CN106920238A - 一种孔隙结构获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种孔隙结构获取方法及装置，属于地质勘探及地球物理技术领域。所述方法包括：对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品。将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束‑场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据。对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据。根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。通过本方法及装置可获得岩石样品的三维孔隙结构，以此可以对通过三维重建获得的岩石内部的孔隙结构的发育特征进行观察或研究，弥补了前期孔隙结构表征方法的局限性和研究方法不系统的缺陷。

Description

一种孔隙结构获取方法及装置

技术领域

本发明涉及地质勘探及地球物理技术领域，具体而言，涉及一种孔隙结构获取方法及装置。

背景技术

页岩气是一种主要以吸附和游离态存在于页岩孔隙中的非常规油气资源，因此对页岩孔隙的准确表征对于确定页岩气的资源潜力具有重要作用。但是目前对于页岩孔隙虽然有大量的表征方法，但是其主要集中于如何对页岩气孔隙度的确定，而对于页岩的内部结构发育特征未有相应的获取或表征方法，也就无法观察到岩石内部的发育特征和三维结构。这也造成了企业或者研究工作者对页岩气，或其他岩石结构的研究困难。无法准确的获取到岩石内部的孔隙结构，就无法了解到页岩气和岩石孔隙之间的依存关系，而限制研究的进展。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种孔隙结构获取方法及装置，以解决上述缺陷。

本发明的实施例是这样实现的：

一种孔隙结构的获取方法，包括：对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品；将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据；对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据；根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

优选地，所述的对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据的步骤，包括：根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差；根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。

优选地，所述孔隙数据的参数包括：孔隙形貌、孔径大小和连通性。

优选地，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：对所述包埋处理过的岩石样品的表面进行抛光。

优选地，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：对所述包埋处理过的岩石样品的抛光过的表面喷涂碳膜。

优选地，所述图像数据为分辨率0.4nm的图像数据。

优选地，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：设置所述聚焦离子束-场发射扫描电镜系统的扫描参数。

优选地，所述扫描参数包括：电镜焦距，电镜倾斜角度和电镜电压。

一种页岩孔隙表征装置，包括：包埋模块，用于对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品；图像数据获取模块，用于将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据；图像分割模块，用于对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据；三维重建模块，用于根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

优选地，所述图像分割模块包括：灰度数据获取子模块，用于根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差；孔隙数据获取子模块，用于根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。

本发明实施例提供的一种孔隙结构获取方法及装置，该方法开始对岩石样品进行包埋处理，防止岩石样品在使用的过程中结构损坏。将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据。其中图像数据代表了岩石样品中的不同结构；对获得的图像数据进行图像分割，分割成不同结构的数据，获得其中的所述岩石样品的孔隙数据。最后根据孔隙数据进行三维重建得到重建后的三维的孔隙结构。通过本方法及装置可获得岩石样品的三维孔隙结构，以此可以对通过三维重建获得的岩石内部的孔隙结构的发育特征进行观察或研究，弥补了前期孔隙结构表征方法的局限性和研究方法不系统的缺陷。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的一种孔隙结构获取设备的方框示意图；

图2为本发明较佳实施例提供的一种孔隙结构获取方法的一种实施方式的流程图；

图3为本发明较佳实施例提供的一种孔隙结构获取方法的另一种实施方式的流程图；

图4为本发明较佳实施例提供的一种孔隙结构获取方法的步骤S130的具体步骤流程图；

图5为是本发明实施例提供的一种孔隙结构获取装置的功能模块示意图。

图标：10-孔隙结构获取设备；100-孔隙结构获取装置；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-输入输出单元；106-显示单元；110-包埋模块；120-图像数据获取模块；130-图像分割模块；140-三维重建模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是一种孔隙结构获取设备10的方框示意图。所述孔隙结构获取设备10包括孔隙结构获取装置100、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、显示单元106。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、显示单元106各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述孔隙结构获取装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述孔隙结构获取设备10的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述孔隙结构获取装置100包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。

处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器103等。

所述外设接口104将各种输入/输入装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

显示单元106在所述服务器(或本地终端)与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元106可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器103进行计算和处理。

请参阅图2，是本发明较佳实施例提供的应用于图1所示的孔隙结构获取设备10的孔隙结构获取方法的流程图。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S110，对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品。

所述岩石样品可以是2-3克块状的样品，当然块状仅仅作为一种较优选地实施方式，还可以是其他形状(如柱状)。所述包埋处理过的岩石样品中所使用的包埋剂可以是，但不限于环氧树脂、聚苯乙烯树脂、异丁烯树脂及水溶性树脂。对岩石样品进行包埋处理后，包埋剂对岩石样品的外表面形成完全的覆盖，进而可以防止其在后续的处理过程中损坏岩石样品中的孔隙结构。例如，在进行岩石样品表面抛光的时候就不易损坏。

请参照图3，在本发明的实施例中在步骤S110之后，步骤S120之前还可以包括以下步骤：

步骤S111，对所述包埋处理过的岩石样品的表面进行抛光。

在该步骤S111中，所采用的岩石抛光方式为：采用氩离子束轰击岩石样品的表面进行抛光。其中，抛光设备可以采用697Ilion II型抛光设备对岩石样品进行全自动抛光处理。抛光后即可得到光滑平整的离子蚀刻面，以在后续的观察中得到更加可靠的观察结果。

步骤S112，对所述包埋处理过的岩石样品的抛光过的表面喷涂碳膜。

岩石样品的抛光过后，为再次对岩石样品的进行保护。可通过涂覆机对岩石样品抛光过的表面喷涂碳膜。其中，该涂覆机可以为三轴选择性涂覆机SC-300C。该步骤可以防止在进行离子刻蚀的过程中岩石样品的未进行刻蚀的表面损坏。具体的，喷涂的碳膜厚度可为6nm-14nm之间，如6nm、10nm、14nm等厚度均可。

步骤S120，将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据。

在步骤S120中，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统的型号可以为LYRA3-XMU/XMH型聚焦离子束-场发射扫描电镜系统。将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统(FIB-SEM)中进行成像扫描之前，应当将该型聚焦离子束-场发射扫描电镜系统的样品舱抽真空，然后根据放置在样品舱中岩石样品位置，调节该系统的电镜对岩石样品进行对焦。并再根据放置在样品舱中岩石样品位置，设置电镜的倾斜角度和工作电压，调节放大倍数并对焦，设置扫描参数(例如，扫描成像的分辨率设置为纳米级别、微米级别或毫米级别)，然后开始对岩石样品进行成像扫描(即对岩石样品进行截面刻蚀)。通过聚焦离子束-场发射扫描电镜系统的扫描，便能够获取对应岩石样品的扫描图像，即为获得图像数据。

步骤S130，对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据。

如图4所示，该步骤S130具体包括以下步骤：

步骤S131，根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差。

步骤S132，根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。

具体的，在步骤S131和步骤S132中，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统扫描后，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统能够输出岩石样品的扫描图像像素的灰度数据。此外，在输出的灰度数据时，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统还将图像分为了多个小区域，例如：分为9个区域。故该聚焦离子束-场发射扫描电镜系统还能够输出每个小区域的像素的灰度数据。再者，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统还能够根据灰度数据通过自身预设计算程序而获得灰度数据对应的灰度方差，以及每个小区域的灰度数据所对应每个小区域的灰度方差。图像数据中的每一范围内的所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差都代表了该岩石样品对应的不同类型的结构特征，例如，岩石样品的主体骨架、不同的孔隙度、不同的孔隙形貌、不同的孔隙大小、孔隙之间的连通性。聚焦离子束-场发射扫描电镜系统根据获取到灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差再通过自身预设程序的计算便能够获取该岩石样品的孔隙数据，而该岩石样品的孔隙数据包括：孔隙形貌、孔径大小和连通性。

步骤S140，根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

在本步骤S140中，三维重建所需要的孔隙数据包括但不限于孔隙度、孔隙形貌、孔隙大小、孔隙之间的连通性以及岩石样品的主体骨架。

聚焦离子束-场发射扫描电镜系统获取该岩石样品的孔隙数据，即聚焦离子束-场发射扫描电镜系统获取了该岩石样品的特征。CT扫描仪根据岩石样品的特征能够进行三维重建。其中，聚焦离子束-场发射扫描电镜系统可基于unity3D、unreal、cryengine等软件引擎系统构建该岩石样品的三维图像模型。此外，研究人员通过观察或调整聚焦离子束-场发射扫描电镜系统建模显示的三维图像模型，可从三维图像模型中获得岩石样品的孔隙结构。为了方便的观察该孔隙结构，可将三维图像模型中的其他结构(例如，岩石样品的骨架结构)进行隐藏，然后将孔隙结构显示出来，就可以清楚的对孔隙结构进行分析观察，以获得研究所需的信息。

请参阅图5，是本发明较佳实施例提供的图1所示的孔隙结构获取装置100的功能模块示意图。所述孔隙结构获取装置100包括：包埋模块110、图像数据获取模块120、图像分割模块130和三维重建模块140。

所述包埋模块110，用于对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品。

所述图像数据获取模块120，用于将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据。

所述图像分割模块130，用于对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据。

所述图像分割模块130包括：

灰度数据获取子模块，用于根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差。

孔隙数据获取子模块，用于根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。

三维重建模块140，用于根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的一种孔隙结构获取方法及装置，该方法开始对岩石样品进行包埋处理，防止岩石样品在使用的过程中结构损坏。将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据。其中图像数据代表了岩石样品中的不同结构；对获得的图像数据进行图像分割，分割成不同结构的数据，获得其中的所述岩石样品的孔隙数据。最后根据孔隙数据进行三维重建得到重建后的三维的孔隙结构。通过本方法及装置可获得岩石样品的三维孔隙结构，以此可以对通过三维重建获得的岩石内部的孔隙结构的发育特征进行观察或研究，弥补了前期孔隙结构表征方法的局限性和研究方法不系统的缺陷。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种孔隙结构的获取方法，其特征在于，包括：

对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品；

将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据；

对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据；

根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据的步骤，包括：

根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差；

根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔隙数据的参数包括：孔隙形貌、孔径大小和连通性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：对所述包埋处理过的岩石样品的表面进行抛光。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：对所述包埋处理过的岩石样品的抛光过的表面喷涂碳膜。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像数据为分辨率0.4nm的图像数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据的步骤之前，还包括：

设置所述聚焦离子束-场发射扫描电镜系统的扫描参数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述扫描参数包括：电镜焦距，电镜倾斜角度和电镜电压。

9.一种页岩孔隙表征装置，其特征在于，包括：

包埋模块，用于对岩石样品进行包埋处理，获得进行包埋处理过的岩石样品；

图像数据获取模块，用于将所述进行包埋处理过的岩石样品放入聚焦离子束-场发射扫描电镜系统中进行成像扫描，获得图像数据；

图像分割模块，用于对获得的所述图像数据进行图像分割，获得所述岩石样品的孔隙数据；

三维重建模块，用于根据所述孔隙数据，进行三维重建，获得孔隙结构。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述图像分割模块包括：

灰度数据获取子模块，用于根据所述图像数据获得所述图像数据的像素的灰度数据、小区域的灰度数据和灰度方差；

孔隙数据获取子模块，用于根据所述像素的灰度数据、所述小区域的灰度数据和所述灰度方差，获得岩石样品的孔隙数据。