided technology in the field of geology promoted the progress of standardization of rock classification and nomination.The speedy development of Internet not only improved the promulgating speed and mode of infor mation but also made the search and utilization of infor mation more shortcut and easier.The authors discussed the solution schemes for the computer-aided system on sedimentary rock classification and nomination based on network technology.

Sedimentary rock;Classification;Nomenclatwre;Computer-aided

P588.2;TP392

A

1674-3636(2010)04-0391-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.04.391

2010-08-19;编辑：侯鹏飞

王国平 (1959—),男,讲师,工程师,主要研究方向为地质勘察 (工程)行业职业教育.