**錦鯉巖心掃描儀

時間：2019-02-25作者：北京中科地聯科技發(fā)展有限責任公司瀏覽：134

對于國家和省級實物地質資料館藏機構而言，入庫保管的巖心是經過精心篩選 的，具有代表性、典型性和特殊性，這些巖心數量少、代表性強、利用**大， 具有**性，應盡可能的*保管。 館藏珍貴巖心的*保管與取樣測試服務是矛盾的，因為傳統的取樣測試需要破 壞巖心,而巖心掃描技術較大的優(yōu)點是不必取樣、不破壞巖心，又能較大限度地 挖掘、提取巖心中蘊含的各種信息，是同時實現巖心長期保管和服務利用的較佳 手段。此外，巖心掃描后，其內部蘊含的信息從巖石載體轉變?yōu)殡娮虞d體，解決 了巖心體積大、質量大、存儲成本高、不便于移動等難題，獲取的電子數據可以 輕而易舉地上網服務，能夠較大地提高服務效率。 巖心掃描技術方法的發(fā)展日新月異，目前能夠通過巖心掃描技術獲取的巖心數據 種類多達 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方法，對 于實物地質資料館藏機構而言，應綜合考慮掃描目的以及不同掃描技術方法對巖 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 方法，達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 前已經應用成熟的巖心掃描技術方法，總結每一種技術方法的應用原理、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，為實物地質資料館購置巖心掃描設備，開展巖心掃描提供參考。 【巖心掃描信息采集技術方法的特點】 巖心掃描是指將地質工作中形成的巖礦心，通過儀器掃描、數碼照相等方法，轉 化成計算機可存儲、處理的文字、圖像、數據等信息，對信息進行處理，以數據 庫的形式進行存儲，利用輸出設備和系統進行信息展示的過程。巖心掃描技術不 需要對巖心進行取樣，可連續(xù)、批量地提取、分析巖心表面及內部蘊含的物化信 息，且不對巖心造成破壞，與傳統的實驗室測試分析相比，巖心掃描具有以下特 點： 1.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 復重復測試，是一種無損的測試分析手段。 2.巖心掃描測試的數據往往是批量的、連續(xù)的，獲取數據的種類豐富，數據量大。 3.測試的速度快，在掃描的過程中即可獲得數據。 4.大多數巖心掃描技術獲得的數據是基于對巖心表面測試點范圍內的分析測試， 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驗室測試的精 度高。 【巖心掃描信息采集技術方法的種類】 目前應用成熟的巖心掃描信息采集技術方法種類很多，大體可分為三類：一是獲 取實物表面圖像信息；二是獲取實物表面的各類化學參數信息，三是獲取實物內 部的物理參數信息，詳細情況匯總如下： 【巖心掃描技術方法匯總】 【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經傳感器轉換為電信號，用集 成芯片進行采樣和各種處理后傳送給計算機，完成巖心表面圖像的采集，采用白
平衡技術、分色校正技術、高分辨率圖像拼接融合等方法，保證巖心圖像的高質 量。 ②用途：巖心表面圖像是巖心能夠展示的較直接、較基礎的信息，較早應用于石 油勘查，目前該項技術已經廣泛應用于固體礦產勘查、科學研究等領域。很多巖 心在長期保管后，由于風化作用，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 巖心進行掃描，可保留其較原始的表面圖像信息。 在固體礦產勘查領域，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據等，可以對巖心有初步的認識，甚至可以對 一些礦物進行初步的鑒定（圖 1）；在油氣勘查領域，利用表面圖像中顏色的差 異，可以對巖心的粒度、孔隙度、裂隙度等進行半定量的計算。
圖 1.巖心掃描圖像對比觀察圖 【（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，**質在 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 物質的熒光特性顯示出明顯的可識別性（圖 2），在圖像中對其面積進行定量計 算，得到含油指數等綜合數據。 ②用途：應用圖像處理及模式識別理論和數學地質方法，進行層理分析、熒光評 級、裂縫分析、孔洞分析和砂礫巖礫石定量分析計算，并自動生成圖文報表，為 研究部門迅速準確地提供各種相應的研究數據，為油氣田的儲層精細評價、油藏 精細描述及成像測井定量分析等相關技術的發(fā)展起到很大的推動作用。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、含油級別及含油飽滿程度 等。
圖 2.熒光掃描效果圖 【2.化學參數信息采集】巖心的化學參數主要是礦物構成和元素濃度。在礦物構 成掃描方面，主要應用顏色光譜技術，該技術起源于遙感領域應用的“地物光譜”； 在元素濃度掃描方面，X 射線熒光光譜（簡稱 XRF）分析技術是一種新的分析 技術，但經過多年的探索以后，現在已經完全應用成熟，廣泛應用于冶金、地質、 有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生等各個領域。 【（1）高光譜礦物掃描分析】①原理：基于反射光譜分析技術，利用光譜儀采 集和測量巖心在 4002500nm 波長范圍內的反射波譜，依據其光譜診斷性特征來 計算和識別不同的礦物，較終形成礦物學信息。 ②測試礦物種類：目前市場應用成熟的技術為中低溫蝕變礦物（一般為含水硅酸 鹽礦物）的識別。如在可見光近紅外區(qū)域（4001000nm）可識別礦物：鐵氧化 物礦物、含鐵礦物、稀土礦物等；在短波紅外區(qū)域（10002500nm）可識別礦物： 烴類物質、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。此外據調研，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）的光譜掃描技術在實驗室也已經成熟，但尚未做市場應用。 【高光譜技術識別礦物種類匯總：】 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、異較礦等。 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：在固體礦產勘查領域，礦體往往與蝕變作用在空間上具有某種特定的關 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）關系緊密，可作為尋找
斑巖型銅礦標志；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系，因此通過對礦山巖心進行高光譜掃描，掌握重要蝕 變作用的發(fā)育特征，從而可以在空間上預測礦體的產出位置。 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 光譜掃描技術對這類礦物的識別度很好，通過對地質勘探鉆孔進行高光譜掃描， 對高嶺石、蒙脫石等礦物進行三維建模（圖 3），能夠很好地指導采礦工作，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）分析技術根據分辨 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。當用高能電子照射試樣時，入射電子被試樣中的電子 減速，會產生波長連續(xù) X 射線譜。如果入射光束為 X 射線，試樣中的元素內層 電子受其激發(fā)，可產生特征 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生的熒光 X 射線波長（或能量）和強度，可以獲得試 樣中的元素組成與含量信息，達到定性和定量分析的目的。 ②測試元素種類：利用 XRF 分析技術可以同時測量樣品中從鋁 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數據，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，對環(huán)境指標和古環(huán)境演化進行重建。
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，也可作為固體礦產巖心有用元素濃度的變化趨勢、劃分地層的重要數據。 例如在加拿大馬塔加米 ZnCu 礦床，運用便攜式 X 熒光檢測方法獲取元素濃度 數據，利用 Ti/Zr 對 Al/Zr 圖可以迅速的區(qū)分礦區(qū)內兩個視覺上相似但是變質程 度 不 同 的 流 紋 巖 巖 心 （ 圖 5） ， 而 其 中 一 種 流 紋 巖 為 鉆 探 的 標 志 層 (Rossetal.[5],2014)。在鉆探領域，識別標志層至關重要，可以幫助鉆探者準確 地確定目的層，做出一些類似于“是否到達了目標地層層位，還是應該向較深處 鉆探”等一些重要決定。
圖 5.利用元素濃度相圖區(qū)分地層并識別標志層（據 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 中的應用有限（主要問題在于對標樣和待測試樣的基體匹配要求比較苛刻，而固 態(tài)制樣技術實現難度較大），目前鐵礦、鋁土礦等的 XRF 測定已有國家標準方 法，其他類型的礦物 XRF 分析方法的應用不是很廣泛。有些硫化礦的分析方法 正開發(fā)研制中。 【3.物理參數信息采集】如前所述，物理參數包括 CT 內部結構構造掃描，該技 術源自于醫(yī)學領域，目前在油氣資源勘查領域應用廣泛；磁化率掃描，該技術在 固體礦產勘查領域應用較為廣泛；同時還有一些原本應用于油田測井、錄井的技
術，目前也已經被應用于巖心掃描領域，如 P 波速度掃描、伽馬密度掃描、電 阻率掃描等。


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