計(jì)算機(jī)輔助沉積巖巖石分類和命名系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

王國平,金文玉

(1.南京工程高等職業(yè)學(xué)校,江蘇 南京 211135;2.江蘇省國土資源廳,江蘇 南京 210029)

計(jì)算機(jī)輔助沉積巖巖石分類和命名系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

王國平1,金文玉2

(1.南京工程高等職業(yè)學(xué)校,江蘇 南京 211135;2.江蘇省國土資源廳,江蘇 南京 210029)

巖石分類和命名是地質(zhì)勘查、地質(zhì)科學(xué)研究中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。國家標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)為規(guī)范沉積巖巖石分類和命名工作奠定了基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在地質(zhì)工作中的廣泛應(yīng)用,推動(dòng)了巖石分類和命名工作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的進(jìn)程。國際互聯(lián)的高速發(fā)展,不僅提高了信息的傳播速度和傳播方式,而且使信息的檢索和利用更加方便快捷。討論了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的沉積巖巖石分類命名計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的解決方案。

沉積巖;分類;命名;計(jì)算機(jī)輔助

0 引 言

1 沉積巖石分類命名的基本要求

巖石分類和命名是地質(zhì)勘查、地質(zhì)科學(xué)研究中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作,是地層劃分、對(duì)比的重要依據(jù)之一。1998年,國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布了 3個(gè)巖石分類和命名方面的推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)：《火成巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.1—1998)、《沉積巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)、《變質(zhì)巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.3—1998),為規(guī)范巖石分類和命名工作奠定了基礎(chǔ)。在巖石分類和命名方案國家標(biāo)準(zhǔn)頒布以前,在開展某一個(gè)地區(qū)或某個(gè)項(xiàng)目地質(zhì)工作之初,為了保證巖石分類和命名的一致性,都會(huì)制訂針對(duì)某一個(gè)地區(qū)或研究項(xiàng)目的巖石分類和命名方案,由此造成因區(qū)域或時(shí)間上的差異同一種巖石有不同的名稱或不同的巖石有相同的名稱。巖石分類和命名方案國家標(biāo)準(zhǔn)頒布及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在地質(zhì)工作中的廣泛應(yīng)用,推動(dòng)了巖石分類和命名工作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的進(jìn)程。依據(jù)《沉積巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.2—1998),筆者詳細(xì)闡述了基于Web技術(shù)的沉積巖巖石分類和命名計(jì)算機(jī)輔助分類命名系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。

《沉積巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)根據(jù)沉積物的物質(zhì)來源將沉積巖分為火山 -沉積碎屑巖、陸源沉積巖、內(nèi)源沉積巖 3個(gè)大類,在此基礎(chǔ)上又依據(jù)其物質(zhì)來源、結(jié)構(gòu)、成巖方式等因素分為沉積 -火山碎屑巖、火山 -沉積碎屑巖、陸源碎屑巖、泥質(zhì)巖、蒸發(fā)巖、非蒸發(fā)巖、可燃有機(jī)巖 7個(gè)基礎(chǔ)類 (表 1。其中,火山 -沉積碎屑巖大類和內(nèi)源沉積巖大類中的可燃有機(jī)巖基礎(chǔ)類分類和命名方案另有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,在此不作討論)。

沉積巖的基本命名方式為：附加修飾詞 +基本名稱。沉積巖中的沉積物 (內(nèi)源礦物或陸源碎屑物)含量大于 50%,或能反映巖石基本特征和基本屬性的沉積物,或具有開采價(jià)值的沉積物作為沉積巖的基本名稱,次要礦物成分、結(jié)構(gòu)、成巖后生產(chǎn)物、成因等作為附加修飾詞。

各基礎(chǔ)類根據(jù)沉積物粒級(jí)、成分、成因和巖性等特征進(jìn)一步劃分為若干類。例如：陸源碎屑巖基礎(chǔ)類根據(jù)粒級(jí)劃分為粗碎屑巖、中碎屑巖和細(xì)碎屑巖3個(gè)類,各類之間又由于粒級(jí)、組分、成因和巖性等征等差異其命名方式稍有差異。

表1 沉積巖基本類型的劃分

粗碎屑巖類巖石的命名：膠結(jié)物 +礫石成分 +結(jié)構(gòu) +基本名稱。如：鈣質(zhì)膠結(jié)石灰?guī)r質(zhì)粗礫巖(修飾詞：鈣質(zhì)膠結(jié)石灰?guī)r質(zhì);基本名稱：粗礫巖)。

中碎屑巖類巖石的命名：膠結(jié)物 +結(jié)構(gòu) +碎屑成分 +基本名稱。如：中粒長石石英砂巖 (修飾詞：中粒長石石英;基本名稱：砂巖)。

細(xì)碎屑巖類巖石的命名：膠結(jié)物 +結(jié)構(gòu) +基本名稱。如：泥質(zhì)粉砂巖 (修飾詞：泥質(zhì);基本名稱：粉砂巖)。

從上述 3類巖石的命名來看,都是按照附加修飾詞 +基本名稱的形式命名的,其余各類巖石的命名方式不逐一細(xì)說。

2 系統(tǒng)構(gòu)架

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用深入到科研、生產(chǎn)、教育等各個(gè)領(lǐng)域。在巖石學(xué)數(shù)據(jù)分析處理過程中,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用己相當(dāng)廣泛,為解決巖石學(xué)中的具體問題出現(xiàn)了多種專用應(yīng)用軟件包,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,信息的傳播速度和傳播方式發(fā)生了巨大的變化,推動(dòng)了數(shù)據(jù)共享、軟件共享技術(shù)的發(fā)展,基于Web平臺(tái)的應(yīng)用程序的開發(fā)應(yīng)用為巖石學(xué)發(fā)展注入新的活力。

B/S結(jié)構(gòu) (Browser/Server)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。其最大特點(diǎn)是：用戶可以通過瀏覽器去訪問網(wǎng)絡(luò)上的文本、數(shù)據(jù)、圖像、動(dòng)畫、視頻和聲音信息,這些信息都是由的Web服務(wù)器產(chǎn)生的,而每一個(gè)Web服務(wù)器又可以通過各種方式與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接,大量的數(shù)據(jù)實(shí)際存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中,客戶端除了瀏覽器,一般無須任何用戶程序。

B/S結(jié)構(gòu)是在 2層 C/S結(jié)構(gòu) (Client/Server)客戶端/服務(wù)器數(shù)據(jù)存取邏輯和應(yīng)用邏輯基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的 3層結(jié)構(gòu),分為用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)層。各層之間相互分離,更改、更新某層,不需要重新編譯或者更改其他層,起到保護(hù)數(shù)據(jù)庫、控制流量、提高效率的作用。因此對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)也非常方便,同時(shí)可最大限度地減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫訪問的瓶頸。其 3層結(jié)構(gòu)組成如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

用戶層：是實(shí)現(xiàn)用戶請(qǐng)求與服務(wù)器應(yīng)用邏輯處理結(jié)果的交互界面,采用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器。就筆者所討論的系統(tǒng)而言,用戶根據(jù)實(shí)時(shí)的巖石鑒定結(jié)果數(shù)據(jù)或已有巖石鑒定結(jié)果數(shù)據(jù),通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入界面,向Web服務(wù)器提出數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求并顯示獲得的處理結(jié)果頁面。

邏輯業(yè)務(wù)處理層：用來處理與客戶端瀏覽器請(qǐng)求的所有事務(wù)邏輯,其工作任務(wù)就是接受用戶的請(qǐng)求后,服務(wù)器啟動(dòng)相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的Web應(yīng)用程序來響應(yīng)處理有關(guān)事務(wù),再通過服務(wù)器將事務(wù)處理結(jié)果生成 HT ML代碼形式并發(fā)送給客戶端瀏覽器。編寫實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的程序代碼,可使用微軟公司的 ASP(Active Server Pages)技術(shù),它是代替 CGI腳本程序的一種應(yīng)用,可以與數(shù)據(jù)庫和其他程序進(jìn)行交互,是一種簡(jiǎn)單、方便的編程工具。ASP是一個(gè)服務(wù)器腳本環(huán)境,在站點(diǎn)的Web服務(wù)器上解釋腳本,可產(chǎn)生并執(zhí)行動(dòng)態(tài)、交互式的站點(diǎn)服務(wù)器應(yīng)用程序。ASP網(wǎng)頁可以包含 HT ML標(biāo)記、普通文本、腳本命令以及 COM組件等。利用 ASP可以向網(wǎng)頁中添加交互式內(nèi)容 (如在線表單),也可以創(chuàng)建使用 HTML網(wǎng)頁作為用戶界面的Web應(yīng)用程序。

數(shù)據(jù)層：接受Web服務(wù)器傳來的對(duì)數(shù)據(jù)處理的請(qǐng)求,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息查詢、修改、存儲(chǔ)等有關(guān)功能任務(wù),并將處理結(jié)果返回Web服務(wù)器。微軟公司的 SQL Server作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器配合 ASP是Web應(yīng)用程序開發(fā)常用的組合。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以W indows 2003 Server為系統(tǒng)平臺(tái)、SQL Server 2000為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫、IIS 6.0為 Web服務(wù)器,瀏覽器使用 IE 6.0以上版本,以 ASP環(huán)境為開發(fā)工具,以簡(jiǎn)單性、適應(yīng)性和靈活性、一致性和完整性為系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

SQL Server是一種基于客戶機(jī)/服務(wù)器的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它使用 Transact語言在服務(wù)器和客戶機(jī)之間傳送請(qǐng)求和答復(fù)。SQL Server是一種關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫,它將相關(guān)資料組成表格,表格和表格間有關(guān)聯(lián)性。根據(jù)系統(tǒng)管理需要,設(shè)計(jì)以下 14個(gè)數(shù)據(jù)表 (表 2)。

表2 數(shù)據(jù)庫表名稱、功能及結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)表 2—11將“國標(biāo)”的相關(guān)條目文本,轉(zhuǎn)換成二維關(guān)系數(shù)據(jù)表,主要目的是利用數(shù)據(jù)庫高效的數(shù)據(jù)管理能力和簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)查詢時(shí)檢索表達(dá)式的復(fù)雜程度,提高數(shù)據(jù)檢索效率。將文本條目轉(zhuǎn)換成二維關(guān)系數(shù)據(jù)表時(shí)關(guān)鍵是確定表的字段名稱及建立表間關(guān)系。數(shù)據(jù)表 3“沉積巖大類表”與數(shù)據(jù)表 4“沉積巖基類表”通過大類 ID[dl ID]關(guān)聯(lián);數(shù)據(jù)表 4“沉積巖基類表”與數(shù)據(jù)表 5“沉積巖小類表”通過基類 ID[jl ID]關(guān)聯(lián);數(shù)據(jù)表 5“沉積巖小類表”與數(shù)據(jù)表 6—10通過小類 ID[xl ID]關(guān)聯(lián),通過表間關(guān)系可以建立數(shù)據(jù)表 3—數(shù)據(jù)表 10之間的關(guān)聯(lián),為系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)時(shí)的級(jí)聯(lián)下拉列表建立了數(shù)據(jù)環(huán)境。

3.2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)用戶管理、輔助分類命名、信息查詢、同行交流、系統(tǒng)維護(hù) 5個(gè)功能模塊 (圖 2)。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

用戶管理模塊：由系統(tǒng)管理員分配各系統(tǒng)用戶對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的操作權(quán)限,根據(jù)權(quán)限判定登陸用戶是否能進(jìn)入相應(yīng)的功能模塊。

輔助分類命名模塊：系統(tǒng)的核心模塊,采用人機(jī)交互方式,完成待鑒定巖石的分類命名或?qū)σ延械膸r石鑒定資料進(jìn)行復(fù)核。

信息查詢模塊：查詢“國標(biāo)”的內(nèi)容、典型巖石實(shí)物圖片、典型巖石薄片圖片、已完成鑒定命名的巖石資料等信息。

同行交流模塊：在巖石鑒定過程中遇到一時(shí)難于解決的問題或想將鑒定結(jié)果與同行討論,借助此模塊實(shí)現(xiàn)與同行網(wǎng)上交流。

系統(tǒng)維護(hù)模塊：通過系統(tǒng)維護(hù)模塊來管理、組織整個(gè)系統(tǒng),維護(hù)系統(tǒng)的安全性。它包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、用戶權(quán)限設(shè)置,數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。

3.3 操作流程設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的巖石分類命名工作是根據(jù)巖石的肉眼和顯微鏡下的鑒定結(jié)果,對(duì)照巖石分類命名方案,確定巖石名稱、劃分巖石類型。借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的巖石分類命名系統(tǒng)中工作流程如圖 3。

首先,根據(jù)巖石的實(shí)物標(biāo)本和巖石薄片判斷是火成巖、變質(zhì)巖還是沉積巖,如果是沉積巖石則進(jìn)入下一步。

第二步,確定巖石大類,是火山 -沉積碎屑巖(含有火山物質(zhì))還是陸源沉積巖 (碎屑物質(zhì)經(jīng)機(jī)械搬運(yùn)、沉積、壓實(shí)和膠結(jié)而成的巖石)或內(nèi)源沉積巖(化學(xué)沉積或生物化學(xué)沉積作用形成的巖石),除火山 -沉積碎屑巖外的巖石,進(jìn)入下一步。

第三步,根據(jù)巖石大類,結(jié)合巖石實(shí)物標(biāo)本巖性特征,確定巖石基類,除煤以外的巖石進(jìn)入下一步。

第四步,根據(jù)巖石基類,結(jié)合巖石實(shí)物標(biāo)本和巖石薄片中巖性特征,確定巖石小類,進(jìn)入下一步。

第五步,確定巖石類型劃分方案 (成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成因、粒級(jí)等中的一種、兩種或兩種以上方案)。

第六步,巖性特征觀察和描述,參照巖石類型劃分方案,確定巖石基本名稱。

第七步,根據(jù)巖石實(shí)物標(biāo)本和巖石薄片中的巖性綜合特征,參照巖石類型命名方案,確定巖石名稱。

提交結(jié)果,如有不確定情況可通過同行交流平臺(tái)與同行討論交流。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

“ASP+SQL Server”是 W indows系統(tǒng)平臺(tái)上常用的一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁組合,ASP是微軟公司開發(fā)的服務(wù)器端腳本程序環(huán)境,它根據(jù)客戶的不同請(qǐng)求,在服務(wù)器端經(jīng)過相應(yīng)的 ASP程序處理,生成不同的靜態(tài)HT ML文檔并返回給瀏覽器。ASP程序是在 HT ML文檔中嵌入由 VBScript或 JavaScript腳本語言編寫的程序語句,VBScript是服務(wù)器端腳本程序語言,其程序語句在服務(wù)器端解釋執(zhí)行,JavaScript是客戶端腳本程序語言,其程序語句由瀏覽器解釋執(zhí)行。

一般的文本編輯工具都可以用來開發(fā) ASP程序,筆者所討論之系統(tǒng)用 Dreamweaver開發(fā),圖 4是沉積巖石分類命名系統(tǒng)中的一個(gè)沉積巖輔助命名界面。界面頂端的標(biāo)題圖和導(dǎo)航欄是系統(tǒng)的共用部分,界面主體左側(cè)是沉積巖石輔助命名的一個(gè)核心表單 (輔助命名表單),右側(cè)是相關(guān)信息查詢的超級(jí)鏈接。

圖3 巖石分類命名流程圖

圖4 巖石分類命名用戶操作界面圖

輔助命名表單使用了下拉列表級(jí)聯(lián)技術(shù),當(dāng)在表單中的第一步選擇了一個(gè)沉積巖石大類后,表單中的下拉列表內(nèi)容和界面右側(cè)的相關(guān)信息查詢的超級(jí)鏈接內(nèi)容產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)變化。例如：第一步選擇了陸源沉積巖,表單中的下拉列表內(nèi)容只顯示與陸源沉積巖分類命名的相關(guān)的列表值,界面右側(cè)的相關(guān)信息查詢同時(shí)也只顯示與陸源沉積巖相關(guān)的超級(jí)鏈接,其中第二步的選擇沉積巖石基類下拉列表只顯示與陸源沉積巖相關(guān)的陸源屑巖、泥巖 2個(gè)列表值。在第二步沉積巖基類下拉列表選定陸源屑巖列表值,第三步的選擇沉積巖石小類下拉列表只顯示與陸源屑巖相關(guān)的粗碎屑巖、中碎屑巖、細(xì)碎屑巖 3個(gè)列表值。在第三步沉積巖小類下拉列表選定粗碎屑巖列表值后,第四步選擇沉積巖類型劃分方法下拉列表只顯示與粗碎屑巖類型劃分相關(guān)的按粗碎屑圓度、按粗碎屑大小、按粗碎屑成分、按成因和巖性特點(diǎn) 4個(gè)列表值。在第四步選擇沉積巖類型劃分方法下拉列表中選定按粗碎屑圓度列表值后,在下拉列表框的右邊出現(xiàn)礫巖和角礫巖 2個(gè)單選按鈕,并在選擇粗碎屑粒級(jí)下拉列表中只顯示與粗碎屑相關(guān)的粒級(jí)列表值。當(dāng)在第五步確定粗碎屑粒級(jí)列表值并在第六步確定粗碎屑成分、膠結(jié)物的方本框中輸入粗碎屑成分和膠結(jié)物成分后系統(tǒng)給出相關(guān)的巖石名稱,如果系統(tǒng)給出的巖石名稱符合要求按確定巖石名稱按鈕提交表單,進(jìn)入下一步巖石標(biāo)本和巖石薄片特征描述、巖石基本信息記錄、巖石標(biāo)本和/或巖石薄片圖片上傳等操作表單 (限于篇幅,原因不詳述),如果系統(tǒng)給出的巖石名稱不符合要求可從右側(cè)查詢相關(guān)巖石分類命名信息后內(nèi)容進(jìn)入相應(yīng)步驟修改,或通過同行交流模塊與同行切磋交流。已完成分類命名的巖石可通過查詢模塊中的已分類命名巖石,進(jìn)行修改。

在巖石命名過程中,隨時(shí)可通過界面右側(cè)的信息查詢超鏈接,查詢到《沉積巖巖石分類和命名方案》(GB/T 17412.2—1998)中相關(guān)內(nèi)容,和典型的巖石標(biāo)本和典型的標(biāo)本薄片圖片進(jìn)行分析對(duì)比。

4 結(jié) 語

巖石分類命名國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布為巖石分類命名規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。在巖石鑒定工作中使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)不僅可以提高工作效率,而且可以使巖石分類命名更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,巖石分類計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中不僅可使用在地質(zhì)勘查和地質(zhì)研究工作中,也可以在巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)中使用。筆者討論之系統(tǒng)只是三大巖類中的一個(gè)巖石類型,目前暫作巖石分類計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

[1] GB/T 17412.2—1998,巖石分類和命名方案：沉積巖巖石分類和命名方案[S].

[2] 楊紅衛(wèi),汪新慶,劉剛.基于三角圖命名巖類的計(jì)算機(jī)命名研究[J].地礦測(cè)繪,2003(3)：4-6.

[3] 閆建萍,周治國,劉立.巖石學(xué)照片的可視化管理軟件的編制與應(yīng)用[J].世界地質(zhì),2001(3)：296-299.

[4] 陳良忠.巖漿巖分類命名的袖珍計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)[J].地質(zhì)與勘探,1989(2)：23-28.

[5] 陳章玉,王方正.基于Web平臺(tái)的巖石礦物數(shù)據(jù)處理軟件新進(jìn)展[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),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;編輯：侯鵬飛

王國平 (1959—),男,講師,工程師,主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)勘察 (工程)行業(yè)職業(yè)教育.