引用本文
郝海健, 魏占玉, 何宏林, 刘力强, 郭玲莉. μm级形貌测量系统——一种新型的断层面微观形貌测量技术[J]. 地震地质, 2020,42(4): 955-967.
HAO Hai-jian, WEI Zhan-yu, HE Hong-lin, LIU Li-qiang, GUO Ling-li. MICROMETER SCALE MORPHOLOGY MEASUREMENT SYSTEM: A NEW TECHNIQUE FOR MICRO-TOPOGRAPHY MEASUREMENT ON FAULT PLANES[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2020,42(4): 955-967.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.012
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μm级形貌测量系统——一种新型的断层面微观形貌测量技术
郝海健1), 魏占玉1), 何宏林1),*, 刘力强1), 郭玲莉2)
1)中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029
2)中国海洋大学, 海洋地球科学学院, 青岛 266100
*通讯作者: 何宏林, 男, 研究员, E-mail: honglin@ies.ac.cn。

〔作者简介〕 郝海健, 男, 1987年生, 2019年于中国地震局地质研究所获构造地质学专业博士学位, 主要从事活动构造和构造地貌学研究, 电话: 010-62009031, E-mail: zhetian-1.1@163.com。

收稿日期: 2019-10-28
基金项目: 中国地震局地质研究所基本科研业务专项(IGCEA1519)资助
摘要

获取高精度断层面形貌对微观断层面形貌与地震成核、 破裂扩展及终止的相关性研究具有重要意义。 为了提高断层面形貌的测量精度、 克服现有测量方法的不足, 我们研发了一套具有自主知识产权的μm级形貌测量系统。 经过测试, 该新型μm级形貌测量系统具有以下特征: 1)其平面定位( x轴与 y轴方向)精度优于3.5μm, 垂向测量精度优于4.5μm, 水平分辨率可达0.62μm, 垂向分辨率为0.25μm; 2)该系统在垂向发射激光束, 可测量形貌面中大倾角的凹谷区域, 避免产生数据空白, 可获得完整的形貌测量结果, 具有较强的陡峭表面测量能力; 3)该系统具有较大的测量量程(30cm×30cm), 测量大尺度样品时, 可避免多次测量数据的配准拼接以及由此带来的误差。 运用该形貌测量系统, 可对实验断层面进行扫描并获得高分辨率的形貌数据, 能够满足μm级尺度上的形貌分析要求。

关键词: 形貌测量系统; 断层面; 精度分析
中图分类号:P542 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2020)04-0955-13
MICROMETER SCALE MORPHOLOGY MEASUREMENT SYSTEM: A NEW TECHNIQUE FOR MICRO-TOPOGRAPHY MEASUREMENT ON FAULT PLANES
HAO Hai-jian1), WEI Zhan-yu1), HE Hong-lin1), LIU Li-qiang1), GUO Ling-li2)
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
2)College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China
Abstract

Earthquakes commonly occur in the sliding surface of the fault zone. The morphology of the sliding surface is the result of fault activities, and also it evolves with the activities. The irregular geometry of the fault plane affects the sliding resistance, the concentration and anisotropy of the stress distribution within the fault plane and the fault shear strength. So, the acquisition of high-precision morphological features is of great significance for studying the correlation between fault surface morphology and seismic nucleation, fracture propagation and termination. Due to the lack of reliable micron-scale morphological measurement apparatus, the study of the coherence of the fault surface morphology from large scale(unit: m-cm)to small scale(unit: μm)is subject to restrictions, as well as the study of the relationship between the micro-morphology of the experimental frictional surface and the rupture process. In order to improve the measurement accuracy of the fault plane and overcome the shortcomings of existing measurement methods, we have invented a morphology measurement system with independent intellectual property rights.
The measuring principle of this morphology measurement system is based on the laser rangefinder theory. The frame of this system consists of four parts: Braced Frame, Moving Scanner Unit, System-Controlling Unit and Data Collection Unit. Braced Frame is made up of high-adjustable frame, loading stage, dust-proof box and isolation platform, which is used to provide a vibration isolation, light proof and dust-proof measuring environment. Moving Scanner Unit contains a laser head and a two-dimensional translation stag, the laser head is used to measure vertical distance and a two-dimensional translation stage carrying a laser head moving in X-axis and Y-axis orientation to provide X, Y coordinate values. System-Controlling Unit includes two-dimensional translation stage controller, laser head controller and signal convertor. The function of this part is mainly to control operation of other parts. The Data Collection Unit is composed of computer system and software module. This part connects other parts for receiving and storing data. In order to improve the scan efficiency, we developed new software by which we can precisely control the measuring process and efficiently process the acquired data. The software is comprised of five modules: 1)Move Module, this module is used to control the original moving of the laser head relative to the two-dimension translation stage and display the 3-dimensional coordinate information in real time; 2)Set Parameters of Scan Area, the function of this module is to obtain the XY coordinate values of four corner points of the target area to scan; 3)Scan Method Module, though this part, we can control the point spacing in the X-axis orientation by inputting velocity of laser header, as well as the point spacing in X-axis orientation by inputting the Y-step parameter; 4)Pre-Scan Module, there are three functions in this module to inspect whether the z-value of the target area is beyond the range of the laser head or not, estimate consuming time for scanning the object area under the predefined parameters and to estimate the size of the result file; and 5)Scan Module, the function of this module is to store the scanning data.
We scanned the camera lens and the standard plate whose standard deviations are lower than 5μm to acquire the precision of the measurement system, and the results show that the precision of the plane positioning ( X-axis and Y-axis direction)is better than 3.5μm; the vertical measurement precision is better than 4.5μm. The highest resolution of the measurement system is constrained by the performance of the laser head and two-dimension translation stage, and the horizontal resolution can reach 0.62μm, vertical resolution 0.25μm. When the needed resolution is lower than the highest, we can achieve it through adjusting the parameter of the velocity in the X-axis orientation and steps in the Y-axis orientation. To test the practical effect of the measurement system, we scanned an area of frictional surface of experimental rock using this system and obtained a high-resolution topography data. From the DEM interpolated from the cloud data, we can observe the striation on the fault plane and the variation of the roughness distribution. The roughness and slope distribution results show that the topography measurement system can meet our requirements for analyzing the microscopic morphology on the micrometer scale.
Compared with traditional measurement devices, the morphology measurement system has the following advantages: 1)The measurement system can obtain the data even in a valley region with a large dip angle on the surface because the vertically emitted beam by the laser head is practically perpendicular to the surface. So compared with other means, it can avoid producing a blank area of measurements and get a complete area; 2)the measurement system has a larger measurement range of 30cm×30cm. When the high-resolution measurement is performed on a large scale, the error caused by the registration of multiple measurement results can also be avoided.

Keyword: topography measurement system; fault surface; precision analysis
0 引言

断层活动主要发生在断裂带内的主滑动面上, 断层滑动面的形貌是断层活动的产物并随断层活动而演化(Sagy et al., 2007, 2009)。 断层面上的非规则几何结构控制着断裂过程, 如滑动总阻力(Voisin et al., 2002)、 滑动过程中剪切阻力的变化、 断层带内应力的集中与不均匀程度(Chester et al., 1997, 2000; Schmittbuhl et al., 2006; Candela et al., 2011)以及断层两侧岩石的变形与破坏(Johnson et al., 1994; Dieterich et al., 2009), 进而影响着大地震的成核、 破裂的扩展及终止(Bouchon et al., 2010)。 针对不同的研究对象, 从早期的地表破裂带(Aki, 1984; Voisin et al., 2002)和野外出露断层面(Sagy et al., 2007; Candela et al., 2012), 到近年来的断层面微观形貌(Goebel et al., 2015)等, 利用不同的观测手段和方法, 在不同观测精度、 不同尺度上开展断层面形貌学研究, 对于帮助理解断层面形貌的形成与演化、 地震成核与破裂过程的相关性(Scholz, 2002)具有重要意义。

随着构造物理摩擦实验及观测技术的发展, 与岩石破裂及摩擦相关的实验常被用于模拟断层活动, 进而研究各种因素对破裂过程的影响。 例如, 通过岩石剪切摩擦实验发现不同破裂方式产生的破裂面具有不同的形貌特征(Chen et al., 1993)、 通过声发射定位技术研究不同应力加载方式、 预存构造和岩石样本不均一性等条件下的岩石微破裂空间分布的规律等(刘力强等, 1999; 何满潮等, 2005; 蒋海昆等, 2006)。 在以往的黏滑摩擦实验中, 尽管部分学者注意到断层面的微观形貌对黏滑失稳过程存在重要影响(Renard et al., 2006), 但多数研究者缺少对样品表面粗糙度的量化研究, 并常常忽略断层面微观形貌的作用。 造成这一状况的主要原因是缺少可测量粗糙度或表面起伏量的高精度设备。 直到最近, Goebel等(2015)利用μ m级观测设备获得了岩石样本的微观形貌, 并结合声发射数据展示了微破裂分布与表面粗糙度差异分布的关系。 由此可知, 对破裂面(岩石样本的摩擦面)微观形貌的观测及分析对于深入理解破裂过程至关重要。 目前, 断层面形貌的μ m级测量工作主要通过白光干涉仪完成, 该仪器通过一种非接触的干涉条纹比较样品的测试表面与理想参考面的偏差以获取3D形貌, 但在应用过程中存在着以下不足: 1)该方法对物体表面的反射度较为敏感(反射率必须> 4%才能测量), 故当被测量表面的反射率较低时, 测量结果中经常存在大量测量空白区域; 2)当形貌面凹陷倾角> 35° 时, 白光干涉仪就无法准确收集信息, 从而造成测量空白区域; 3)该测量方法在μ m级尺度上的单次测量面积一般约为9cm2(3cm× 3cm), 因此, 对于超大面积的断层面, 3D形貌数据结果需要经过数次测量、 配准与拼合才能得到, 而这将大大降低整体数据结果的精度与准确性。 综上所述, 测量技术的发展是推动断层形貌研究进步的关键因素之一, 而现有形貌扫描仪的准确性和稳定性都不能完全满足科学研究的要求, 严重制约着我们从实验角度对断层面(岩石样品的摩擦面)形貌与破裂过程开展相关性研究。

为了解决上述问题, 我们研发了一套具有自主知识产权的μ m级形貌测量系统。 与其它传统测量仪器相比, 该测量系统既具有科学的系统结构和测量方法, 能够准确、 高效地采集三维形貌面数据, 又具有水平量程大、 陡峭表面测量能力强等优势, 可有效避免白光干涉测量过程中常产生空白区域的缺陷及数据拼接带来的误差, 扫描结果具有较高的分辨率与精度, 可以满足我们对微观形貌测量的需求。 下文中将首先介绍该形貌测量系统的原理与结构, 并展示该系统的精度测试和实际测量实验断层摩擦面的结果, 最后总结了μ m级形貌测量系统的特点并归纳了本文的结论。

1 系统构架

常用的非接触式测量方法主要有光切法、 白光扫面干涉测量法等, 但这些方法都存在测量范围小、 陡峭表面测量能力弱等缺点(刘斌等, 2004; 何宝凤等, 2019), 采用激光点束测量并使用大尺度的二维平移台搭载激光传感器的方法可以很好地规避上述缺点, 使测量结果具有较高的精度与分辨率。 该测量系统的工作流程如图1 所示, 通过系统控制单元将指令转化为指令信号, 并输出给运动和扫描单元, 然后进行扫描分别获取水平坐标和垂向坐标信号, 最后由模数转换器将信号转化为可在计算机内存储的数字信号结果。

图1 工作流程图Fig. 1 Working flow chart.

激光点束的测量原理如图2c所示。 激光头发出光束被测量物体反射后再由传感器接收, 则激光头与被测物体之间的距离为光在该过程中所用的时间与光速之积的一半, 由此可得到测距的计算公式:

S=12ct(1)

式中, c为大气中的光速, t为光的传播时间, S为测量距离。

图2 形貌测量系统的整体轮廓及激光测距工作的原理图
a ①系统框架; ②运动扫描单元; ③系统控制单元; ④数据采集单元; b 形貌测量系统的简化结构组成示意图; c 激光测距工作的原理示意图Fig. 2 Overall profile of the topography measurement system and schematic diagram of laser ranging.

1.1 形貌测量系统的硬件结构

该形貌测量系统的硬件部分可以分为4个单元图①(① 郭玲莉, 刘力强, 魏占玉, 等, 地震断层带岩石的断层面形貌测量系统, 2012-1-0098150.1, 2015-04-08。), 分别为系统框架、 运动扫描单元、 系统控制单元和数据采集单元(图2)。 系统框架包括隔震光学平台、 可调节支架、 载物台及避光箱, 主要用于支撑该系统的其它构成单元并隔绝外界光源, 为数据采集提供一个隔震、 避光及防尘的测量环境; 运动扫描单元主要包括二维平移台和激光位移传感器, 二维位移平台搭载激光测量传感器在平面内移动, 并为激光头提供准确的定位信息; 系统控制单元主要包括二维平移台控制器、 激光探头控制器和数据信号模数转换模块, 其作用是控制其它硬件单元的运行, 相当于该测量系统的指挥中枢; 数据采集单元主要包括计算机系统和软件模块, 与运动单元相耦接, 用于接收三维坐标信息, 结合控制信号进行数据采集和存储。

1.2 数据采集的方法架构

为了提升扫描的效率与准确性, 我们提出了一种新的数据采集方法图①(① 郝海健, 何宏林, 魏占玉, 等, 一种采集与评估扫描数据的系统, 2018-2-1322681.3, 2019-03-01。), 并据此开发了一套用于扫描控制、 数据处理与数据存储的专用软件, 借助该软件能够精确控制形貌的测量过程并高效地处理采集数据。

软件界面分为显示与参数设置2个部分(图3)。 显示部分(下部)主要展示激光测量传感器在二维平移台范围内的实时位置。 参数设置部分(上部)依据不同功能又可分为5个模块: 1)运动模块(Move), 主要用来控制激光测量传感器在二维平移台上的初始运动并实时显示其坐标信息; 2)扫描目标区设置模块(Set parameters of scan area), 其功能为通过运动模块移动激光点的位置来确定实际需要扫描的目标区域的4个角点; 3)扫描方式设置模块(Scan method), 通过输入x轴的运动速度指令来控制扫描点云的间隔(分辨率)、 输入y轴的间隔(step)来控制y轴方向上的点云间隔; 4)预扫描模块(Pre-scan), 主要作用包括查看目标区垂向的z值是否超过了激光测量传感器的量程、 预估在预设速度下的扫描时间及扫描数据文件的大小, 为操作者的进一步决策提供依据; 5)储存模块(Scan), 主要功能是保存扫描结果。

图3 初始软件界面Fig. 3 Initial software interface.

扫描操作主要包括: 1)确定待扫描的区域; 2)预估待扫描区域的扫描时间及扫描文件的大小; 3)按照预设的扫描区域修改方案分割待扫描区; 4)对扫描区域或分割扫描区域进行扫描得到形貌面的空间坐标数据; 5)扫描标准板, 调平扫描数据, 计算调平后结果的标准方差作为扫描仪的测量精度。

我们设计了新的数据存储结构用来保存测量结果文件(包括扫描参数文件和测点数据文件)。 其中, 扫描参数文件包括测量起始点的x、 y坐标, 该测量数据x、 y、 z轴的量程, x、 y轴方向的移动步长。 测点数据文件采用二进制存储格式及 “ scn20” 的文件后缀名。 每个点的存储结构为Time-xyz, 占用20个字节。 Time存储数据类型为整数型(int 64), 共占8字节, x、y、z坐标数据的存储类型为单精度型(single), 共占12字节, 每个坐标值占用4字节。 规定每一行最后一点的时间记录值为0, 以标记行的结束点。 该数据存储结构清晰明确, 存储文件具有占用空间小、 易于读取与处理的优点。

2 系统测试
2.1 精度测量

精度分析目标包括平面定位精度和垂向测量精度。 根据测量系统中二维平移台的出厂参数介绍, 其水平定位精度理论上可达1μ m; 激光传感器的垂向测量精度可达0.25μ m。 激光位移传感器的采样频率固定为1× 105Hz(1× 105个/s), 同时, 由于1s=1 000ms, 即相当于1ms能获得100个测量点值。 该扫描设备每s给出近781组坐标值(相当于每1.28ms给出1组数据), 每组数据内含128个高程值, 将这128个高程值的平均值作为该组的最终值。 由此可知, 理论上该激光头所获得的测量值具有很高的准确性, 但由于受到测量系统组装及测量运动过程的影响, 实际测量精度低于理论精度。 我们将通过相机镜头表面的形貌和粗糙度标准板的测量数据来分析形貌测量系统的实际平面定位精度与垂向距离测量精度。

相机镜头(Canon EOS M3)为高端摄影器材, 其表面可近似视为光滑的圆柱表面, 并假设其表面粗糙程度低于该形貌测量系统的测量精度。 在测量过程中, 定义平行测线的方向为x轴, 垂直测线的方向为y轴, 图4 展示了测量数据的侧视图和俯视图。 由于该形貌测量系统的垂向量程为4 000μ m, 因此只显示相机镜头部分的弧形表面。 在弧形表面的中部(测量表面的最高点)存在少量噪点, 这是由于激光近垂直于测量表面, 较高的反射率导致垂向测量精度降低所致。 从俯视图观察, 测线分布均匀, 间距相近。 通过统计分析可知x轴方向的点间距呈正态分布(图5a), 其均值为55μ m, 该形貌测量系统定位精度的标准误差为3.5μ m。 通过分析实测数据与相机镜头侧表面圆形拟合线之间的距离值可知, 绝大多数距离值< 20μ m, 平均值为-2μ m, 标准差为4.5μ m(图5b)。 因此, 该仪器的垂向测量精度的标准差为4.5μ m。

图4 相机镜头的测量结果Fig. 4 Camera lens measurement results.

图5 相机镜头测量数据的x轴方向点间距统计图与垂向误差分析图Fig. 5 X-axis direction point spacing statistical graph and vertical error analysis diagram of camera lens measurements.

为了进一步研究该形貌测量系统的精度, 我们使用具有5μ m标准差(统计意义上)的标准板来测试该系统。 为了测量该系统在水平方向上的定位精度, 通过设定x轴向的速度使点间隔保持为25μ m, 并直接设定y轴向的点间隔为100μ m, 然后扫描表面以获得数据1并进行分析; 为了测量该系统在垂向上的定位精度, 我们对标准板的表面进行了扫描获得数据2, 扫描之前通过设定x轴向的速度使点间隔为1μ m。

测量结果(数据1)中的部分数据点云正射分布如图6 所示, 在x轴向上的点分布较为规则, y轴向上的行间距均匀。 统计结果显示, x轴向的点间距为(25± 2.0)μ m, 说明该仪器的x轴向定位精度的标准差为2.0μ m(图7a, c); y轴向(换行方向)的行间距主要集中在98μ m和102μ m 2点上(图7c), 故y轴的定位误差应< 2μ m(图7d)。 通过分析数据2的起伏情况可获得该形貌测量系统的垂向测量精度。 首先, 对测线去趋势(排除因标准板放置不水平导致的剖面倾斜), 大部分数据的高度值在± 5μ m以内, 少数测量数据的高度值> 10μ m(图8)。 频数直方图结果揭示垂向测量数据呈正态分布, 其均值为0, 仪器的垂向测量标准差为4.5μ m(图9), 与标准板原有粗糙度基本一致。 通过上述分析可知, 该形貌测量系统的平面(x轴向和y轴向)定位精度优于3.5μ m, 垂向测量精度优于4.5μ m, 具有较高的测量精度。

图6 部分数据点云的正射分布Fig. 6 Orthogonal distribution of partial data point clouds.

图7 x与y轴方向采样值的间隔评估
a x轴方向步长频数分布图; b x轴方向步长误差频数分布图; c y轴方向步长频数分布图; d y轴方向步长误差频数分布图Fig. 7 Interval evaluation of sampled values in the X and Y directions.

图8 粗糙度标准板数据的剖面图Fig. 8 Data profile of measurements obtained from the roughness standard plate.

图9 粗糙度标准板测量剖面的z值统计图Fig. 9 Statistical graph of the Z-value of roughness standard plate profile.

2.2 形貌测量系统的分辨率

形貌测量系统的分辨率主要包括水平分辨率与垂向分辨率。 该测量系统水平与垂向的最高分辨率主要受控于二维平移台与激光位移传感器本身的性能, 而这2个值分别为0.62μ m和0.25μ m。 在实际测量过程中, 如果所需的水平分辨率低于最高分辨率时, 可通过控制激光传感器在x轴向上的运动速度与y轴方向的间隔来实现。 该激光传感器每s可测量781组坐标值, 当激光传感器在x轴向上以设定的速度V匀速运动时, x轴向的分辨率Res就可通过式(2)获得:

Res=T×VT×781(2)

式中, T为激光运动时间, V为x轴向的设定速度。 y轴方向的分辨率可通过设定y轴向的间隔值来控制。

2.3 实验断层面的测量

为了展示该形貌测量系统在μ m级尺度上对形貌面的实际测量效果, 我们选取了黏滑摩擦实验后的断层面作为对象进行测试。 岩石样品为房山花岗闪长岩, 密度为2.7× 103kg/m3, 杨氏模量为60GPa, 该样品的摩擦面在实验前经过150#的金刚砂轮研磨, 之后使用二轴伺服压机进行加载实验, σ 2保持为5MPa, σ 1保持为5μ m/s的加载速度, 历经了17次失稳事件(李世念, 2017)。 设置x轴向的间隔为1μ m、 y轴向的间隔为10μ m对断层摩擦面的局部进行扫描, 然后对获得的数据进行调平, 并利用克里金(Kriging)方法进行插值以获得断层面DEM(图10a), 最后利用变差函数方法(The Variogram Method)(Sung et al., 2004; Bi et al., 2012)与坡度分析方法处理DEM数据, 最终得到断层面的分维值分布图(图10b)和坡度图(图10c)。

图10 断层面的形貌测量结果
a 断层面DEM阴影图; b 分维值分布图; c 坡度分布图Fig. 10 Measurements and analysis results of the fault surface.

图10a为长11mm、 宽1.5mm的断层面DEM, 其分辨率为10μ m。 该图显示出2种不同的形貌特征, 一种为具有擦痕的较光滑部分, 另外一种为脆性破裂断面形貌, 具有较高的粗糙度。 而且, 二者的形貌之间存在较为明显的界限, 这是花岗岩中不同矿物(石英与斜长石)存在物理性质差异造成的结果。 图10b为使用变差函数方法分析后获得的分维值分布图。 分维值反映了断层面在单位窗口中的形貌起伏复杂程度和不规则性等结构特征, 图中色标由黄色到红色的逐渐变化表明分维值由低到高。 图10c为断层面的坡度分布图, 坡度值表征了断层形貌面在斜率上的变化, 图10c中坡度的低值区域与DEM中相对平坦的区域、 分维值分布图中的高值区域相对应。

3 测量系统的优势与不足

在实验摩擦断层面研究中, 目前常用的形貌测量仪器主要有接触式探针轮廓仪图①(① http://www.cpooo.com/products/2970109.html。)、 白光干涉法测量仪图②(② http://www.chem17.com/offer_sale/Detail/6484118.html。)等, 它们与本研究中提出的测量系统的主要优、 劣势对比如表1所示。

表1 传统测量仪与μ m级激光形貌测量系统的测量参数对比 Table 1 Comparison of the measurement parameter between the traditional instruments and the micron-meter scale morphology measurement system

通过分析可知, 本研究提出的形貌测量系统具有下列显著优势: 1)扫描分辨率具有可调节性, 在垂向精度不变的情况下, 可依据测量要求, 通过定义x轴的运动速度与y轴的间隔自定义水平分辨率, 提高扫描效率; 2)陡峭表面的测量能力强, 可测量到白光干涉仪无法测量的大坡角沟壑的凹谷部分, 避免结果在形貌面凹谷处产生数据空白; 3)单次测量面积大, 可达到30cm× 30cm, 避免了小面积测量结果配准拼合产生的误差。 但该形貌测量系统依然存在不足, 即当被扫描形貌表面较为光滑时, 产生的镜面反射会生成噪点。 因此, 在扫描该类型的形貌面时, 需要对表面进行预处理, 如喷涂钛粉等, 或对结果进行滤波处理以去除噪点。

4 结论

在研究断层面形貌与断层的形成与演化、 地震成核与破裂过程的相关性时, 为了克服现有形貌面测量方法的不足, 我们研发了一套新型的形貌测量系统。 本文介绍了该形貌测量系统的基本框架与工作原理、 精度及分辨率, 并对实验断层面的形貌进行了示例测量与分析。 该测量系统的平面定位精度优于3.5μ m, 垂向测量精度优于4.5μ m, 水平分辨率可达0.62μ m, 可满足研究中对精度的要求, 为我们进行断层面形貌研究提供可靠的数据来源。 实际测量结果显示, 该测量系统可以将断层面形貌的μ m级分布差异展现出来。 与其它测量方法对比, 该测量系统具有以下2个方面的优势: 测量结果不会因局部凹陷坡角过大而产生数据空白; 避免了其它方法单次测量面积过小、 在进行配准拼接时将造成精度降低的问题。

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