一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法

摘要

一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，包括以下步骤：(1)利用FIB-SEM对岩心进行切割扫描；(2)FIB-SEM扫描图像配准；(3)角度校正；(4)阴影校正；(5)建立纳米级泥页岩数字岩心。本发明首先对直径25毫米柱塞岩样，选择适当的子样品区域，用电镜观察，选择感兴趣区域，并对切割端面就行氩离子剖光采用聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)切割扫描技术对泥页岩岩心样品进行切割扫描，获得一系列的岩心二维图片，然后对获取的图片采用图像配准技术对相邻两张图像进行对齐处理，采用剪切变换对图像就行角度校正，采用灰度处理技术对图像进行阴影校正，最终构建纳米级分辨率的泥页岩数字岩心。

主权项

一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，首先采用FIB‑SEM切割扫描技术对泥页岩岩心样品进行切割扫描，获得一系列的岩心二维图片，然后对获取的图片采用图像配准技术对相邻两张图像进行对齐处理，采用剪切变换对图像就行角度校正，采用对图像进行阴影校正，最终构建纳米级分辨率的泥页岩数字岩心，其具体步骤如下：(1)利用FIB‑SEM对岩心进行切割扫描，步骤包括：a.对直径25毫米柱塞岩样，选择适当的子样品区域，切下直径25毫米，厚2‑5毫米的薄片，然后用电镜观察，选择感兴趣区域，并对切割端面就行氩离子剖光；b.对剖光后的岩心扫描端面进行涂碳处理；c.在样品表面磨削出一个凹槽，然后使用FIB‑SEM技术对面积15微米x10微米x10微米区域进行切割扫描；d.扫描切割交替进行，获得切片数不小于1000张TIFF格式的切片图像；e.计算机存储扫描获得的TIFF格式图像，当达到一定的切片数量后结束实验；(2)FIB‑SEM扫描图像配准：将二维图像用一个二维数值矩阵来表示，设I₁(x，y)、I₂(x，y)分别表示两幅需要配准的图像在(x，y)处的灰度值，其中I₁为基准图像、I₂为待配准图像，那么图像I₁、I₂的配准关系可以表示为I₂(x，y)＝G(I₁(F(x，y)))其中，F表示二维的坐标变换函数；G表示一维灰度变换函数；图像配准的主要任务就是寻找最佳的坐标变换函数F，与灰度变换函数G，从而使两幅图像之间实现最佳对准，由于在大部分情况下灰度变换函数G并不需要求解，因此求取坐标变换函数F成为图像配准的关键问题，上式可以简化为如下形式：I₂(x，y)＝I₁(F(x，y))在图像配准过程中，常用到的图像变换方式主要有刚体变换、仿射变换、投影变换和非线性变换；若图像中任意两点间的距离在变换前后保持不变，则这种变换称为刚体变换；刚体变换可分解为整体平移和旋转；在二维图像中，坐标点(x，y)经刚体变换到点(x′，y′)的变换公式为：其中为旋转角度，Δx、Δy为平移距离；(3)角度校正：FIB‑SEM在切割扫描过程中，当离子束与电子束之间夹角不为90°时，扫描电镜扫描的切割面不能反映样品的真实尺寸，因此需要做一个角度变换转换到电子束与扫描表面垂直的状态，可通过下面公式计算：$\mathrm{AC}=\frac{\mathrm{AB}}{\cos (90-\alpha )}$其中，α是离子束与电子束的夹角，AB是扫描获得的尺寸，AC是样品的真实尺寸；(4)阴影校正：由于样品凹槽和载物台的影响，会对SEM电子信号产生一定的干扰，导致图像局部出现阴影区域，也就是说代表相同物质相的区域具有不同灰度值，因此需要对扫描图像进行阴影校正从而保证图像分割的准确性；校正方法采用灰度处理技术对图像进行阴影校正；(5)建立纳米级泥页岩数字岩心：将处理后的二维图像叠加形成纳米级分辨率的三维泥页岩数字岩心。