塑 Ｕ２２Ⅲ３ｇ Ｕ１Ｍ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６５３５．２０１６．０１．０２９ 基于微焦Ｘ－ＣＴ的碳酸盐岩孑Ｌ隙结构精细表征 赵新伟 ，许红 （１．中国地质大学，北京１０００８３；２．国土资源部青岛海洋地质研究所，山东青岛２６６０７１） 摘要：利用微焦ｘ～ＣＴ射线层析扫描技术，从精细化、定量化和无损化角度，对西沙海域中新统 碳酸盐岩样品的孔隙结构和微观非均质性进行了精细表征。碳酸盐岩样品的三元组构中，孔 隙、基质和矿物分别具有不同的ＣＴ值分布范围，通常孔隙的ＣＴ值均小于一７０ｏ ＨＵ。阈值分割 提取二值化图像确定了各切片的平均孔隙度变化，定量表征了岩石微观非均质性特征，其中处 于同一沉积相的ＸＹ－１、ＸＹ一２和ＸＹ－３样品的平均孔隙度大小和变化趋势各不相同，表明３ 块样品的非均质性较其他样品更严重。三维重构后计算的孔隙度略大于传统压汞法测得的结 果，两者之间具有很好的相关性。建立了三维表面模型和立体模型，清晰地识别出碳酸盐岩样 品中孔隙、基质和矿物的空间分布形态及其相互连通性。该技术为评估样品非均质性提供了 新的方法，也为估算渗透率和储层潜力提供了新思路。 关键词：微焦ｘ—ＣＴ；微观非均质性；孔隙结构；三维重构；碳酸盐岩；南海西沙海域 中图分类号：ＴＥｌ３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６５３５（２０１６）０１—０１２７－０５ ０引言 较高的三维图像和数据，基于阈值分割图像处理方 法实现了孔隙大小和孔径分布的定量分析。样品各 碳酸盐岩是全球最重要的油气储层，其油气储 组分的三维可视化为精确表征碳酸盐岩储层孔隙结 量约占世界油气储量的６０％…。目前对碳酸盐岩 构提供了一种新思路和新方法。 孔隙结构描述方法主要包括２类：一类是光学显微 １材料和方法 镜和电子显微镜，用来分析孔隙特征；另一类是传 统的压汞法和氮气吸附法，主要测试孔隙度等参 １．１样品特征 数ｌ２ Ｊ。这些方法已经为人们熟悉并长期使用，但 都有一定的局限性，如显微镜仅能观察孔隙的二维 研究样品均取自西沙海域中新统宣德组钻井 信息，无法展示孔隙的空间三维分布特征；压汞法可 岩心，普遍发生了白云化作用，原生孔隙的形态和 测量孔隙度、孔径等参数，但仅适用于相互连通孔 结构经历较大改造，形成大量次生孔隙，包括溶蚀 隙，对孔隙尺寸范围也有限制 Ｊ。此外，传统方法都 孔、铸模孔和晶问孔。主要对５块样品进行了扫描 测试，样品直径为５～５０ ｍｍ，深度为４００～５４６ ｍ， 有一个共同缺点，即在制备样品过程中会破坏岩石 形成环境主要有礁格架相、礁坪和渴湖相等。此 的原生孔隙，产生一些人为孔隙，带来较大误差。微 外，对样品进行压汞测试获得了样品的孔渗性数 焦Ｘ－ＣＴ射线层析扫描技术是近些年发展起来的一 据，其中孔隙度大小为１５．５０％～２６．８０％，平均为 种利用ｘ射线对岩石进行扫描成像，进而三维重构 １９．２４％，渗透率为３６￣１０一～６５８ｘ１０一 ｍ ，孔渗性 出孔隙空间展布特征的分析技术，其以快速、无损和 较好，易形成良好的储层。 三维显示为特征，可弥补传统方法的不足‘５ Ｊ。应用 微焦Ｘ－ＣＴ射线层析扫描技术对南海西沙海域部分 １．２实验设置与原理 碳酸盐岩样品进行了扫描成像，获得了大量分辨率 实验用ＣＴ扫描系统是中科院高能物理所与 收稿日期：２０１５０８１７；改回日期：２０１５１１２８ 基金项目：国家自然科学基金“华北地台寒武纪碳酸盐岩生物丘的分布成因特征研究”（４１４７２０９０，４０４７２０６５） 作者简介：赵新伟（１９８７一），男，２０１１年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业，现为中国地质大学（北京）矿产普查与勘探专业在读博士研究生 主要从事碳酸盐岩沉积学和储层地质学研究。 第１期 赵新伟等：基于微焦ｘ—ＣＴ的碳酸盐岩孔隙结构精细表征 １３ｌ 通性好，而直径较小的孔隙不连通，多呈孤立状分 布。 ３讨论 通过ｘ—ｃＴ扫描所得衰减系数和灰度图像的 ＣＴ值可很好地展示不同沉积环境中的岩心孔隙结 构特征，灰度图像的ＣＴ值可用于识别孔隙、矿物 和基质３种物质，对灰度图像进行阈值分割能计算 出切片平均面孔率，分析切片的平均面孔率变化可 揭示岩心内部的微观非均质性特征，这些都较传统 方法有很大进步。但微焦Ｘ—ＣＴ技术也具有一定 的局限性，首先，在三维重构时，图像阈值分割是关 键，分割结果会影响到随后的处理。例如在利用 ＣＴ值识别裂缝时，如果裂缝后期被水、矿物或者烃 类充填，导致裂缝边界的ＣＴ值与充填物的ＣＴ值 重叠，很难通过ＣＴ值分布来确定裂缝；其次，相对 于扫描电镜，微焦ｘ—ＣＴ在量化方面分辨率偏低 （研究中为５～７０ ｍ），且并不能对孔隙类型特别 是晶问孔隙进行有效的区分。因此，结合扫描电镜 方法可更好的对样品中的孔隙、裂缝和矿物质进行 精细表征。 ４结论 （１）碳酸盐岩样品的三元结构中，孔隙、基质 和矿物颗粒分别具有不同的ＣＴ值分布区问，孔隙 的ＣＴ值通常小于一７００ ＨＵ，基质的ＣＴ值为－２００～ ６００ ＨＵ，而矿物颗粒的ＣＴ值则大于１ ５００ ＨＵ。 （２）分析各扫描切片的平均孔隙度变化可定 量阐释样品的微观非均质性，为评估样品非均质性 提供了新的视角，也为估算渗透率和储层潜力提供 了新角度。 参考文献： ［１］罗平，张静，等．中国海相碳酸盐岩油气储层基本特征 ［Ｊ］．地学前缘，２００８，１５（１）：３６—５０． ［２］姚艳斌，刘大锰，蔡益栋，等．基于ＮＭＲ和ｘ—ｃＴ的煤 的孔裂隙精细定量表征［Ｊ］．中国科学：地球科学， ２０１０，１５（１１）：１５９８－１６０７． ［３］赵永刚，赵明华，赵永鹏，等．一种分析碳酸盐岩孔隙 系统数字图像的新方法［Ｊ］．天然气工业，２００６，２６ （１２）：７５—７８． ［４］白斌，朱如凯，吴松涛，等．利用多尺度ｃＴ成像表征致 密砂岩微观孔喉结构［Ｊ］．石油勘探与开发，２０１３，４０ （３）：３２９—３３３． ［５］ＣＮＵＤＤＥ Ｖ，ＢＯＯＮＥ Ｍ Ｎ．Ｈｉｇｈ—ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｘ—ｒａｙ ｃｏｎ— ｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅａｒｔｈ－Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｖｉｅｗｓ， ２０１３，１２３（４）：１—１７． ［６］ＧＥＩＧＥＲ Ｊ，ＨＵＮＹＡＤＦＡＬＶＩ Ｚ，ＢＯＧＮＥＲ Ｐ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ—。ｓｃａｌｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ ｉｎｃｌａｓｔｉｃｒｏｃｋｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔ— ｅｉｒｚｅｄ Ｘ—ｒａｙ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ｃＴ）［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏ— ｇＹ，２００９，１０３（３）：１１２—１１８． ［７］彭瑞东，杨彦从，鞠杨，等．基于灰度ｃＴ图像的岩石孔 隙分形维数计算［Ｊ］．科学通报，２０１１，６２（２６）：２２５６— ２２６６． ［８］ＩＯＶＥＡ Ｍ，ＯＡＩＥ Ｇ，ＲＩＣＭＡＮ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｄｕａｌ—ｅｎｅｒｇｙ Ｘ— ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｘｉａｌ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｄｉｉｇｔｌａ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ— ｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｒｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｏｂｊｅｃｔｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，２００９，１０３（３）：１１９—１２６． ［９］ＢＥＣＫＥＲＳ Ｅ，ＰＬＯＵＧＯＮＶＥＮ Ｅ，ＲＯＩＳＩＮ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｘ—ｒａｙ ｍｉｃｒｏｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ａ ｐｏｒｏｓｉｔｙ—ｂａｓｅｄ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｐｏｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ？［Ｊ］ ．Ｇｅｏｄｅｒｍａ，２０１４（２１９—２２０）：１４５—１５４． ［１０］王家禄，高建，刘莉．应用ｃＴ技术研究岩石孔隙变化 特征［Ｊ］．石油学报，２００９，３０（６）：８８７－８９３． ［１１］ＯＬＩＶＥＩＲＡ Ｍ Ｆ，ＬＩＭＡ Ｉ，ＢＯＲＧＨＩ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｘ—ｒａｙ ｍｉｃ— ｒｏｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｏｒｅ ｓｐａｃｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｒｏｃｋ［Ｊ］ ．Ａｐｐｌ Ｒａｄｉａｔ Ｉｓｏｔ，２０１２，７０（７）：１３７６—１３７８． 编辑王昱