一旦你碾碎、切割或破坏了一块岩石，就没有重新开始的机会了。这一事实意味着，地球科学家必须特别小心，哪些岩石样本可以牺牲为物理实验，哪些应该留在架子上。
来自德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的一组地球科学研究人员正在努力改变这一状况，他们使用一种新的方法来创建岩石样本的数字复制品，这种方法比其他技术更加精确和简单。
在某些实验中，数字复制品可以代替实物，让科学家不用触摸就能了解岩石样本。它们还允许科学家从太小而无法进行某些实验的样本中收集数据，比如钻探石油时产生的岩屑。
“现在我们不需要把岩石带进实验室，”德克萨斯大学杰克逊地球科学学院的研究生肯·池田(Ken Ikeda)说。“我们不必拿样本冒险，没有办法毁了它。”
池田是2020年4月14日发表在《地球物理研究杂志——固体地球》上的一篇描述这种新方法的论文的第一作者。这项研究完全由杰克逊学院地质科学系的研究人员进行，另外两位作者是研究生埃里克·戈德法布和杰克逊学院地质科学系的助理教授尼古拉·提萨托。
在他们的研究中，研究人员将他们的方法与另外两种方法进行了对比，比较了这三种方法在计算地震波通过样本的速度方面的表现。新方法最接近实际样本中测量的速度，但计算结果相差4.5%。其他方法的误差分别为4.7%和29%。
地震速度数据是地球科学家了解地下岩层的基本工具。但研究人员说，他们的方法可以用于计算其他一些重要的岩石性质，如渗透性或导电性。
所有的数字岩石复制品都是利用岩石样本的CT扫描所收集的数据建立起来的，它提供了岩石如何与x射线相互作用的高分辨率记录。通过分析这些信息，研究人员可以确定样品的物理性质。
另外两种方法有加工上的权衡。之一,这些方法可以占孔隙和裂隙的岩石样本,整体弹性特性有很大影响,但需要一个目标,一个纯粹的样本占大多数的矿物岩石,同时扫描的岩石。另一种方法不需要目标，但不能考虑气孔和裂缝。
这项新技术绕过了这些权衡，对目标进行采样，利用x射线数据中的极端情况来寻找纯矿物——研究人员称之为“假目标”——以及裂缝和孔隙。
“岩石的某些区域是原始的，石英颗粒是原始的，空间和孔隙是完全空的，”Tisato说。“所以如果你找到了这些点，你就有了校准点。”
由于样品中不需要纯矿物靶，该技术简化了CT扫描过程。研究还表明，在计算地震速度时，该方法比其他两种方法更准确。
斯坦福大学地球物理学名誉教授Gary Mavko没有参与这项研究，他说这项研究有助于推进这个快速发展领域的研究。
他说:“这项工作为弹性数字岩石物理学提供了一种很有前途的新方法，即从高分辨率CT图像中预测多孔土材料的有效弹性特性这一备受研究的问题。”
目前，这项新技术只能应用于主要由单一矿物组成的样品，比如研究中使用的伯里亚砂岩岩心。尽管如此，还是有很多迷人的岩石符合这个要求。戈德法布说，他已经将这项技术应用到三个火星陨石上，这些陨石样本目前正由杰克逊学院的研究生斯科特·埃克利研究。
戈德法布说，陨石的例子突出了这项技术的价值，它可以使稀有标本更容易被研究。一个高质量的岩石复制品意味着你不需要在你的实验室里有一块陨石来研究它。
杰克逊学院资助了这项研究。
