超高分辨率德國巖心掃描儀
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超高分辨率德國巖心掃描儀
館藏珍貴巖心的永久保管與取樣測試服務(wù)是矛盾的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的取樣測試需要破 壞巖心,而巖心掃描技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不必取樣、不破壞巖心，又能限度地 挖掘、提取巖心中蘊(yùn)含的各種信息，是同時(shí)實(shí)現(xiàn)巖心長期保管和服務(wù)利用的手段。此外，巖心掃描后，其內(nèi)部蘊(yùn)含的信息從巖石載體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮虞d體，解決 了巖心體積大、質(zhì)量大、存儲(chǔ)成本高、不便于移動(dòng)等難題，獲取的電子數(shù)據(jù)可以 輕而易舉地上網(wǎng)服務(wù)，能夠極大地提高服務(wù)效率。 巖心掃描技術(shù)方法的發(fā)展日新月異，目前能夠通過巖心掃描技術(shù)獲取的巖心數(shù)據(jù) 種類多達(dá) 10 余種；但是并不是所有種類的巖心都適用于各種掃描技術(shù)方法，對 于實(shí)物地質(zhì)資料館藏機(jī)構(gòu)而言，應(yīng)綜合考慮掃描目的以及不同掃描技術(shù)方法對巖 心性狀的要求和工作成本等多種因素，為不同種類的巖心，選擇合適的掃描技術(shù) 方法，達(dá)到既能降低工作量與工作成本，又能提高工作成效的目的。我們匯總目 前已經(jīng)應(yīng)用成熟的巖心掃描技術(shù)方法，總結(jié)每一種技術(shù)方法的應(yīng)用原理、適用范 圍、對巖心的要求、掃描速度及掃描精度等，對不同種類巖心適用的掃描方法提 出建議，為實(shí)物地質(zhì)資料館購置巖心掃描設(shè)備，開展巖心掃描提供參考。 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)： 巖心掃描借助各種聲、光、電、射線等信號，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）白光掃描原理：巖心外表面的光信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，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。 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 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，可以對巖心有初步的認(rèn)識(shí)，甚至可以對 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.巖心掃描圖像對比觀察圖 （2）熒光掃描 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)。 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 級、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 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nm 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。 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nm）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nm）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。 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)對這類礦物的識(shí)別度很好，通過對地質(zhì)勘探鉆孔進(jìn)行高光譜掃描， 對高嶺石、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。 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。 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 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)，對環(huán)境指標(biāo)和古環(huán)境演化進(jìn)行重建。
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