【巖心掃描信息采集技術(shù)方法的特點(diǎn)】 巖心掃描是指將地質(zhì)工作中形成的巖礦心，通過儀器掃描、數(shù)碼照相等方法，轉(zhuǎn) 化成計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)、處理的文字、圖像、數(shù)據(jù)等信息，對(duì)信息進(jìn)行處理，以數(shù)據(jù) 庫的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，利用輸出設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行信息展示的過程。巖心掃描技術(shù)不 需要對(duì)巖心進(jìn)行取樣，可連續(xù)、批量地提取、分析巖心表面及內(nèi)部蘊(yùn)含的物化信 息，且不對(duì)巖心造成破壞，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測試分析相比，巖心掃描具有以下特 點(diǎn)： 1.巖心掃描借助各種聲、光、電、射線等信號(hào)，不必取樣、不破壞巖心，可以反 復(fù)重復(fù)測試，是一種無損的測試分析手段。 2.巖心掃描測試的數(shù)據(jù)往往是批量的、連續(xù)的，獲取數(shù)據(jù)的種類豐富，數(shù)據(jù)量大。 3.測試的速度快，在掃描的過程中即可獲得數(shù)據(jù)。 4.大多數(shù)巖心掃描技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)是基于對(duì)巖心表面測試點(diǎn)范圍內(nèi)的分析測試， 測試的范圍小，因此容易受局部特征影響，其測試精度一般不如實(shí)驗(yàn)室測試的精 度高。 【巖心掃描信息采集技術(shù)方法的種類】 目前應(yīng)用成熟的巖心掃描信息采集技術(shù)方法種類很多，大體可分為三類：一是獲 取實(shí)物表面圖像信息；二是獲取實(shí)物表面的各類化學(xué)參數(shù)信息，三是獲取實(shí)物內(nèi) 部的物理參數(shù)信息，詳細(xì)情況匯總?cè)缦拢?【巖心掃描技術(shù)方法匯總】 【巖心掃描信息采集的原理及用途】 【（1）白光掃描】①原理：巖心外表面的光信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用集 成芯片進(jìn)行采樣和各種處理后傳送給計(jì)算機(jī)，完成巖心表面圖像的采集，采用白
平衡技術(shù)、分色校正技術(shù)、高分辨率圖像拼接融合等方法，保證巖心圖像的高質(zhì) 量。 ②用途：巖心表面圖像是巖心能夠展示的最直接、最基礎(chǔ)的信息，最早應(yīng)用于石 油勘查，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于固體礦產(chǎn)勘查、科學(xué)研究等領(lǐng)域。很多巖 心在長期保管后，由于風(fēng)化作用，其表面顏色及含油特征等都發(fā)生了很大變化， 很難反映原始的巖礦實(shí)際，給觀察利用帶來很大困難，因此在巖心取心初期即對(duì) 巖心進(jìn)行掃描，可保留其最原始的表面圖像信息。 在固體礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域，巖心掃描圖像可以用于對(duì)比觀察，通過綜合觀察巖心掃描 圖像、巖性描述及其他測試分析數(shù)據(jù)等，可以對(duì)巖心有初步的認(rèn)識(shí)，甚至可以對(duì) 一些礦物進(jìn)行初步的鑒定（圖 1）；在油氣勘查領(lǐng)域，利用表面圖像中顏色的差 異，可以對(duì)巖心的粒度、孔隙度、裂隙度等進(jìn)行半定量的計(jì)算。
圖 1.巖心掃描圖像對(duì)比觀察圖 【（2）熒光掃描】①原理：熒光掃描通過特殊的紫外光源照射巖心，有機(jī)質(zhì)在 紫外光的激發(fā)下能發(fā)出熒光，通過熒光信號(hào)采集、處理，含油巖心以其所含烴類 物質(zhì)的熒光特性顯示出明顯的可識(shí)別性（圖 2），在圖像中對(duì)其面積進(jìn)行定量計(jì) 算，得到含油指數(shù)等綜合數(shù)據(jù)。 ②用途：應(yīng)用圖像處理及模式識(shí)別理論和數(shù)學(xué)地質(zhì)方法，進(jìn)行層理分析、熒光評(píng) 級(jí)、裂縫分析、孔洞分析和砂礫巖礫石定量分析計(jì)算，并自動(dòng)生成圖文報(bào)表，為 研究部門迅速準(zhǔn)確地提供各種相應(yīng)的研究數(shù)據(jù)，為油氣田的儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)、油藏 精細(xì)描述及成像測井定量分析等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用。因此可以
通過熒光掃描確定油氣勘查巖心或巖屑的含油性質(zhì)、含油級(jí)別及含油飽滿程度 等。
圖 2.熒光掃描效果圖 【2.化學(xué)參數(shù)信息采集】巖心的化學(xué)參數(shù)主要是礦物構(gòu)成和元素濃度。在礦物構(gòu) 成掃描方面，主要應(yīng)用顏色光譜技術(shù)，該技術(shù)起源于遙感領(lǐng)域應(yīng)用的“地物光譜”； 在元素濃度掃描方面，X 射線熒光光譜（簡稱 XRF）分析技術(shù)是一種新的分析 技術(shù)，但經(jīng)過多年的探索以后，現(xiàn)在已經(jīng)完全應(yīng)用成熟，廣泛應(yīng)用于冶金、地質(zhì)、 有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域。 【（1）高光譜礦物掃描分析】①原理：基于反射光譜分析技術(shù)，利用光譜儀采 集和測量巖心在 4002500nm 波長范圍內(nèi)的反射波譜，依據(jù)其光譜診斷性特征來 計(jì)算和識(shí)別不同的礦物，最終形成礦物學(xué)信息。 ②測試礦物種類：目前市場應(yīng)用成熟的技術(shù)為中低溫蝕變礦物（一般為含水硅酸 鹽礦物）的識(shí)別。如在可見光近紅外區(qū)域（4001000nm）可識(shí)別礦物：鐵氧化 物礦物、含鐵礦物、稀土礦物等；在短波紅外區(qū)域（10002500nm）可識(shí)別礦物： 烴類物質(zhì)、含羥基類礦物、磷酸鹽類礦物、硫酸鹽類礦物、碳酸鹽類礦物等，具 體見表 2。此外據(jù)調(diào)研，高溫蝕變礦物（無水硅酸鹽礦物，如石英，長石，輝石， 石榴子石，橄欖石等）的光譜掃描技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室也已經(jīng)成熟，但尚未做市場應(yīng)用。 【高光譜技術(shù)識(shí)別礦物種類匯總：】 AlOH：鈉云母、白云母、伊利石、葉蠟石、蒙脫石、高嶺石等。 FeOH：綠脫石、鐵蒙脫石等。 MgOH：綠泥石、滑石、綠簾石、金云母、葉蛇紋石、透閃石、角閃石等。 SiOH：乳白石英石、異極礦等。 碳酸鹽類：方解石、白云石、鐵白云石、菱鎂礦、菱鐵礦等。 硫酸鹽類：明礬石、黃鉀鐵釩、石膏。 ③用途：在固體礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域，礦體往往與蝕變作用在空間上具有某種特定的關(guān) 系，如斑巖型銅、鉬礦的礦體往往與鉀化帶（特征礦物為鉀長石、黑云母、石英） 和石英絹云母化帶（特征礦物為石英、絹云母、黃鐵礦）關(guān)系緊密，可作為尋找
斑巖型銅礦標(biāo)志；而鎢、錫、鉬、鉍等高溫礦物，也常與云英巖化（特征礦物為 石英和白云母）等高溫蝕變作用關(guān)系緊密。蝕變作用的發(fā)育范圍大于礦體的范圍 或與礦體有固定的上下關(guān)系，因此通過對(duì)礦山巖心進(jìn)行高光譜掃描，掌握重要蝕 變作用的發(fā)育特征，從而可以在空間上預(yù)測礦體的產(chǎn)出位置。 此外，高嶺石、蒙脫石等含水硅酸鹽礦物一般為采礦過程中的有害礦物，利用高 光譜掃描技術(shù)對(duì)這類礦物的識(shí)別度很好，通過對(duì)地質(zhì)勘探鉆孔進(jìn)行高光譜掃描， 對(duì)高嶺石、蒙脫石等礦物進(jìn)行三維建模（圖 3），能夠很好地指導(dǎo)采礦工作，降 低采礦成本。
圖 3.礦山光譜掃描三維模式圖 【（2）XRF 巖心掃描】①原理：X 射線熒光光譜（XRF）分析技術(shù)根據(jù)分辨 X 射線的方式，分為波長色散 X 射線熒光光譜儀（WDXRF）和能量色散 X 射線熒 光光譜儀（EDXRF）。X 射線是一種波長較短的電磁輻射，通常是指能量范圍 在 0.1—100KeV 的光子。當(dāng)用高能電子照射試樣時(shí)，入射電子被試樣中的電子 減速，會(huì)產(chǎn)生波長連續(xù) X 射線譜。如果入射光束為 X 射線，試樣中的元素內(nèi)層 電子受其激發(fā)，可產(chǎn)生特征 X 射線，稱為二次 X 射線，或稱為 X 射線熒光。通 過分析試樣中不同元素產(chǎn)生的熒光 X 射線波長（或能量）和強(qiáng)度，可以獲得試 樣中的元素組成與含量信息，達(dá)到定性和定量分析的目的。 ②測試元素種類：利用 XRF 分析技術(shù)可以同時(shí)測量樣品中從鋁 AI（或 Mg）到 鈾 U 的絕大部分元素的濃度分布圖，從微量到高濃度均能反映出來。 ③用途：提供巖心樣本的化學(xué)數(shù)據(jù)，一般用于陸地、海洋、湖泊、河口、冰河的 沉積巖心分析，研究沉積環(huán)境和古氣候。如通過對(duì) Fe、Ca、K、Si、Al、Ti、Zr、
Sr 等元素含量的變化（圖 4），轉(zhuǎn)化為沉積物中 Fe2O3、CaO、K2O、SiO2、 Al2O3、TiO2 等化合物含量的變化，綜合其磁化率、孢粉、硅藻、礦物、色素 等多種指標(biāo)，對(duì)環(huán)境指標(biāo)和古環(huán)境演化進(jìn)行重建。
圖 4.沉積物巖心 Fe、Ca、K、Si、Al（自上而下）元素濃度變化曲線 此外，也可作為固體礦產(chǎn)巖心有用元素濃度的變化趨勢、劃分地層的重要數(shù)據(jù)。 例如在加拿大馬塔加米 ZnCu 礦床，運(yùn)用便攜式 X 熒光檢測方法獲取元素濃度 數(shù)據(jù)，利用 Ti/Zr 對(duì) Al/Zr 圖可以迅速的區(qū)分礦區(qū)內(nèi)兩個(gè)視覺上相似但是變質(zhì)程 度 不 同 的 流 紋 巖 巖 心 （ 圖 5） ， 而 其 中 一 種 流 紋 巖 為 鉆 探 的 標(biāo) 志 層 (Rossetal.[5],2014)。在鉆探領(lǐng)域，識(shí)別標(biāo)志層至關(guān)重要，可以幫助鉆探者準(zhǔn)確 地確定目的層，做出一些類似于“是否到達(dá)了目標(biāo)地層層位，還是應(yīng)該向更深處 鉆探”等一些重要決定。
圖 5.利用元素濃度相圖區(qū)分地層并識(shí)別標(biāo)志層（據(jù) Rossetal.,2014） 但是，目前 XRF 定量分析仍以硅酸鹽類巖石礦物為主，在其他類型的礦石礦物 中的應(yīng)用有限（主要問題在于對(duì)標(biāo)樣和待測試樣的基體匹配要求比較苛刻，而固 態(tài)制樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較大），目前鐵礦、鋁土礦等的 XRF 測定已有國家標(biāo)準(zhǔn)方 法，其他類型的礦物 XRF 分析方法的應(yīng)用不是很廣泛。有些硫化礦的分析方法 正開發(fā)研制中。 【3.物理參數(shù)信息采集】如前所述，物理參數(shù)包括 CT 內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造掃描，該技 術(shù)源自于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，目前在油氣資源勘查領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；磁化率掃描，該技術(shù)在 固體礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛；同時(shí)還有一些原本應(yīng)用于油田測井、錄井的技
術(shù)，目前也已經(jīng)被應(yīng)用于巖心掃描領(lǐng)域，如 P 波速度掃描、伽馬密度掃描、電 阻率掃描等。 【（1）CT 三維掃描】①原理：CT 掃描利用 X 射線的穿透性，對(duì)不同密度的物 質(zhì)有不同的穿透能力，密度越高，穿透能力越低，當(dāng) X 光束圍繞物體旋轉(zhuǎn)掃描 時(shí)，從數(shù)百個(gè)角度進(jìn)行掃描，計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)收集所有信息，并將這些信息合成為三 維圖像。 ②用途：利用 CT 掃描技術(shù)，可以定量計(jì)算巖心內(nèi)部裂縫寬度、長度、面積、面 孔隙度及裂縫孔隙度等參數(shù)，計(jì)算巖心中孔洞的大小，觀察孔洞的聯(lián)通狀態(tài)（圖 6）。該技術(shù)主要應(yīng)用于油氣資源勘查領(lǐng)域，對(duì)油氣資源可采儲(chǔ)量計(jì)算、驅(qū)油機(jī) 理研究等方面有重要參考價(jià)值，可以更直觀更精確地認(rèn)識(shí)剩余油在油藏中的微觀 分布。三維重建巖心樣品三維重建孔洞三維重建裂縫。
圖 6.CT 掃描三維巖心及內(nèi)部孔洞、裂縫重建示意圖 【（2）磁化率】①原理：巖石、礦石均具有一定程度的磁化率，其磁化率的大 小主要取決于巖石的礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)、礦物顆粒大小和形狀等因素。通過巖 心對(duì)磁化率的測定及其變化規(guī)律的研究，建立磁化率與成礦元素含量、環(huán)境變化 等的關(guān)系，從而作為找礦和環(huán)境研究的輔助性數(shù)據(jù)。 ②用途：磁化率測定應(yīng)用廣泛資源勘查和環(huán)境研究。在資源勘查領(lǐng)域，研究磁化 率與成礦元素含量的關(guān)系，可以對(duì)找礦勘查進(jìn)行指導(dǎo)。如王磊等(2012)在智利月 亮山鐵氧化物銅金型礦床勘查中，利用磁化率對(duì)鐵磁性礦物及蝕變巖的現(xiàn)場識(shí)別 能力和 XRF 快速分析元素含量功能，結(jié)合礦床地質(zhì)劃分巖相，確定磁化率和鐵、 銅含量對(duì)應(yīng)關(guān)系:高磁化率－高鐵含量－磁鐵礦型、低磁化率－高鐵含量－赤鐵 礦型、低磁化率－低鐵含量－蝕變巖型，對(duì)月亮山礦區(qū)進(jìn)行深部找礦預(yù)測。 此外，在環(huán)境磁學(xué)領(lǐng)域，巖心磁化率的掃描測定，獲得沉積物的磁學(xué)性質(zhì)，可以 研究過去和現(xiàn)在的環(huán)境狀況，如孟慶勇等（2009）通過對(duì)浙閩沿岸泥質(zhì)帶的長 巖心 EC2005 進(jìn)行的磁化率巖心掃描及對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)磁化率隨粒度及沉積環(huán) 境的變化而變化，從而建立磁化率與環(huán)境之間的變化機(jī)制。 【（3）其他物化參數(shù)掃描】①P 波速度——P 波是傳播速度最快的地震波，在 地球物理和地震研究領(lǐng)域使用稍多，利用 P 波在不同界面的反射性質(zhì)，可用于 研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造。 ②伽馬密度——用于測量巖層的密度，密度測井是劃分煤層、劃分致密巖層中的 裂隙帶,以及研究滲透性巖層孔隙度的有效方法。 ③電阻率——主要用于油氣鉆探錄井，因?yàn)楹蛯泳哂忻黠@的高電阻特征。
【各種掃描信息采集方法的主要技術(shù)參數(shù)】 目前應(yīng)用成熟的掃描數(shù)字化方法繁多——如前所屬，能夠測試的參數(shù)大約 10 余 種，每種測試方法適用的巖心種類，以及對(duì)巖心完整情況等的要求也不盡相同。 【幾種主要的巖心掃描信息采集技術(shù)方法種類及對(duì)巖心的要求：】 【白光掃描】對(duì)巖心要求：平掃對(duì)巖心性狀無要求，滾動(dòng)掃描必須為完整巖心。 特點(diǎn)：掃描速度快，約 50 米/小時(shí)。 【熒光掃描】對(duì)巖心性狀無要求。特點(diǎn)：掃描速度快，約 50 米/小時(shí)。 【高光譜掃描】對(duì)巖心性狀要求不高，但完整的巖心數(shù)據(jù)精度較好。特點(diǎn)：掃描 速度快，約 50 米/小時(shí)。 【XRF 掃描】高精度的須剖開且平整的巖心，破碎巖心可掃，但精度較低；手 持式的對(duì)巖心性狀無要求。特點(diǎn)：掃描速度取決于采樣點(diǎn)的間隔大小，一般 15~20 秒測試一個(gè)采樣點(diǎn)，如果采樣間隔為 1 厘米，掃描速度約為 2.4 米/小時(shí)。 【P 波】完整或剖開巖心，破碎巖心可測但數(shù)據(jù)精度較低。 【伽瑪密度】完整或剖開巖心，破碎巖心可測但數(shù)據(jù)精度較低。 【磁化率】環(huán)狀掃描為完整巖心，點(diǎn)狀掃描為剖開巖心，破碎巖心可測但數(shù)據(jù)精 度較低。 【電阻率】完整或剖開巖心，破碎巖心可測但數(shù)據(jù)精度較低。 【自然伽瑪射線傳感器】完整或剖開巖心，破碎巖心可測但數(shù)據(jù)精度較低。 【巖心掃描技術(shù)方法應(yīng)用分析】 【適用范圍分析】巖心掃描技術(shù)作為一種便捷、高效、成本低、無損化的技術(shù)方 法，既適用于實(shí)物地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)，也適用于地勘單位和工礦企業(yè)。對(duì)于館藏 機(jī)構(gòu)而言，開展巖心掃描信息采集工作，將提取的數(shù)據(jù)以鉆孔為單位進(jìn)行集成， 可以將實(shí)體巖心數(shù)字化，建設(shè)“虛擬巖心庫”，既能夠提高服務(wù)效率和服務(wù)水平， 也可以大大延長珍貴巖心的服務(wù)壽命。對(duì)于地勘單位和工礦企業(yè)而言，一方面大 量重復(fù)的巖心經(jīng)過掃描后即可進(jìn)行處置（縮減、埋藏或清除），既降低保管成本， 又減少資料損失；另一方面，巖心在鉆探取心的第一時(shí)間進(jìn)行掃描，可將巖心最 原始的物化性質(zhì)記錄下來，盡可能降低后期環(huán)境對(duì)巖心造成的影響，提高數(shù)據(jù)質(zhì) 量；此外，通過對(duì)巖心掃描數(shù)據(jù)的獲取與分析，還可以直接指導(dǎo)找礦、采礦等工 作。 

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