叠层石是蓝藻类微生物藻席通过生命活动粘结、(2)

　　3 叠层石纹层生长周期分析

研究叠层石的纹层生长周期的方法，目前普遍采用在显微镜下或反光镜下，通过目测直接对纹层进行计数和统计分析[2,3,7]。这种方法对长序列连续的纹层韵律进行测量时，费时费力，而在纹层界线模糊的区域进行测量时又存在明显的误差。本文引进在洞穴石笋、树木年轮、湖泊季节纹泥中广泛采用数字图像分析方法[8～10]，以样品数字图像的灰度值作为计量纹层个数和厚度变化的指标，通过测量样品切面上沉积纹层色度变化，求取纹层个数和厚度，利用纹层厚度数据序列的频谱分析方法，识别叠层石多级生长周期的信息。

　　3.1 灰度数据采集

将样品抛光面和厚度标尺同时放置在常用扫描仪玻璃面板上进行图像扫描，图像扫描时参数仪器设定为自动对比度和8－bit 灰度模式，扫描仪分辨率采用600dpi。图像灰度数据采集选用UTHSCSA ImageTool 图像处理软件，导入扫描图像后进行反相处理，提高图像分辨。采用线性剖面工具沿路径采集灰度数据，测线路径一般选择在纹层清晰、生长带明显的剖面线上，采用折线法连续测量，测线宽度和步长设定为1pixel 点。测量结果以灰度值表示，它反映单位像元的反射光强度，其值介于0（黑色）～256（白色）之间，亮度越大，灰度级越高。ImageTool 软件输出的原始测点坐标位置以像素表示，根据样品扫描时同步放置的刻度标尺，也可以将以像素单位标定的测线路径转换为mm 刻度的深度单位，最终得到深度-灰度数据序列。

　　3.2 纹层厚度计算

叠层石生长节律的最小结构单元是浅色富屑纹层和暗色富藻纹层组成的共轭对偶纹层，它在每一个生长节律中的显示的数目或厚度变化，是研究叠层石生长周期的基础。样品数字图像的灰度变化曲线具有等间距采样，而且数据序列连续、纵向分辨率高的特点，根据我们提出的计算方法和步骤，通过对灰度数据处理，可以快速而精确的求取纹层个数和纹层厚度。

　　图2 示例表示利用图像灰度测量数据分步计算样品纹层数目和厚度的过程，具体方法和步骤说明如下：

　　1、为了消除样品表面因为颜色差异造成的灰度测量数据偏移，首先采用最小二乘法对原始灰度曲线进行拟合，取其与原数据序列之差作为新数据序列；2、采用移动平均法过滤背景噪音，突出纹层韵律的周期波动。移动平均点的取值视单个纹层厚度而定，实际计算过程中采用3 点移动平均值消除高频噪音。

　　3、对经过前处理的灰度数据序列，进行一阶差分法计算，提取明暗纹层对应的坐标位置，求取对偶纹层的个数和厚度。

　　观察和对比图2 中原始灰度数据和处理后的曲线，可以发现样品灰度变化清晰的反映了纹层节律的变化，灰度值高对应纹层浅色带，低值峰则指示暗色纹层；经过最小二乘法拟合和移动平均处理，消除了灰度值的长趋势漂移和高频噪音，而通过一阶差分处理的新数据序列反映了明暗纹层的分布及其坐标位置。计算结果显示，在图2 实验测线长度为6cm 的路径上，可识别的纹层层偶计有75 个，纹层厚度变化于2－16 像素单位（pix），换算为mm单位为0.17－1.36mm。

　　据此方法，选取纹层韵律清晰的4 件样品进行了灰度测量和纹层厚度计算，结果如表1所示。从表1 可见，研究样品叠层石纹层明暗纹层对厚度变化于0.17－1.62mm 之间，平均厚度为0.53－0.56mm，4 条测线的纹层个数为164－186，可以满足频谱分析对数据点长度的要求3.3 纹层厚度频谱分析频谱分析技术是研究周期性现象中最为常用的一种统计分析方法，其基本原理是通过对复合波系进行数据变换，将其分解成若干振幅和相位不同的简谐波，进而根据子波的主频率求取周期值[11～12]。目前广泛采用的频谱分析方法包括功率谱分析法和最大熵谱分析法[13～14]。本文采用频谱分析程序POWGRAF2 对四条测线的纹层厚度数据序列分别进行了红噪音和白噪音背景下的离散傅立叶转换（DFT）和快速傅立叶转换（FFT）的计算，通过对比，证实二者结果相似。兹以图3 所示红噪音背景下离散傅立叶转换计算的结果，说明纹层厚度的特征周期分布。