CN104062308A - 一种岩石无损矿物成分检测方法 - Google Patents

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本发明涉及一种岩石无损矿物成分检测方法，步骤是：⑴样品制备：待测岩柱表面研磨进行岩石表面测试，对岩柱表面矿物成分的测定是采用电子探针；⑵岩石三维信息获取：采用X射线显微CT设备对岩柱进行X射线显微CT扫描并对X射线显微CT数据进行重建，形成三维图像；⑶岩石内部矿物成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的岩柱表面矿物成分；将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，即可确定岩石的内部矿物成分。本发明由于采用上述技术方案，即获得了样品表面成分分析结果，又得到样品三维内部结果图像，同时得出样品内部成分分析结果。

Description

一种岩石无损矿物成分检测方法
技术领域
本发明属于岩石检测技术领域，涉及岩石内壁矿物成分的检测，尤其是一种岩石无损矿物成分检测方法。
背景技术
目前，矿物成分检测大多采用电子探针等物理实验分析。已有的电子探针分析仪可以用来分析薄片及岩样实体中矿物微区的化学组成，该仪器将高度聚焦的电子束聚焦在矿物上，激发组成矿物元素的特征X射线，用分光器或检波器测定荧光X射线的波长，并将其强度与标准样品对比，或根据不同强度校正直接计数出组分含量。但此技术仅限于对二维表面上矿物成分的检测，无法还原岩石内部实际矿物的形貌特征。
X射线显微CT(3D Micro-computed tomography，3D-MicroCT)技术是一种采用微焦点X射线成像原理进行超高分辨率三维成像的设备，可以在不破坏样品的情况下，获得高精度三维图像，显示样品内部详尽的三维信息，并进行结构、密度和力学的定量分析，但是对样品成分不能进行准确的分析。
通过专利公开文献的检索，没有发现对岩石矿物成分进行检测的方法，只发现一篇与本发明申请有关的公开专利文献，谨供审查员参考。
一种基于超像素描述的月面岩石检测方法(CN103871062A)，首先对图像进行各项异性平滑，以消弱月壤与岩石区域内的纹理但同时很好地保留了边缘信息；进一步，将图像过分割为超像素，利用超像素描述的方法，通过检测孔洞的方法来达到检测岩石区域的目的。此方法能够较为准确的检测出岩石区域，并准确定位描述岩石的边界。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩石无损矿物成分检测方法，该方法即可获得样品表面成分分析结果，又可得到样品三维内部结果图像，同时得出样品内部成分分析结果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种岩石无损矿物成分检测方法，步骤是：
⑴样品制备：待测岩柱表面研磨进行岩石表面测试，对岩柱表面矿物成分的测定是采用电子探针；
⑵岩石三维信息获取：采用X射线显微CT设备对岩柱进行X射线显微CT扫描并对X射线显微CT数据进行重建，形成三维图像；
⑶岩石内部矿物成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的岩柱表面矿物成分；将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，即可确定岩石的内部矿物成分。
而且，所述的岩石
⑴将样品经过打磨、剖光的一面放置到电子探针真空样品室内，利用1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区矿物成分定性或定量分析；
⑵利用配有二次电子和背散射电子信号检测器，拍摄具有组织形貌和微区成分分析的图像数据。
而且，所述的岩石三维信息获取的具体方法是：
⑴矿物表面成像测试：开启X射线显微CT测量模块，调整测试参数，X射线透过样品台上的岩石样品，样品的位置需要调节到探测器接收成像的2/3处，由样品对X射线吸收强度的不同而由探测器系统接收并存储数据，进而保证样品表面成像及样品无损成像；
⑵矿物三维数据获取：用X射线显微CT重构模块对采集的不同角度的单张图像进行三维重构，形成三维图像。
而且，所述岩石内部矿物成分的具体分析方法是：
⑴内部成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的矿物成分，而后利用X射线显微CT获取的样品三维原始数据的信息，将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，以此来确定内部矿物成分及三维形态的表征分布；
⑵成像结果描述：用电子探针拍摄的背散射灰度图像与X射线显微CT扫描重建的首层灰度图像中各物质的形貌及位置点完全吻合；
⑶实例测试比对：电子探针背散射图像中石英和长石的形貌与X射线显微CT扫描结果CT切片图的石英与长石的相貌相同，且表现的灰度值范围相同，即可确定X射线显微CT数据中首层图像的成分，根据首层图像的成分，判别内部图像的成分。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过对岩石表面矿物成分的测定来分析同一岩石内部同类矿物的三维空间分布，从而解决仅在二维平面上测定岩石矿物成分的不足的电子探针测检测方法，本发明首次将岩柱表面磨平，利用电子探针的背散射图像及矿物成分分析方法来测定岩柱表面，而后在用X射线显微CT表面成像扫描技术预以对照分析，在测定岩石内部矿物形态上保留了样品的原始性，提高了岩石内部矿物成分在三维空间分析上的准确度。
2、本发明采用电子探针的背散射技术与X射线显微CT技术相结合的方式实现，其中的电子探针的背散射技术用于获取岩柱表面信息，X射线显微CT技术用于获取岩柱三维信息，通过三维首层信息与表面信息比对实现三维信息表面成分确定，表面信息与内部信息相结合判断内部成分。由于采用上述技术方案，即获得了样品表面成分分析结果，又得到样品三维内部结果图像，同时得出样品内部成分分析结果。
附图说明
图1为本发明检测方法所得到的电子探针图像；
图2为X射线显微CT三维数据首层图像；
图3为X射线显微CT三维原始数据；
图4为X射线显微CT内部任意二维图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。
一种岩石无损矿物成分检测方法，步骤是：
⑴样品制备：待测岩柱表面研磨进行岩石表面测试，对岩柱表面矿物成分的测定是采用电子探针；
⑵岩石三维信息获取：采用X射线显微CT设备对岩柱进行X射线显微CT扫描并对X射线显微CT数据进行重建，形成三维图像。
⑶岩石内部矿物成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的岩柱表面矿物成分；将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，以此来确定内部矿物成分。
4岩石内部任意二维图信息的获取：采用X射线显微CT设备对岩柱进行数据重建后，形成的三维数据图像可查看任意位置的二维信息，为分析数据提供了更灵活的方法。
本发明的测定分析方法所采用的电子探针设备及X射线显微CT设备为现有技术，因此不再具体描述其结构。
本发明中，所述的样品的具体制备方法是：
⑴将样品经过打磨、剖光的一面放置到电子探针真空样品室内，利用约1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区矿物成分定性或定量分析；
待测样品表面因不够平整，需将待测样品某一表面进行打磨剖光。
⑵利用配有二次电子和背散射电子信号检测器，拍摄具有组织形貌和微区成分分析的图像数据。
本发明中，所述的岩石三维信息获取的具体方法是：
⑴矿物表面成像测试：开启X射线显微CT测量模块，调整测试参数，X射线透过样品台上的岩石样品，样品的位置需要调节到探测器接收成像的2/3处。由样品对X射线吸收强度的不同而有探测器系统接收并存储数据，进而保证样品表面成像及样品无损成像；
⑵矿物三维数据获取：用X射线显微CT重构模块对采集的不同角度的单张图像进行三维重构，形成三维图像；
本发明中的岩石内部矿物成分的具体分析方法是：
⑴内部成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的矿物成分，而后利用X射线显微CT获取的样品三维原始数据的信息，将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，以此来确定内部矿物成分及三维形态的表征分布；
⑵成像结果描述：用电子探针拍摄的背散射灰度图像与X射线显微CT扫描重建的首层灰度图像中各物质的形貌及位置点完全吻合；
⑶实例测试比对：图1中电子探针背散射图像中石英和长石的形貌与图2中X射线显微CT扫描结果第246层CT切片图的石英与长石的相貌相同，且表现的灰度值范围相同，即可确定X射线显微CT数据中首层图像的成分，根据首层图像的成分，判别内部图像的成分。
以上所述，仅为本发明较佳实施方式，但本发明的保护范围并不限于此。不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种岩石无损矿物成分检测方法，其特征在于：步骤是：
⑴样品制备：待测岩柱表面研磨进行岩石表面测试，对岩柱表面矿物成分的测定是采用电子探针；
⑵岩石三维信息获取：采用X射线显微CT设备对岩柱进行X射线显微CT扫描并对X射线显微CT数据进行重建，形成三维图像；
⑶岩石内部矿物成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的岩柱表面矿物成分；将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，即可确定岩石的内部矿物成分。
2.根据权利要求1所述的岩石无损矿物成分检测方法，其特征在于：所述的岩石
⑴将样品经过打磨、剖光的一面放置到电子探针真空样品室内，利用1Pm的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区矿物成分定性或定量分析；
⑵利用配有二次电子和背散射电子信号检测器，拍摄具有组织形貌和微区成分分析的图像数据。
3.根据权利要求1所述的岩石无损矿物成分检测方法，其特征在于：所述的岩石三维信息获取的具体方法是：
⑴矿物表面成像测试：开启X射线显微CT测量模块，调整测试参数，X射线透过样品台上的岩石样品，样品的位置需要调节到探测器接收成像的2/3处，由样品对X射线吸收强度的不同而由探测器系统接收并存储数据，进而保证样品表面成像及样品无损成像；
⑵矿物三维数据获取：用X射线显微CT重构模块对采集的不同角度的单张图像进行三维重构，形成三维图像。
4.根据权利要求1所述的岩石无损矿物成分检测方法，其特征在于：所述岩石内部矿物成分的具体分析方法是：
⑴内部成分分析：将电子探针所得到的样品表面灰度图像与X射线显微CT首层成像的灰度图进行对应，利用形貌相同及灰度相同来确定两种实验测定的矿物成分，而后利用X射线显微CT获取的样品三维原始数据的信息，将X射线显微CT首层图像显示的矿物灰度与内部矿物的灰度做对应，以此来确定内部矿物成分及三维形态的表征分布；
⑵成像结果描述：用电子探针拍摄的背散射灰度图像与X射线显微CT扫描重建的首层灰度图像中各物质的形貌及位置点完全吻合；
⑶实例测试比对：电子探针背散射图像中石英和长石的形貌与X射线显微CT扫描结果CT切片图的石英与长石的相貌相同，且表现的灰度值范围相同，即可确定X射线显微CT数据中首层图像的成分，根据首层图像的成分，判别内部图像的成分。
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Denomination of invention: A kind of rock non-destructive mineral composition detection method

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