岩心扫描仪获取岩心图像

岩心扫描技术方法的发展日新月异，目前能够通过岩心扫描技术获取的岩心数据 种类多达 10 余种；但是并不是所有种类的岩心都适用于各种扫描技术方法，对 于实物地质资料馆藏机构而言，应综合考虑扫描目的以及不同扫描技术方法对岩 心性状的要求和工作成本等多种因素，为不同种类的岩心，选择合适的扫描技术 方法，达到既能降低工作量与工作成本，又能提高工作成效的目的。我们汇总目 前已经应用成熟的岩心扫描技术方法，总结每一种技术方法的应用原理、适用范 围、对岩心的要求、扫描速度及扫描精度等，对不同种类岩心适用的扫描方法提 出建议，为实物地质资料馆购置岩心扫描设备，开展岩心扫描提供参考。 【岩心扫描信息采集技术方法的特点】 岩心扫描是指将地质工作中形成的岩矿心，通过仪器扫描、数码照相等方法，转 化成计算机可存储、处理的文字、图像、数据等信息，对信息进行处理，以数据 库的形式进行存储，利用输出设备和系统进行信息展示的过程。岩心扫描技术不 需要对岩心进行取样，可连续、批量地提取、分析岩心表面及内部蕴含的物化信 息，且不对岩心造成破坏，与传统的实验室测试分析相比，岩心扫描具有以下特 点： 1.岩心扫描借助各种声、光、电、射线等信号，不必取样、不破坏岩心，可以反 复重复测试，是一种无损的测试分析手段。 2.岩心扫描测试的数据往往是批量的、连续的，获取数据的种类丰富，数据量大。 3.测试的速度快，在扫描的过程中即可获得数据。 4.大多数岩心扫描技术获得的数据是基于对岩心表面测试点范围内的分析测试， 测试的范围小，因此容易受局部特征影响，其测试精度一般不如实验室测试的精 度高。 【岩心扫描信息采集技术方法的种类】 目前应用成熟的岩心扫描信息采集技术方法种类很多，大体可分为三类：一是获 取实物表面图像信息；二是获取实物表面的各类化学参数信息，三是获取实物内 部的物理参数信息，详细情况汇总如下： 【岩心扫描技术方法汇总】 【岩心扫描信息采集的原理及用途】 【（1）白光扫描】①原理：岩心外表面的光信号经传感器转换为电信号，用集 成芯片进行采样和各种处理后传送给计算机，完成岩心表面图像的采集，采用白 平衡技术、分色校正技术、高分辨率图像拼接融合等方法，*证岩心图像的高质 量。 ②用途：岩心表面图像是岩心能够展示的直接、基础的信息，早应用于石 油勘查，目前该项技术已经广泛应用于固体矿产勘查、科学研究等领域。很多岩 心在长期保管后，由于风化作用，其表面颜色及含油特征等都发生了很大变化， 很难反映原始的岩矿实际，给观察利用带来很大困难，因此在岩心取心初期即对 岩心进行扫描，可保留其原始的表面图像信息。 在固体矿产勘查领域，岩心扫描图像可以用于对比观察，通过综合观察岩心扫描 图像、岩性描述及其他测试分析数据等，可以对岩心有初步的认识，甚至可以对 一些矿物进行初步的鉴定（图 1）；在油气勘查领域，利用表面图像中颜色的差 异，可以对岩心的粒度、孔隙度、裂隙度等进行半定量的计算。 图 1.岩心扫描图像对比观察图 【（2）荧光扫描】①原理：荧光扫描通过特殊的紫外光源照射岩心，有机质在 紫外光的激发下能发出荧光，通过荧光信号采集、处理，含油岩心以其所含烃类 物质的荧光特性显示出明显的可识别性（图 2），在图像中对其面积进行定量计 算，得到含油指数等综合数据。 ②用途：应用图像处理及模式识别理论和数学地质方法，进行层理分析、荧光评 *、裂缝分析、孔洞分析和砂砾岩砾石定量分析计算，并自动生成图文报表，为 研究部门迅速准确地提供各种相应的研究数据，为油气田的储层精细评价、油藏 精细描述及成像测井定量分析等相关技术的发展起到很大的推动作用。因此可以 通过荧光扫描确定油气勘查岩心或岩屑的含油性质、含油*别及含油饱满程度 等。 图 2.荧光扫描效果图 【2.化学参数信息采集】岩心的化学参数主要是矿物构成和元素浓度。在矿物构 成扫描方面，主要应用颜色光谱技术，该技术起源于遥感领域应用的“地物光谱”； 在元素浓度扫描方面，X 射线荧光光谱（简称 XRF）分析技术是一种新的分析 技术，但经过多年的探索以后，现在已经完全应用成熟，广泛应用于冶金、地质、 有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域。 【（1）高光谱矿物扫描分析】①原理：基于反射光谱分析技术，利用光谱仪采 集和测量岩心在 4002500nm 波长范围内的反射波谱，依据其光谱诊断性特征来 计算和识别不同的矿物，终形成矿物学信息。 ②测试矿物种类：目前市场应用成熟的技术为中低温蚀变矿物（一般为含水硅酸 盐矿物）的识别。如在可见光近红外区域（4001000nm）可识别矿物：铁氧化 物矿物、含铁矿物、稀土矿物等；在短波红外区域（10002500nm）可识别矿物具 体见表 2。此外据调研，高温蚀变矿物（无水硅酸盐矿物，如石英，长石，辉石， 石榴子石，橄榄石等）的光谱扫描技术在实验室也已经成熟，但尚未做市场应用。 黄钾铁钒、石膏。 ③用途：在固体矿产勘查领域，矿体往往与蚀变作用在空间上具有某种特定的关 系，如斑岩型铜、钼矿的矿体往往与钾化带（特征矿物为钾长石、黑云母、石英） 和石英绢云母化带（特征矿物为石英、绢云母、黄铁矿）关系紧密，可作为寻找 斑岩型铜矿标志；而钨、锡、钼、铋等高温矿物，也常与云英岩化（特征矿物为 石英和白云母）等高温蚀变作用关系紧密。蚀变作用的发育范围大于矿体的范围 或与矿体有固定的上下关系，因此通过对矿山岩心进行高光谱扫描，掌握重要蚀 变作用的发育特征，从而可以在空间上预测矿体的产出位置。 此外，高岭石、蒙脱石等含水硅酸盐矿物一般为采矿过程中的有害矿物，利用高 光谱扫描技术对这类矿物的识别度很好，通过对地质勘探钻孔进行高光谱扫描， 对高岭石、蒙脱石等矿物进行三维建模（图 3），能够很好地指导采矿工作，降 低采矿成本。 图 3.矿山光谱扫描三维模式图 【（2）XRF 岩心扫描】①原理：X 射线荧光光谱（XRF）分析技术根据分辨 X 射线的方式，分为波长色散 X 射线荧光光谱仪（WDXRF）和能量色散 X 射线荧 光光谱仪（EDXRF）。X 射线是一种波长较短的电磁辐射，通常是指能量范围 在 0.1—100KeV 的光子。当用高能电子照射试样时，入射电子被试样中的电子 减速，会产生波长连续 X 射线谱。如果入射光束为 X 射线，试样中的元素内层 电子受其激发，可产生特征 X 射线，称为二次 X 射线，或称为 X 射线荧光。通 过分析试样中不同元素产生的荧光 X 射线波长（或能量）和强度，可以获得试 样中的元素组成与含量信息，达到定性和定量分析的目的。 ②测试元素种类：利用 XRF 分析技术可以同时测量样品中从铝 AI（或 Mg）到 铀 U 的绝大部分元素的浓度分布图，从微量到高浓度均能反映出来。 ③用途：提供岩心样本的化学数据，一般用于陆地、海洋、湖泊、河口、冰河的 沉积岩心分析，研究沉积环境和古气候。如通过对 Fe、Ca、K、Si、Al、Ti、Zr、 Sr 等元素含量的变化（图 4），转化为沉积物中 Fe2O3、CaO、K2O、SiO2、 Al2O3、TiO2 等化合物含量的变化，综合其磁化率、孢粉、硅藻、矿物、色素 等多种指标，对环境指标和古环境演化进行重建。 图 4.沉积物岩心 Fe、Ca、K、Si、Al（自上而下）元素浓度变化曲线 此外，也可作为固体矿产岩心有用元素浓度的变化趋势、划分地层的重要数据。 例如在加拿大马塔加米 ZnCu 矿床，运用便携式 X 荧光检测方法获取元素浓度 数据，利用 Ti/Zr 对 Al/Zr 图可以迅速的区分矿区内两个视觉上相似但是变质程 度 不 同 的 流 纹 岩 岩 心 （ 图 5 ） ， 而 其 中 一 种 流 纹 岩 为 钻 探 的 标 志 层 (Rossetal.[5],2014)。在钻探领域，识别标志层至关重要，可以帮助钻探者准确 地确定目的层，做出一些类似于“是否到达了目标地层层位，还是应该向更深处 钻探”等一些重要决定。