盧亞敏，蘇克凡，付帆飛，黃寶琦，劉樂軍，王娜

1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京100871

2. University of Tulsa，Tulsa 74104

3.自然資源部第一海洋研究所，青島266061

4.北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院，深圳518055

CT（computerized tomography），即計(jì)算機(jī)斷層成像，指在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、X射線光強(qiáng)、電子束強(qiáng)等）的投影數(shù)據(jù)，運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法，通過計(jì)算機(jī)處理重建物體特定層面上的二維圖像，以及依據(jù)一系列上述二維圖像構(gòu)成三維圖像的技術(shù)。1969年，英國工程師Hounfield最早設(shè)計(jì)了電子計(jì)算機(jī)體層成像裝置，并于1972年將這一成果在放射學(xué)年會(huì)上公布，從此帶來了醫(yī)學(xué)圖像上的革命[1]。X射線CT掃描（X-ray computerized tomography），即X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)圖像處理與X射線體層掃描技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本原理是當(dāng)X射線穿過被探測(cè)物體時(shí)，對(duì)一定厚度的層面進(jìn)行掃描，利用物體內(nèi)不同組分對(duì)X射線的吸收不同，將被測(cè)物體劃分為眾多的立方體小塊（體素）。當(dāng)X射線穿過選定層面時(shí)，沿該方向排列的各體素均在一定程度上吸收一部分X射線，比較入射前后X射線的強(qiáng)度變化可以獲得截面上的所有體素沿該方向衰減值的總和。通過不同方向上的多次掃描可以檢測(cè)不同方向穿過體層后具有不同衰減系數(shù)的X射線投影序列，再利用Radom變換，即已知所有入射角θ的投影函數(shù)u（P,θ）可以恢復(fù)唯一的圖像函數(shù)f（x,y），進(jìn)行重建便可得到原始投影數(shù)據(jù)的二維數(shù)據(jù)[2]。

三維重建（three-dimension reconstruction），是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型。目前，根據(jù)所使用硬件的不同，在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成物體三維模型的方法共有以下四種：①根據(jù)三維物體的斷層面所得的二維圖像提取輪廓，然后根據(jù)一定的原則進(jìn)行相鄰兩個(gè)輪廓的鏈接和三角化，從而得到物體表面形狀。該類方法主要用于對(duì)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)淇梢暬热玑t(yī)學(xué)影像的三維重建，深埋管道器件的外部檢測(cè)等，而這也是本次研究進(jìn)行三維重建的方法；②使用探針和激光讀數(shù)器逐點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行整體三角化。此類方法測(cè)量精確，但速度較慢，很難在較短時(shí)間內(nèi)獲得相對(duì)較多的數(shù)據(jù)，效率不高；③基于雙目視覺進(jìn)行重建，但深度數(shù)據(jù)計(jì)算精度較低，主要應(yīng)用于機(jī)器人視覺領(lǐng)域；④應(yīng)用硬件光學(xué)三維掃描儀主動(dòng)獲得物體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行重建獲得物體的整體表面信息[3]。

CT掃描與三維重建技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、建筑學(xué)等研究領(lǐng)域，且于20世紀(jì)80年代首次被Conroy和Vannier用于古生物化石的研究[4]。近30年來，CT掃描設(shè)備與三維重建技術(shù)發(fā)展迅猛，在地質(zhì)體及古生物化石研究中的應(yīng)用越來越廣泛。如Zollikofer等[5]用CT掃描了距今約30 ka的尼安德特人St.Ce'saire的頭骨化石，復(fù)原出了較為完整的古人類頭骨模型；牛永斌等[6]利用3D Max和Cosmoworlds三維建模軟件恢復(fù)了遺跡化石Chondrites的三維立體形態(tài)，并使用模型瀏覽器對(duì)完成的模型進(jìn)行加載得到其三維圖像，并為小尺度地質(zhì)體三維建模研究提供了一種新的技術(shù)手段；星耀武等[7]在中國古植物學(xué)研究中首次利用X射線CT掃描技術(shù)，并結(jié)合三維重建觀察云南晚中新世松屬球果化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，證明了CT掃描技術(shù)可以在不破壞標(biāo)本的前提下觀察植物化石的內(nèi)部結(jié)構(gòu),對(duì)于較珍貴的化石研究作用尤為明顯；丁奕等[8]利用Mimics軟件獲得了遺跡化石Chondrites的三維視圖，并對(duì)其進(jìn)行了距離、角度等的測(cè)量，使內(nèi)生遺跡化石三維形態(tài)的高精度重建成為可能。

在沉積環(huán)境的研究中，往往采用地震測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)與沉積物取心相結(jié)合的方法，因此，巖心中包含的地下地層、含礦情況等信息至關(guān)重要。而以往巖石孔隙度測(cè)定所使用的水銀置換法、液體飽和法等，都需要對(duì)巖心柱進(jìn)行碎樣或切割，不但破壞了巖心結(jié)構(gòu)，而且可能遺漏了巖心中保留的其他重要信息。相較于其他方法，CT掃描對(duì)于建立巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)并進(jìn)行定量研究具有極大的優(yōu)越性，因此，該方法在石油工業(yè)及碳酸巖類巖心的試驗(yàn)中已有廣泛應(yīng)用[9]。此外，徐宗恒等[10]利用CT掃描對(duì)兩個(gè)取自天然斜坡方形原狀土柱進(jìn)行掃描、分析、三維重建，研究了柱狀樣中大孔隙在空間分布的連通性、分支性和復(fù)雜性，為植被發(fā)育斜坡土體的滲流等物理特性研究提供了理論依據(jù)。王剛等[11]通過CT掃描及三維重建技術(shù)，有效地研究了煤層的孔裂隙結(jié)構(gòu)特征，提出了煤的孔裂隙結(jié)構(gòu)定量表征的方法，并建立了煤的三維孔裂隙結(jié)構(gòu)模型和具有拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的孔隙網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化模型。另外，CT掃描也為沉積孔隙中水合物微觀分布的直接觀測(cè)提供了可能途徑，Jin等[12]采用了微型X射線CT在-100℃條件下獲取了沉積物中游離氣、“水合物+冰”及沙粒的空間分布位置。胡高偉等[13]在高分辨率工業(yè)型X射線層析掃描儀上研制了適用于沉積物中水合物微觀賦存狀態(tài)研究的CT原位探測(cè)裝置，可通過模擬天然氣水合物生成、分解過程，直接觀測(cè)水合物在沉積孔隙中的微觀分布特征。李成峰等[14]通過X射線CT和SEM在線觀測(cè)了水合物在有孔蟲殼體內(nèi)壁附著的模式生長(zhǎng)這一特征，為南海水合物成藏機(jī)理和儲(chǔ)層物性參數(shù)研究提供了依據(jù)。

由于取樣技術(shù)及采樣條件的限制，海洋沉積物的柱狀樣樣品更為寶貴。如果在進(jìn)行沉積物物理、化學(xué)及生物學(xué)特征研究之前，能夠利用X射線CT掃描技術(shù)對(duì)深海巖心的整體沉積結(jié)構(gòu)及內(nèi)部特征進(jìn)行無創(chuàng)恢復(fù)，其結(jié)果將是沉積學(xué)及古環(huán)境學(xué)研究的重要補(bǔ)充。實(shí)際上在ODP（Ocean Drilling Program,大洋鉆探計(jì)劃）和IODP（International Ocean Discovery Program,國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃）中，X射線CT掃描已經(jīng)是常規(guī)的巖心分析手段，但許多研究多將其作為一種成像工具，用于觀察和描述巖心樣品[15-16]，并提供相關(guān)物理性質(zhì)的信息[17]。Tanaka等[18]通過質(zhì)量體積法獲得的堆積密度，與基于X射線CT掃描的線性衰減系數(shù)的估計(jì)密度進(jìn)行比較，提出可通過CT數(shù)據(jù)深入了解巖心的密度變化。鮮有研究者通過此方法重建巖心的三維立體模型，以獲得沉積結(jié)構(gòu)等在巖心內(nèi)部的空間展布情況。因此，本研究嘗試?yán)肵射線CT掃描技術(shù)，對(duì)南海北部巖心Core 01進(jìn)行三維恢復(fù)，并結(jié)合AMS14C測(cè)年數(shù)據(jù)及氧碳同位素?cái)?shù)據(jù)分析其沉積環(huán)境。

1 材料與方法

本次研究的巖心Core 01為2017年6月國家海洋局“向陽紅01”號(hào)調(diào)查船海試期航次在南海北部陸 坡 利 用 重 力 柱 取 得。該 站 位 于17°25.878 2′N、110°46.171 1′E（圖1），水深1 602 m，沉積物總長(zhǎng)度4.3 m。在山東大學(xué)齊魯醫(yī)院完成X射線CT掃描后，Core 01柱狀樣運(yùn)回到位于青島的自然資源部第一海洋研究所，剖開后對(duì)沉積物剖面進(jìn)行了詳細(xì)的沉積學(xué)描述。

圖1 Core 01采樣位置及本文中涉及的站位E413 Fig.1 Location of Core 01 and station E413 involved in this research

本次研究中掃描所用儀器為分辨率1 mm的雙源CT。在雙源模式下，CT儀器有兩套數(shù)據(jù)采集與重建系統(tǒng)并行工作，獨(dú)立發(fā)射、接收射線并完成圖像處理，在重建圖像時(shí)可選擇得到兩組獨(dú)立圖像或一組融合圖像，前者與普通單源掃描無異，后者提高了時(shí)間分辨率，主要用于對(duì)時(shí)間分辨率要求較高的掃描工作。山東大學(xué)齊魯醫(yī)院用于Core 01掃描的儀器為德國西門子公司雙源CT掃描儀（SOMATOM DEFINATION），進(jìn)行巖心掃描時(shí)設(shè)置掃描電流為20 mAs，電壓為120 kV。設(shè)置完參數(shù)以后，將巖心柱頂部朝向CT掃描架的方向推入X-射線管和探測(cè)器之間，啟動(dòng)掃描，掃描時(shí)長(zhǎng)為90～120 min。放射源發(fā)出的X射線穿透巖心柱以后，會(huì)引起放射線強(qiáng)度、速度和頻率的改變。不同物質(zhì)對(duì)X射線的吸收不同，因此，投影出來的亮度也不同。在CT切片中可以根據(jù)亮度（CT值）將各物質(zhì)區(qū)分開，物質(zhì)的CT值越高，表征物質(zhì)密度越高。X射線數(shù)據(jù)的變化可通過探測(cè)器檢測(cè)得到，并形成投影；經(jīng)過旋轉(zhuǎn)射線源，就可以得到一系列不同深度處的巖心柱CT切片，本次掃描每段巖心共得到500個(gè)切片圖像。

利用三維重建軟件，將得到的切片圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維空間內(nèi)，在空間里將每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)處用X射線CT掃描所記錄到的數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，賦予顏色、透明度等信息就可以將巖心柱進(jìn)行三維重建。本次研究中采用的三維重建軟件為Mimics 19.0。操作過程中，首先將掃描獲得的DICOM格式圖像文件導(dǎo)入至Mimics 19.0中進(jìn)行可視化分析，重復(fù)導(dǎo)入操作后即可獲得Core 01巖心的CT灰度圖像（圖2b）。隨后進(jìn)行的重建工作包括閾值調(diào)整、區(qū)域增長(zhǎng)、蒙版編輯、蒙版三維計(jì)算：

圖2 Core 01巖心的剖面圖及灰度示意圖a.剖面圖，b.CT灰度示意圖。Fig.2 Profile and CT gray scale images of Core 01a. profile, b. CT gray scale images.

（1）通過調(diào)整密度閾值選擇處理目標(biāo)范圍，由于物體密度與CT圖灰度正相關(guān)，即密度越大在CT灰度圖中越明亮，可通過灰度差異區(qū)分出不同區(qū)域，同時(shí)可通過調(diào)整灰度對(duì)比度以突出區(qū)域間差異；

（2）使用區(qū)域增長(zhǎng)功能初步隔離出目標(biāo)物體所對(duì)應(yīng)的擁有特定密度的連續(xù)區(qū)域；

（3）使用蒙版編輯功能對(duì)所選區(qū)域進(jìn)行細(xì)調(diào)，獲得目標(biāo)區(qū)域；

（4）使用蒙版三維計(jì)算對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行三維重建，最終得到三維圖像。

此外，為了更好地解讀三維重建得到的沉積結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)巖心情況，本次研究還采集了沉積物樣品，每個(gè)樣品體積約為10 mL。樣品均按照微體古生物學(xué)研究方法進(jìn)行處理，對(duì)0.82、2.24、4.04 m的3個(gè)樣品中的浮游有孔蟲（Globigerinoidesruber及 無 袋 型Trilobatus sacculifer）進(jìn) 行 了AMS14C測(cè)年；在0.02和0.82 m兩個(gè)樣品中分別挑選足夠量的底棲有孔蟲表生種Cibicidoideswuellerstorfi及內(nèi)生種Uvigerina peregrina進(jìn)行穩(wěn)定氧碳同位素測(cè)定。樣品的沖洗工作在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院第四紀(jì)實(shí)驗(yàn)室完成；有孔蟲AMS14C的測(cè)定由Beta實(shí)驗(yàn)室完成，得到的年齡數(shù)據(jù)利用Marine13進(jìn)行校正；氧、碳穩(wěn)定同位素測(cè)試在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為MAT253，采用PDB標(biāo)準(zhǔn)，分析精度為0.1‰。

2 結(jié)果

Core 01巖心柱的剖面圖如圖2a所示，巖心柱總長(zhǎng)4.3 m，直徑約為10.5 cm，以粉砂為主，顏色呈淺灰綠色，含水量較高。其中0～1.0 m多處具有直徑約0.3～0.5 cm孔隙，且可見貝殼殘塊；1.0～2.0 m及2.0～3.0 m可見致密的綠色團(tuán)塊及淺色條帶，且2.0～3.0 m段出現(xiàn)灰綠色紋層及生物碎屑；3.0～4.3 m可見紋路擾動(dòng)現(xiàn)象、傾斜紋層、棕褐色有機(jī)質(zhì)顆粒及生物碎屑。獲得的Core 01 CT灰度圖像（圖2b）為沿其橫截面某一直徑的縱剖面圖，通過更改選擇的方向，可獲得巖心柱不同角度縱剖面的灰度圖。與剖開的巖心剖面對(duì)比，CT灰度圖可以更加清楚地看到0～1.0 m中的孔隙及沉積層理、結(jié)構(gòu)的變化。此外，在處理CT圖像時(shí)，還發(fā)現(xiàn)巖心約4.2 m處出現(xiàn)灰度極高（近乎純白）的區(qū)域，即代表此處密度極大，但這一特征并未在巖心剖面上顯示。水的CT值為0 HU，空氣的CT值為-1 000 HU。本次掃描巖心的CT值范圍為-1 023～3 042 HU。其中0～1.0 m中孔隙的CT值范圍為-1 023～148 HU，3.0～4.3 m中密度極大區(qū)域的CT值范圍為1 708～3 042 HU。為探討這兩處結(jié)構(gòu)形成的具體原因，本次研究嘗試對(duì)該兩處進(jìn)行三維重建，以獲得更加詳細(xì)的沉積結(jié)構(gòu)特征。

管狀孔隙集中出現(xiàn)于Core 01巖心0～1.0 m段，在實(shí)際剖面上因被切割方位不同而呈橢圓形、近圓形及長(zhǎng)條狀，部分孔隙含水。CT灰度圖中所顯示孔隙形態(tài)與巖心實(shí)際觀察結(jié)果基本吻合，同時(shí)CT值顯示其具有極低密度。本文選取了Core 01 巖心0.38～0.58 m段（圖3a）進(jìn)行三維重建，發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域的孔隙呈無統(tǒng)一定向的長(zhǎng)條管狀，從不同角度觀察，有些長(zhǎng)管相互鏈接成枝狀，與巖心剖面圖對(duì)比可更清楚地揭示孔隙在巖心內(nèi)部的形狀、延展及分布情況（圖3b，c）。

圖3 Core 01巖心0.38～0.58 m段剖面圖及孔隙的三維重建模型a.剖面圖，b-c.不同方位視角下的孔隙三維重建模型。Fig.3 Profile and 3D model of pores in section 0.38～0.58 m,Core 01a.profile, b-c.3D model of pores from different perspectives.

Core 01約4.2 m深度處高密度區(qū)域三維重建結(jié)果顯示，該實(shí)體整體呈扁錐狀，表面粗糙不平，在其面積較小的兩處端面可見似螺旋狀結(jié)構(gòu)（圖4），據(jù)此推斷為一枚生物殼體，可能為軟體動(dòng)物中的腹足類。由此可見，在CT掃描的三維重建中，可以恢復(fù)剖面上觀察不到、但是存在于巖心內(nèi)部的更多化石及其他沉積特征，這也是三維重建的優(yōu)勢(shì)所在。

圖4 不同方位視角下Core 01巖心4.2 m處碳酸鹽化石三維重建模型Fig.4 3D model of the carbonate fossil from different perspectives at 4.2 m, Core 01

AMS14C測(cè) 年 得 到0.82 m處 年 齡 為6.920 ka，

2.24 m處年齡為15.320 ka，該孔的底部（4.04 m）年齡大于43.5 ka。0.02和0.82 m底棲有孔蟲表生種C.wuellerstorfi的氧同位素分別為2.73‰、2.72‰，碳同位素分別為0.30‰、0.21‰；底棲有孔蟲內(nèi)生種U. peregrina的氧同位素分別為2.57‰、3.34‰，碳同位素分別為-2.75‰、-0.25‰。

3 討論

3.1 Core 01巖心0～1.0 m沉積環(huán)境的分析

在Core 01巖心0～1.0 m的三維恢復(fù)中，發(fā)現(xiàn)大量的枝狀、長(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)。盡管由于CT掃描分辨率的限制，看不到孔隙壁更加微細(xì)的結(jié)構(gòu)，無法判斷是否為生物鉆孔，但在剖樣時(shí)發(fā)現(xiàn)該段巖心含水量較高，未發(fā)現(xiàn)活體生物或者生物化石。根據(jù)該研究區(qū)的地震剖面，該柱狀樣位于一滑塌層上（圖5）。前人研究認(rèn)為西沙海槽受斷裂構(gòu)造作用影響，海底發(fā)育張性斷層，許多斷層延伸至第四紀(jì)沉積的淺層地層[19]，具有良好的天然氣水合物氣源形成條件與排放通道。尹希杰等[20]在南海北部西沙海槽探測(cè)到了明顯的甲烷濃度異常，其中，E413站位（18.00°N、116.49°E）（圖1）在水深1 750、1 900和2 050 m的底層水中出現(xiàn)甲烷異常。陳忠等[21]在西沙海槽西北坡采集到作為甲烷冷泉活動(dòng)證據(jù)的冷泉碳酸鹽結(jié)殼顆粒，并結(jié)合地球物理數(shù)據(jù)等，認(rèn)為甲烷流體的排溢與天然氣水合物的分解有關(guān)，其地點(diǎn)位于Core 01北部約800 m處?；谇叭说难芯拷Y(jié)果，結(jié)合Core 01站位的地質(zhì)背景，該站位0～1.0 m中的長(zhǎng)條管狀、分枝狀的孔隙可能與該區(qū)海底天然氣水合物釋放造成的甲烷滲漏有關(guān)。

圖5 東南海域共享航次地震剖面圖Fig.5 Seismic profile of the joint cruise in Qiongdongnan area.

甲烷滲漏中自生碳酸鹽沉淀常見于全球海底，該過程涉及甲烷的厭氧氧化（AOM，anaerobic oxidation of methane）與硫酸鹽還原（SR，sulfate reduction）。海底沉積物中甲烷釋放使孔隙水堿度增加，有利于自生碳酸鹽的沉淀，釋放出的甲烷氣體與孔隙水中的硫酸根發(fā)生反應(yīng)[22]：

甲烷中的碳同位素遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常底層海水中溶解無機(jī)碳的碳同位素值，甲烷厭氧氧化與硫酸鹽還原的過程會(huì)使洋底沉積物孔隙水乃至底層水中的溶解無機(jī)碳中的碳同位素偏負(fù)，這一影響會(huì)被生活在沉積物表面及淺層沉積物中的底棲有孔蟲記錄，表現(xiàn)為殼體δ13C值較其正常值偏負(fù)。同時(shí)，水合物的分解會(huì)使周圍水體富集18O，進(jìn)而使底棲有孔蟲殼體的δ18O值偏正[23-24]。

底棲有孔蟲C.wuellerstorfi為表生種，其殼體氧碳同位素主要記錄了底層海水的氧碳同位素值，而U. peregrina為內(nèi)生種，其殼體同位素記錄了孔隙水的氧碳同位素值。南海北部約1 500 m表層沉積物中底棲有孔蟲C.wuellerstorfi的δ18O值約為2.37‰～2.62‰，δ13C值約為0.18‰～0.27‰；U. peregrina的δ18O值約為1.73‰～1.98‰，δ13C值約為1.08‰～1.17‰[25-26]。Core 01巖 心0.02與0.82 m處C.wuellerstorfi的δ18O值分別為2.73‰和2.72‰，與南海相同水深該種的氧同位素值相比略偏正；δ13C值（0.30‰和0.21‰）與南海相同水深該種的碳同位素值無明顯差別。而U. peregrina的δ18O值（2.57‰和3.34‰）明顯偏正；δ13C值（-2.75‰和-0.25‰）明顯偏負(fù)，這與前人研究認(rèn)為的甲烷滲透背景下底棲有孔蟲殼體U. peregrina碳同位素存在約0～-6‰的負(fù)偏相一致[27]。由此，我們推斷Core 01巖心附近區(qū)域全新世以來可能存在水合物分解釋放過程，進(jìn)而形成了0～1.0 m沉積物中的長(zhǎng)條管狀、分枝狀的孔隙。

3.2 X射線CT掃描及三維重建的意義

海洋沉積物保存了較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)沉積記錄，蘊(yùn)含著豐富的環(huán)境變化信息，但取樣成本和技術(shù)要求較高，同時(shí)受到巖心直徑的影響，沉積物體積有限，樣品更顯寶貴。對(duì)于深海巖心，往往需要將其縱向剖開后進(jìn)行沉積物巖性、粒度、顏色、沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等描述，鮮有研究者使用X射線CT掃描及三維重建技術(shù)恢復(fù)沉積物內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。在一些特殊的沉積環(huán)境中，如果沉積物中含有大量孔隙，在剖開的過程中可能會(huì)使孔隙中的水分丟失或者氣體釋放，從而影響沉積特征。此外，在剖面中，觀察者只能描述沉積結(jié)構(gòu)的二維特征，無法判斷該沉積結(jié)構(gòu)在沉積物中的三維展布，對(duì)于未在剖面上顯示的沉積特征更加無能為力，而X射線CT掃描及三維重建技術(shù)可以為此提供更多的沉積學(xué)信息。

Core 01巖心0～1.0 m剖面中可見多孔隙分布，但這些孔隙三維形態(tài)及其在沉積物中的分布及其展布規(guī)律無法從剖面圖中獲得。通過對(duì)0.38～0.58 m沉積物X射線CT掃描圖像的三維重建，發(fā)現(xiàn)剖面上顯示的孔隙實(shí)際為無定向的長(zhǎng)條管狀結(jié)構(gòu)，從不同角度觀察，其中有些長(zhǎng)管相互鏈接，呈枝狀結(jié)構(gòu)。三維重建的結(jié)果有助于對(duì)孔隙形成機(jī)制的討論。此外本研究還對(duì)Core 01 CT灰度圖中顯示的4.2 m處密度異常高的部分進(jìn)行了三維重建，發(fā)現(xiàn)此處的密度異常是由一個(gè)腹足類的化石造成，而該化石并未在剖面上出露。

總之，X射線CT掃描技術(shù)可以在不破壞巖心的前提下研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以獲得常規(guī)剖面描述中不能觀察到的沉積結(jié)構(gòu)和特征，具有較好的應(yīng)用前景，為深海巖心的研究提供了新的思路與方法。另外，根據(jù)研究要求，可以選用不同分辨率的CT掃描儀器。在Core 01剖面上還可見多處沉積擾動(dòng)現(xiàn)象，由于本次掃描分辨率的限制，我們無法恢復(fù)其三維展布情況。但顯微X射線CT精度可達(dá)1微米級(jí)別[28]，理論上可以重建巖心內(nèi)部更精細(xì)的結(jié)構(gòu)特征。常規(guī)的醫(yī)用及工業(yè)CT設(shè)備能提供的均為吸收襯度CT圖像，即通過探測(cè)樣品不同部分對(duì)X射線的吸收程度來反演其三維結(jié)構(gòu)。因此只有具有不同物質(zhì)組成的成像對(duì)象，對(duì)X射線吸收程度不同，才能獲取有效的結(jié)構(gòu)信息。且受低襯度與低信噪比的影響，實(shí)際獲得圖像的空間分辨率要低于探測(cè)器的理論值。而同步輻射X射線相位襯度顯微鏡斷層成像技術(shù)其原理為相位襯度成像，使得密度相差較小的樣品也能獲得高精度的圖像，可以為組成較均一的巖心提供更好的三維無損成像解決方案[29]。

4 結(jié)論

（1）X射線CT掃描及三維重建可以揭示出巖心內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)及沉積特征，為深海沉積學(xué)研究提供了新的方法和手段。

（2）借助這一手段，本研究恢復(fù)了Core 01巖心柱0～1.0 m的孔隙三維結(jié)構(gòu)及4.2 m處的生物化石殼體的外部形態(tài)，結(jié)合浮游有孔蟲AMS14C測(cè)年、底棲有孔蟲氧碳同位素結(jié)果，以及該站位的地質(zhì)背景，推斷該巖心0～1.0 m孔隙的形成可能與該區(qū)天然氣水合物的釋放有關(guān)。

（3）隨著X射線CT掃描在地質(zhì)學(xué)研究中得到更加廣泛的應(yīng)用，將會(huì)帶來更為準(zhǔn)確的沉積環(huán)境的恢復(fù)結(jié)果。