基于X-ray CT的古土壤孔裂隙識(shí)別與表征

李 鑫, 盧玉東, 張曉周, 盧陽(yáng)春, 楊亞慧

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710054; 2.旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

古土壤是黃土高原漫長(zhǎng)的形成過(guò)程中在濕熱環(huán)境中形成的棕褐色沉積物[1]。由于其黏粒含量高[2]，往往在黃土地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害研究中被當(dāng)作隔水層[3-5]。按此觀點(diǎn)，上覆黃土水分下滲過(guò)程中，當(dāng)遇到古土壤層時(shí)會(huì)形成局部飽水帶，使得黃土軟化，強(qiáng)度降低[6-7]，形成滑動(dòng)面，致使上覆黃土沿著古土壤接觸面下滑[8-9]。但在對(duì)已經(jīng)發(fā)生的黃土滑坡調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)古土壤層往往被切穿，多數(shù)的解釋是因?yàn)榛掳l(fā)生過(guò)程中，由于重力作用，使得古土壤層被切穿。然而，由于古土壤的黏性較高，在外界干濕交替、凍融循環(huán)、震動(dòng)等過(guò)程中容易形成裂隙。如果是因?yàn)楣磐寥乐写嬖诘目紫丁⒘严秲?yōu)勢(shì)滲流通道，使得水分穿過(guò)古土壤層，在其下形成更深層次的滑動(dòng)面，也不無(wú)可能。因此，定量化研究古土壤孔隙、裂隙結(jié)構(gòu)，有助于揭示古土壤中水分賦存及運(yùn)移特征，對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展黃土斜坡地質(zhì)災(zāi)害機(jī)理研究具有重要的實(shí)踐意義。目前在黃土—古土壤層序空隙微觀結(jié)構(gòu)研究方面，有大量針對(duì)馬蘭黃土、離石黃土的研究成果。高國(guó)瑞[10]利SEM和X射線衍射分析了黃土骨架顆粒形態(tài)、連接與排列方式，并提出了影響濕陷性的12種組合類(lèi)型；雷祥義[11]利用壓汞法將西安市附近黃土按照成因分為原生和次生孔隙，按尺寸分為特大孔隙(>250 μm)、大孔隙(16～250 μm)、中孔隙(4～16 μm)、小孔隙(1～4 μm)和微孔隙(<1 μm)；李曉軍[12]在國(guó)內(nèi)較早利用CT對(duì)壓實(shí)黃土的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步探討；谷天峰[13]通過(guò)計(jì)算馬蘭黃土荷載前后SEM圖像中孔隙微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，揭示了土體變形過(guò)程中孔隙及顆粒變化特征；陳瓊[14]利用氮?dú)馕椒ㄑ芯苛嘶瑤廖⒖紫段教匦?；程亞楠[15]利用CT掃描的方法對(duì)黃土水力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了提取，利用編程建立了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)行了水力學(xué)預(yù)測(cè)；潘網(wǎng)生[16-17]利用SEM對(duì)涇陽(yáng)南塬黃土滑坡上樣品進(jìn)行掃描，獲取黃土微觀孔隙參數(shù)及非均質(zhì)性和分形分維特征，并利用逾滲理論和網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)黃土微觀滲流進(jìn)行模擬；Li[18]利用SEM對(duì)馬蘭黃土進(jìn)行掃描，并分析了黃土微觀孔隙特征與濕陷性的關(guān)系；Li[19]利用CT對(duì)馬蘭黃土大孔隙特征進(jìn)行研究，并對(duì)黃土大孔隙滲流進(jìn)行了模擬；延愷[20]利用CT對(duì)黃土二三維微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，得到了團(tuán)聚體中土顆粒三維微觀形態(tài)特征和接觸方式。另外，F(xiàn)IB-SEM[21]、核磁共振[22]等方法也開(kāi)始應(yīng)用于土體微結(jié)構(gòu)的研究。上述方法基本都是針對(duì)黃土層序中馬蘭和離石黃土進(jìn)行的研究，而針對(duì)古土壤孔隙裂隙特征和孔隙尺度水力特性的研究卻少見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究利用工業(yè)微焦點(diǎn)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(X-ray ICT)對(duì)涇陽(yáng)南塬原狀S5古土壤樣品進(jìn)行掃描，對(duì)古土壤中發(fā)育的孔隙、裂隙進(jìn)行識(shí)別提取和定量化表征，為進(jìn)一步進(jìn)行古土壤水力學(xué)特性預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

試驗(yàn)所用古土壤原狀樣品采集自涇陽(yáng)南塬高莊鎮(zhèn)修石渡村取土場(chǎng)剖面上比較明顯的紅3條S5古土壤層，為減少采樣過(guò)程中對(duì)樣品的干擾，首先利用刀和鋸切割30 cm ×30 cm×30 cm的樣品，用保鮮膜包裝好后，利用模板箱搬運(yùn)回室內(nèi)。然后利用切割機(jī)進(jìn)行加工，最終試驗(yàn)掃描樣品尺寸為5 cm×5 cm×10 cm。樣品干密度ρd為1.62 g/cm3，比重Gs為2.76，孔隙比e為0.7，飽和稱(chēng)重法測(cè)得孔隙度為41.18%，塑限16.18，液限32.39，黏粒含量33.80%，粉粒含量63.88%，砂粒含量2.32%，粒度不均勻系數(shù)Cu=30.11,曲率系數(shù)Cs=1.93，該古土壤為級(jí)配良好的不均勻土。

1.2 X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-ray CT)

利用X-ray工業(yè)CT設(shè)備(圖1)進(jìn)行古土壤樣品掃描，原理是利用X射線穿過(guò)樣品中不同物質(zhì)時(shí)具有不同的衰減系數(shù)，即致密組分衰減系數(shù)大，疏松組分衰減系數(shù)小，X射線穿過(guò)樣品，由探測(cè)器接收到衰減程度不同的X射線，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)為灰度值(0～255)不同的CT切片圖像[23]，其中孔隙的灰度值最小，在圖像上表現(xiàn)最暗，高密度物質(zhì)灰度值最大，表現(xiàn)為最亮，中間灰度階則為致密程度不同的固體土顆粒，通過(guò)沿樣品豎向掃描可以獲得一系列連續(xù)切片(圖1)。本次CT掃描，試樣尺寸為5 cm×5 cm×10 cm，空間分辨率為102 μm，共獲得1 728張像素為1 024×1 024 pixel的二維圖像。

圖1 X-ray CT實(shí)驗(yàn)裝置及掃描切片示意圖

1.3 CT圖像濾波處理與二值化分割

由于古土壤樣品在CT掃描過(guò)程中儀器系統(tǒng)運(yùn)行和環(huán)境噪聲的影響，所得到的圖像上存在噪點(diǎn)。為了獲取高質(zhì)量的圖像，圖像處理的第一步就是要對(duì)連續(xù)CT切片進(jìn)行濾波處理，達(dá)到既消除噪點(diǎn)，又保留孔隙邊緣的目的。AVIZO軟件中提供了20多種濾波算法，按功能主要分為平滑濾波(如Median Filter，Bilateral Filter等)、邊緣檢測(cè)濾波(如Sobel Filter， Gaussian Filter等)，銳化濾波、頻域轉(zhuǎn)換濾波和灰度轉(zhuǎn)換濾波[24]5大類(lèi)，其中前3類(lèi)在CT圖像處理中較為常用。

本文經(jīng)過(guò)對(duì)原始圖像(以第330張切片為例)進(jìn)行眾多濾波算法(圖2只展示部分濾波結(jié)果，包括中值濾波、高斯濾波、盒式濾波、雙邊濾波)計(jì)算比對(duì)發(fā)現(xiàn)，雙邊濾波器(Bilateral Filter)在降噪和邊緣保留方面比其他濾波算法效果好，主要是因?yàn)殡p邊濾波在對(duì)周邊像素灰度值進(jìn)行加權(quán)平均時(shí)，所采用的權(quán)重值綜合考慮了像素歐幾里得距離和像素局部灰度差異，使其同時(shí)具備降噪平滑和邊緣保留的功能[25]。利用該濾波得到了既可以有效降噪，又能很好地凸顯孔隙邊緣的圖像，為下一步進(jìn)行圖像準(zhǔn)確分割提供了良好的基礎(chǔ)。

圖像閾值分割的主要目的是將樣品中空隙空間和黃土顆粒分割開(kāi)。本文利用閾值分割法(Threshold tool)和頂帽分割(Top hat)相結(jié)合，較為精準(zhǔn)的區(qū)分出空隙和固體顆粒。其中，Threshold tool主要是基于影像灰度進(jìn)行分割，但是分割過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)閾值選取過(guò)小時(shí)，某些閾值邊緣灰度較淺的孔隙被分割為顆粒，閾值過(guò)大時(shí)，又出現(xiàn)過(guò)度分割的現(xiàn)象；Top hat分割方法是基于黑頂帽或白頂帽算法計(jì)算相鄰像素間灰度對(duì)比值來(lái)找出更“黑”或者更“白”的聚集像素，以識(shí)別出孔隙和土壤顆粒。Tophat識(shí)別出的空隙可以加入或者減除Threshold tool分割得到的孔隙或者顆粒中，以彌補(bǔ)或減輕因孔隙識(shí)別不足或者過(guò)度分割造成的偏差。通過(guò)兩種工具的聯(lián)合使用，對(duì)雙邊濾波法得到的灰度圖像進(jìn)行分割，小于設(shè)定閾值的部分為孔隙，賦值1以黑色表示，大于該閾值的部分為顆粒，賦值0以白色表示，由此獲取了較為精準(zhǔn)的二值化圖像，如圖2所示。

1.4 三維重建及可視化

基于移動(dòng)立方體(MC， marching cubes)算法[26]，對(duì)上述閾值分割的系列二值化圖片進(jìn)行三維重建，得到孔隙和古土壤顆粒三維模型，為了更加直觀地觀察孔隙形態(tài)和三維展布情況，利用分水嶺算法對(duì)三維孔隙體進(jìn)行分割?；诠獾陌l(fā)射和吸收原理，模擬預(yù)設(shè)光源通過(guò)孔隙體素并產(chǎn)生不同程度的發(fā)射和吸收，從而呈現(xiàn)出不同明暗程度的映射色系，達(dá)到可視化的目的。通過(guò)三維渲染效果圖(圖3)，可清晰地看到孔隙、裂隙的幾何形態(tài)、空間展布、連接方式、連通程度等信息。

圖2 圖像濾波處理及二值化分割

圖3 古土壤孔裂隙結(jié)構(gòu)及基質(zhì)顆粒

1.5 古土壤空隙參數(shù)計(jì)算及分類(lèi)

為了對(duì)古土壤空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征，在圖像分割及三維重建的基礎(chǔ)上，首先計(jì)算了孔隙度(n)和形狀因子(SF)，并利用三維空隙形狀因子對(duì)古土壤中各類(lèi)空隙進(jìn)行分類(lèi)，在分類(lèi)的基礎(chǔ)上，計(jì)算了不同類(lèi)型空隙的等效孔徑(d)。

孔隙度n為空隙體積(某切片內(nèi)空隙面積)與土體(某切片)總體積(總面積)之比，見(jiàn)公式(1)：

(1)

式中：AV，AT——二維層面空隙面積和總面積(μm2)；VV，VT——三維空隙體積和總體積(μm3)。

形狀因子(SF, shape factor)是表征三維空間幾何體相對(duì)于球體褒癟長(zhǎng)短的形狀特性，見(jiàn)公式(2)：

(2)

式中：A3D——三維空隙表面積(μm2)，V3D——三維空隙體積(μm3)。

等效孔徑d是表征古土壤中空隙尺寸的參數(shù)，由于樣品中空隙類(lèi)型多樣，而AVIZO軟件提供的等效孔徑計(jì)算方法是利用球形直徑計(jì)算的，對(duì)非球形空隙 (如裂隙、枝杈狀孔隙、長(zhǎng)柱狀孔隙)進(jìn)行計(jì)算，難以真實(shí)準(zhǔn)確表征所有空隙孔徑特性。實(shí)際上，對(duì)于裂隙來(lái)說(shuō)，等效孔徑代表裂隙開(kāi)度，在計(jì)算時(shí)應(yīng)利用垂直于最大費(fèi)雷特徑的寬度計(jì)算；對(duì)于枝杈狀孔隙來(lái)說(shuō)，實(shí)際上是由若干長(zhǎng)柱狀孔隙交叉連通形成的，而長(zhǎng)柱狀孔隙局部為圓柱體，因此枝杈狀孔隙和長(zhǎng)柱狀孔隙的等效直徑應(yīng)利用圓柱體體積公式來(lái)推求；對(duì)于橢球和似球體孔隙則可按照球形直徑進(jìn)行計(jì)算。本文對(duì)AVIZO中算法進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)不同類(lèi)型空隙，應(yīng)用不同算法來(lái)求取等效直徑〔公式(3)〕，以更加準(zhǔn)確地表征空隙特征：

(3)

式中：B3D——裂隙開(kāi)度(μm)；V3D——孔隙體積(μm3)；L3D——孔隙長(zhǎng)度(μm)。

2 結(jié)果與分析

2.1 二維層面結(jié)構(gòu)定性分析

從圖2中古土壤原始二維切片圖像可以看出，圖像以0～255的不同灰度組成，可以明顯辨識(shí)出3類(lèi)組分，其中黑色為孔隙、白色為高密度物質(zhì)(主要為鈣質(zhì)成分)、中間灰色部分代表土顆粒。從圖2中二值化分割結(jié)果可以看出，古土壤中孔隙和裂隙共存，呈現(xiàn)隨機(jī)分散分布，形狀各異，有狹長(zhǎng)延伸型、似橢圓或圓型、不規(guī)則型孔隙，局部連通性較好，但是從整體上看，大部分都是孤立存在。

2.2 三維孔裂隙結(jié)構(gòu)宏觀定性分析

由于古土壤濕熱氣候中受環(huán)境改造明顯，且黏性較高，質(zhì)地較黃土脆硬，容易產(chǎn)生裂隙及孔道，孔裂隙相連接共同構(gòu)成空隙網(wǎng)絡(luò)。從三維數(shù)字模型中(圖3)可以看出，古土壤中空隙在形態(tài)上主要由裂隙、枝杈狀孔道、柱狀孤立孔隙、橢球及似球狀孤立孔隙組成，其中裂隙和枝杈狀孔道連通性較好，為古土壤中水分運(yùn)移提供優(yōu)先通道，是古土壤中產(chǎn)生優(yōu)先流的重要原因，很大程度上決定了古土壤的宏觀滲透性質(zhì)；長(zhǎng)柱狀孔隙雖然分散孤立存在，難以導(dǎo)水，但是在水分入滲時(shí)，裂隙和連通孔隙拓展發(fā)育過(guò)程中，可能會(huì)將該部分孔隙貫通，形成更大的范圍的水力聯(lián)系；孤立的橢球或球狀孔隙通常為儲(chǔ)氣空間，一般起到阻水的作用，在極限條件下可能會(huì)以逾滲的方式發(fā)生水分交換。從發(fā)展演化的觀點(diǎn)來(lái)看，裂隙發(fā)育部位在樣品中上部，總體沿垂向延伸，開(kāi)度隨深度減小，表明裂隙與特大孔隙是孤立大孔隙拓展的驅(qū)動(dòng)條件，后者是前者產(chǎn)生更大水力貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)。通過(guò)以上定性描述，大致了解了古土壤中孔隙裂隙形態(tài)、賦存方式，為認(rèn)識(shí)孔隙裂隙結(jié)構(gòu)提供了良好的基礎(chǔ)。但是要深入研究古土壤內(nèi)部孔裂隙結(jié)構(gòu)，還需要對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量化表征。

2.3 孔隙度定量表征

在圖像分割的基礎(chǔ)上，由式(1)分別計(jì)算了Z，Y，X三個(gè)方向上的二維孔隙度值，得到了3個(gè)方向上連續(xù)切片的孔隙度分布曲線(圖4)，以及三向孔隙度基本統(tǒng)計(jì)表(表1)。從圖4和表1中可以看出，總體上，3個(gè)方向上孔隙度平均值為9.68%，與三維孔隙度相等；XZ和YZ平面上的孔隙度曲線形狀和分布趨勢(shì)相近，部分切片段內(nèi)YZ孔隙度波動(dòng)趨勢(shì)比XZ滯后，表明有傾斜孔隙存在；XY平面上的孔隙度值與前兩者差異較大，說(shuō)明孔隙展布在三維空間上具有明顯的垂向性或近垂向性。由表1知，XZ和YZ平面變異系數(shù)較接近，都小于10%，XY平面變異系數(shù)是前兩者的2倍之多，由于樣品中孔隙和裂隙并存，沿Z方向(XY平面)的孔隙多寡變化強(qiáng)烈，造成XY平面變異系數(shù)較大，以上現(xiàn)象都說(shuō)明該古土壤空隙具有較強(qiáng)的垂向性和空間異質(zhì)性。

圖4 X，Y，Z三向切片孔隙度分布曲線

平面孔隙度/%平均標(biāo)準(zhǔn)差最小值最大值變異系數(shù)/%XY9.681.866.6714.1619.20XZ9.680.908.1112.059.27YZ9.680.756.8111.987.78三維9.68

2.4 空隙類(lèi)型定量表征與分析

由圖3直觀地看出古土壤中空隙的形態(tài)，但是要將每一類(lèi)提取出來(lái)，分類(lèi)表征，需要借助三維形狀因子加以區(qū)分，因此，依據(jù)公式(2)計(jì)算了所有空隙的形狀因子，并利用自然斷點(diǎn)法，將系列值分成了5類(lèi)(圖5)，即將前述五類(lèi)空隙分別提取出來(lái)。當(dāng)形狀因子SF>40.18為裂隙，7.01

圖5 基于形狀因子的不同類(lèi)型空隙分布頻率及累積頻率

2.5 孔徑分布定量表征

在空隙類(lèi)型劃分的基礎(chǔ)上，利用公式(3)計(jì)算了不同類(lèi)型空隙的等效直徑，得到古土壤孔徑分布信息，并繪制了各孔徑區(qū)間孔隙數(shù)量及其體積百分比柱狀圖(圖6)。統(tǒng)計(jì)知,通過(guò)CT掃描識(shí)別出的最小孔徑為0.109 mm，最大為5.059 mm，平均值為0.477 mm。從圖6可以看出，樣品中孔徑主要分布在0.1～0.7 mm之間，該部分孔隙占到總孔隙數(shù)目的82.90%，0.7～1.0 mm占13.98%，1.0～5.0 mm占3.09%，大于5.0 mm的占0.02%，然而體積百分比方面，0.1～0.7 mm區(qū)間上孔隙體積占總孔隙體積的26.9%，0.7～1.0 mm占42.6%，1.0～5.0 mm占26.6%，大于5.0 mm的占3.9%。該結(jié)果與前述基于形狀因子分類(lèi)得到的孔隙分布和體積占比結(jié)果一致，說(shuō)明基于形狀因子對(duì)空隙類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)表征可以達(dá)到對(duì)古土壤孔隙定量表征的目的。

圖6 孔徑分布與對(duì)應(yīng)體積百分比直方圖

3 討 論

3.1 古土壤孔裂隙識(shí)別的水力學(xué)意義

通常認(rèn)為，古土壤相對(duì)于黃土具有較小的滲透性能[4-5]，對(duì)垂向入滲的水分產(chǎn)生明顯的阻滯效應(yīng)，并引起水分的側(cè)向滲透，形成局部飽和帶，改變滲流場(chǎng)，降低坡體強(qiáng)度[16]。上述認(rèn)識(shí)是基于野外和室內(nèi)滲透試驗(yàn)建立的，滲流特性也是基于宏觀達(dá)西定律或Richard方程描述的，如何在孔裂隙尺度上對(duì)古土壤水分入滲規(guī)律進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，對(duì)于揭示古土壤在斜坡地質(zhì)災(zāi)害中水力學(xué)貢獻(xiàn)至關(guān)重要。本文無(wú)論從二維切片分割(圖2)還是三維孔裂隙模型結(jié)果(圖3)，都可以看出古土壤中發(fā)育規(guī)模不同、產(chǎn)狀各異、形態(tài)多樣的復(fù)雜空隙，具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性和各向異性，說(shuō)明利用適用于均質(zhì)假定的達(dá)西定律描述其滲流規(guī)律是有偏差的，因此有必要在孔裂隙尺度(微米尺度)上開(kāi)展研究。本文采用新技術(shù)新方法對(duì)空隙類(lèi)型進(jìn)行了有效劃分，并提出各類(lèi)空隙的度量算法，得到準(zhǔn)確的孔徑分布結(jié)果。有助于進(jìn)一步開(kāi)展孔隙網(wǎng)絡(luò)建模、孔隙裂隙尺度滲流模型的建立與滲流模擬，從而從本質(zhì)上揭示古土壤在斜坡地質(zhì)災(zāi)害中的重要作用。

3.2 分辨率對(duì)CT法測(cè)定孔隙度的影響

本文從CT掃描連續(xù)切片三維重建得到的孔裂隙結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到古土壤的孔隙度為9.68%，而利用飽和稱(chēng)重法計(jì)算的孔隙度為41.18%，壓汞法計(jì)算得到的孔隙度為30.2%，3種方法測(cè)得的孔隙度值差異較大，主要原因是:飽和稱(chēng)重法測(cè)定時(shí)，由于土顆粒的親水性，水分子直徑0.4 nm，可以進(jìn)入所有孔隙，因此得到的孔隙度最大，壓汞法最佳測(cè)量范圍為0.003～400 μm的孔隙[27]，對(duì)于特大孔隙測(cè)量不準(zhǔn)確，因此比稱(chēng)重法偏小。而本文CT法測(cè)得的空隙受本次掃描分辨率影響，測(cè)得的最小孔隙為109 μm，最大孔隙達(dá)到5 mm，得到的孔隙僅僅為大孔隙和特大孔隙，因此可以看出，古土壤中等效直徑小于100 μm的空隙占總空隙的比例較大。

在空隙識(shí)別與分類(lèi)中，由于本次掃描分辨率僅為102 μm，對(duì)于微小孔隙難以識(shí)別，但是可以識(shí)別出絕大多數(shù)有水力學(xué)意義的大孔隙(d≥100 μm)[28]，為了系統(tǒng)性的對(duì)古土壤空隙特征精確識(shí)別，在今后應(yīng)開(kāi)展多尺度、多分辨率CT掃描，從微—介—宏觀系統(tǒng)精確表征古土壤的內(nèi)部空隙特性，為進(jìn)一步研究古土壤孔裂隙雙重介質(zhì)滲流及其水力學(xué)特性研究提供科學(xué)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

本文為了進(jìn)行古土壤孔隙裂隙結(jié)構(gòu)識(shí)別與表征，優(yōu)選雙邊濾波法對(duì)古土壤CT掃描圖像進(jìn)行濾波處理，進(jìn)一步結(jié)合閾值分割和頂帽分割較為精準(zhǔn)地區(qū)分了空隙和固體顆粒，利用移動(dòng)立方體(MC)算法重建了三維孔裂隙模型，經(jīng)過(guò)光學(xué)渲染得到了古土壤內(nèi)部三維可視化結(jié)構(gòu)，通過(guò)定性分析與定量表征，對(duì)于空隙二三維形態(tài)特征、連接方式、空隙類(lèi)型與孔徑分布規(guī)律等進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)論為：

(1) 依據(jù)二三維定性分析可知，古土壤孔隙裂隙結(jié)構(gòu)并存，整體上呈分散分布，局部孔裂隙連通性較好；在形態(tài)上識(shí)別為裂隙、枝杈狀孔隙、長(zhǎng)柱狀孔隙、橢球及球狀孔隙；空間展布上具有明顯的垂向性和空間異質(zhì)性。

(2) 根據(jù)定量表征結(jié)果可知，古土壤大孔隙度(>100 μm的孔隙度)為9.86%，僅占總孔隙度(飽和稱(chēng)重法孔隙度41.18%)的23.4%，說(shuō)明古土壤以等效直徑在100 μm以下的孔裂隙為主；形狀因子是有效提取與識(shí)別孔裂隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)，依其可對(duì)空隙進(jìn)行精確分類(lèi)表征；可識(shí)別孔徑分布在0.1～5.0 mm之間，以0.1～0.7 mm孔隙居多，而0.7～1 mm孔隙體積貢獻(xiàn)率最大。

(3) CT無(wú)損掃描及三維可視化重建技術(shù)可以有效識(shí)別與表征古土壤內(nèi)部孔裂隙結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步開(kāi)展孔隙尺度滲流模擬提供可靠基礎(chǔ)。