[发明专利]一种页岩孔隙成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理探测技术领域，具体而言，涉及一种页岩孔隙成像方法和装置。

背景技术

近年来，页岩由于储集丰富的油气资源而受到了广泛关注，页岩油气储集孔隙结构复杂多样，以纳米级孔喉系统为主，因此如能实现页岩的微纳尺度成像，将对研究油气赋存状态、运移方式等地质问题有重大意义。传统的方法很难无损的实现页岩的微纳孔裂隙研究，即使是用X射线扫描也存在分辨率不够，信噪比低,弱吸收物体难以成像等困难,而且当物体与检测器有一定距离时,会存在严重的相位干扰问题。第三代同步辐射光的引入将在光源层面为提高分辨率提供硬件上的可能，在样品尺度缩小后随之而来的问题是如何处理相位所含的信息,常用的方法有同轴相位衬度成像(Lee,2015),基于光栅干涉的相位衬度成像(Nesterets,2008)，基于检偏器的相位衬度成像(Bravin,2003)等。

经专利检索及国内外文献调研，发现目前利用相位信息对页岩孔隙X射线投影数据进行处理的方法多采用频率域的滤波方法，该方法通过滤波函数消除相位影响，存在成像分辨率有限，且容易受局部值干扰，导致结果不稳定等问题，很难精确地实现页岩的微纳孔裂隙研究。

针对上述采用频率域滤波方法进行页岩孔隙成像的方式，成像分辨率有限，且容易受局部值干扰导致结果不稳定的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种页岩孔隙成像方法和装置，以提高成像分辨率，降低相位信息的干扰，并减小相对误差。

第一方面，本发明实施例提供了一种页岩孔隙成像方法，该方法包括：对页岩样品进行X射线扫描，得到X射线扫描的投影数据；对投影数据进行去噪校正处理；利用X射线的光强和光强传播方程TIE构造相位对于投影数据的干扰模型；对该干扰模型进行基于空间域的离散化处理，得到空间域离散化算子方程；将去噪校正处理后的投影数据作为空间域离散化算子方程的输入数据，得出相位校正投影数据，其中，相位校正投影数据为不含相位信息的所述投影数据；利用滤波反投影算法对相位校正投影数据进行处理，得到页岩样品的图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，利用X射线的光强和光强传播方程TIE构造相位对于投影数据的干扰模型包括：根据X射线的光强及页岩样品的先验信息选定相位移动吸收比，其中，该先验信息包括页岩样品主要成分的线性吸收系数和吸收边信息；对相位移动吸收比做单一性假设，得到干扰模型，其中，该干扰模型为以投影厚度为自变量的TIE连续方程，表示为：

为X射线透过页岩样品后剩余光强，其中，该剩余光强用检测器记录，Iⁱⁿ为X射线的入射光强，d为页岩样品与检测器之间的距离，δ为页岩样品的相位因子，为拉普拉斯算子,μ是页岩样品的线性吸收系数，T(r)表示页岩样品的投影厚度。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，利用X射线的光强和光强传播方程TIE构造相位对于投影数据的干扰模型还包括：

令f＝e^-μT(r)，该干扰模型在实验室有噪声的条件下通过所述检测器记录的所述剩余光强得到的观测数据表示为：

其中error为实验室噪声。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，对该干扰模型进行基于空间域的离散化处理，得到空间域离散化算子方程包括：

对中的二阶差分算子在空间域采用周围五点进行加权表达，得出该二阶差分算子的空间域离散化表达形式：

其中，i，j表示不同方向的网格点；

将干扰模型中的二阶差分算子设置成该二阶差分算子的空间域离散化表达形式，得出干扰模型的空间域离散化算子A。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，将去噪校正处理后的投影数据作为空间域离散化算子方程的输入数据，得出相位校正投影数据包括：利用正则化方法，建立吉洪诺夫正则化模型，采用迭代方法求解该空间域离散化算子方程，其中，吉洪诺夫正则化模型表示为：

其中，min表示最小化，为目标函数，f为相位校正投影数据,u表示含有相位信息的投影数据，数学符号：＝表示定义，A表示根据该干扰模型得出的空间域离散化算子，α为正则化因子(α>0)，表示l₂范数。