一种岩石微观表面粗糙度确定方法、设备、介质及终端

1.本发明属于岩石特征测量技术领域，尤其涉及一种岩石微观表面粗糙度确定方法、设备、介质及终端。


背景技术：

2.目前，岩石微观表面粗糙度是表征颗粒微观接触关系及其表面形貌的一项重要指标，定义为岩石表面轮廓线上具有的较小间距和峰谷组成的微观几何形状，受沉积成岩时期外界因素及颗粒自身的物理化学性质所控制。然而，岩石的表面为复杂的曲面，通过现有的仪器和技术手段很难定量表征其微观形貌特征。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术没有对岩石微观表面粗糙度进行定量测量的方法；现有的测量方法测量结果不准确，误差较大。本技术提出一种岩石结构面粗糙度精细化表征与评价方法，实现了岩石结构面形貌数据的快速获取与结构面粗糙度系数的定量评价，可为全面获取和准确评价岩石结构面粗糙度提供参考。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种岩石微观表面粗糙度确定方法、设备、介质及终端。
5.本发明是这样实现的，一种岩石微观表面粗糙度确定方法，所述岩石微观表面粗糙度确定方法包括：
6.基于扫描电镜微观图像，利用多尺度多视域拼接技术，结合数值像素面积法，将图像3d化处理，定量刻画岩石微观表面粗糙度。
7.进一步，所述岩石微观表面粗糙度确定方法包括以下步骤：
8.步骤一，利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像；并利用多尺度多视域拼接技术将扫描电镜图片进行拼接，得到一个能全部反映岩石微观结构信息的大尺度视域图片；
9.步骤二，imagej图像处理方法对拼接后的图像进行处理；
10.步骤三，将处理后的图像进行三维化处理，得到岩石表面三维图像；基于得到的岩石表面三维图像计算岩石的微观表面粗糙起伏程度；
11.步骤四，计算岩石微观表面粗糙轮廓指数。
12.进一步，所述步骤一中，利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像包括：利用多尺度多视域的扫描电镜获取岩石表面的首尾相接的64张扫描电镜图像。
13.进一步，所述步骤三中，岩石表面三维图像xy方向利用图像的像素表示，z方向利用阈值表示。
14.进一步，所述步骤三中，基于得到的岩石表面三维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏包括：
15.固定三维图像的y轴，取三维图像的xz二维图像计算岩石的微观表面粗糙起伏。
16.进一步，所述步骤四中，计算岩石微观表面粗糙度包括：
17.利用下式计算岩石微观表面粗糙度ra：
[0018][0019]
其中，n表示像素点的个数；yi表示第i个点的轮廓偏距。
[0020]
进一步，所述岩石微观表面粗糙度确定方法还包括：固定岩石表面三维图像的x轴或y轴得到岩石表面二维形貌曲线。
[0021]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。
[0022]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。
[0023]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法。
[0024]
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0025]
本发明借鉴材料科学和物理学中岩石微观结构表征方法和手段，基于扫描电镜微观图像，考虑数值像素面积法，将图片3d化，定量刻画颗粒间的接触面积率和粗糙度。本发明的测量结果准确、误差小。
[0026]
本发明准确的测量了岩石表明粗糙度，能够作为评价页岩脆性的关键参数。
[0027]
本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：传统的岩石表面粗糙度分析方法需在图像拍摄采集时考虑到设备能否适应井下的复杂环境因素，如粉尘、潮湿、及的电磁环境的影响。对于拍摄时的光照强度、距离、角度、图像尺寸等都有较高要求，因此传统手段采集到的可用的图像数量少、质量差。与传统方法相比，该方法简便快捷，计算准确度高，从微观尺度上刻画页岩样品的表面粗糙度。
附图说明
[0028]
图1是本发明实施例提供的岩石微观表面粗糙度确定方法流程图；
[0029]
图2是本发明实施例提供的页岩#s1#9fe-sem二维图片3d化微观表面结构示意图；
[0030]
图3是本发明实施例提供的表面粗糙度参数计算示意图；
[0031]
图4是本发明实施例提供的页岩#s1 fe-sem二维微观表面示意图；
[0032]
图5是本发明实施例提供的鄂尔多斯长7段页岩三维颗粒表面粗糙度示意图；(a)是本发明实施例提供的样品#s1三维颗粒表面粗糙度示意图；(b)是本发明实施例提供的样品#s2三维颗粒表面粗糙度示意图；(c)是本发明实施例提供的样品#s3三维颗粒表面粗糙度示意图；(d)是本发明实施例提供的样品#s4三维颗粒表面粗糙度示意图。
[0033]
图6是本发明实施例提供的鄂尔多斯长7段页岩颗粒表面粗糙度分布柱状图；(a)是本发明实施例提供的样品#s11三维颗粒表面粗糙度分布柱状图；(b)是本发明实施例提供的样品#s2三维颗粒表面粗糙度分布柱状图；(c)是本发明实施例提供的样品#s3三维颗
粒表面粗糙度分布柱状图；(d)是本发明实施例提供的样品#s4三维颗粒表面粗糙度分布柱状图。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]
为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
[0036]
如图1所示，本发明实施例提供的岩石微观表面粗糙度确定方法包括以下步骤：
[0037]
s101，利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像；利用多尺度多视域的扫描电镜获取岩石表面的首尾相接的64张扫描电镜图像，得到一个能全部反映页岩微观结构信息的大尺度视域图片；
[0038]
s102，并利用imagej图像处理方法对采集的图像进行阈值处理，得到岩石表面三维图像；
[0039]
s103；基于得到的岩石表面三维图像，基于糙轮廓指数公式，计算岩石微观表面粗糙程度；
[0040]
本发明实施例提供的岩石表面三维图像xy方向利用图像的像素表示，z方向利用阈值表示。
[0041]
本发明实施例提供的基于得到的岩石表面三维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏包括：
[0042]
固定三维图像的y轴，取三维图像的xz二维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏。
[0043]
本发明实施例提供的计算岩石微观表面粗糙度包括：
[0044]
利用下式计算岩石微观表面粗糙度ra：
[0045][0046]
其中，n表示像素点的个数；yi表示第i个点的轮廓偏距。
[0047]
本发明实施例提供的岩石微观表面粗糙度确定方法还包括：固定岩石表面三维图像的x轴或y轴得到岩石表面二维形貌曲线。
[0048]
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0049]
1.1粗糙度和接触面积率定量表征技术
[0050]
(1)微观表面粗糙度
[0051]
岩石的表面为复杂的曲面，通过现有的仪器和技术手段很难定量测量，本发明借鉴材料科学和物理学中微观结构的研究方法和手段，基于扫描电镜微观图像，考虑数值像素面积法，将图片3d化，定量刻画岩石微观粗糙度。
[0052]
岩石微观表面粗糙度是表征颗粒微观接触关系及其表面形貌的一项重要指标，定义为细粒沉积岩表面轮廓线上具有的较小间距和峰谷组成的微观几何形状，受沉积成岩时期外界因素及颗粒自身的物理化学性质所控制。细粒沉积岩微观表面粗糙度在宏观上影响
着岩石层面的固结程度及其力学性质，因此，表面粗糙度可作为评价页岩脆性的关键参数。
[0053]
岩石表面粗糙度定量研究借助了场发射扫描电镜图像采集技术及imagej图像处理技术。fe-sem图像中灰度定义了图像的深浅，像素定义了图像的大小，灰度由阈值控制(0～255)，随着阈值的减小，亮度由浅变深。图2中的a中显示孔隙在最底层时颜色最深，阈值最小，孔隙开口处，深色较浅，阈值最大。因此，将图片三维化，xy方向由图像的像素表示，z方向由阈值表示(0～255)，如图2中的b所示。固定y轴，取三维图像的xz二维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏示意图，见图2中的c。
[0054]
借助多尺度多视域的扫描电镜技术，基于首尾相接的64张(8
×
8)扫描电镜图片计算微观表面粗糙度。表征粗糙度的量化指标很多，目前常用的可分为三类：轮廓算术平均差(ra)、轮廓最大高度(ry)和微观不平度十点高度(rz)。其中运用最广泛的为轮廓算术平均差，值越大，表面越粗糙，反之则越光滑。轮廓算术平均差ra是指在单位取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值，统计上的涵义为一阶原点的绝对矩。轮廓算术平均差可以在一定程度上反映轮廓高度相对中线的离散程度，如图3所示。
[0055]
根据最小二乘法确定基准线的位置(x轴)，即各点距离基准线距离的平方和最小，具体公式如下：
[0056][0057]
式中，n为像素点的个数；yi为第i个点的轮廓偏距。在本发明中，将z轴的阈值均一化，因此颗粒的粗糙度在[0,1]间变化，数值越大，代表颗粒越粗糙。为了更清晰的观察到颗粒表面的粗糙度，固定x轴或y轴可观察到二维形貌曲线，图4为页岩#s1二维微观形貌曲线示意图。
[0058]
1.2细颗粒表面粗糙度特征
[0059]
选取四块典型的样品进行统计分析，每块页岩样品选取5个全尺度拼接的照片进行表征计算，每张照片统计点数大于80,000个像素点，具体部分数据值见表1。绘制典型样品概率分布模型图(图5)，结果显示细粒岩的ra接近weibull分布(图6)。
[0060]
表1鄂尔多斯长7段页岩样品#s11表面粗糙度ra的测量值
[0061]
[0062][0063]
表2鄂尔多斯长7段页岩样品#s2表面粗糙度ra的测量值
[0064][0065]
表3鄂尔多斯长7段页岩样品#s3表面粗糙度ra的测量值
[0066][0067][0068]
表4鄂尔多斯长7段页岩样品#s4表面粗糙度ra的测量值
[0069][0070]
基于上述分析，分别计算了研究区20个页岩典型样品的微观表面粗糙度，结果显示微观表面粗糙度在0.097～0.627之间变化，样品粗糙度差距较大。
[0071]
为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
[0072]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。
[0073]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。
[0074]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于执行所述岩石微观表面粗糙度确定方法。
[0075]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模
集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0076]
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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述岩石微观表面粗糙度确定方法包括：利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像，利用多尺度多视域的扫描电镜获取岩石表面的首尾相接的64张扫描电镜图像，得到一个能全部反映页岩微观结构信息的大尺度视域图片；基于imagej图像处理方法对采集的图像进行处理；将处理后的图像进行三维化处理，得到岩石表面三维图像；基于得到的岩石表面三维图像借助粗糙度轮廓指数计算岩石的微观表面粗糙度。2.如权利要求1所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述岩石微观表面粗糙度确定方法包括以下步骤：步骤一，利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像；并利用多尺度多视域拼接技术将扫描电镜图片进行拼接，得到一个能全部反映岩石微观结构信息的大尺度视域图片；步骤二，imagej图像处理方法对拼接后的图像进行处理；步骤三，将处理后的图像进行三维化处理，得到岩石表面三维图像；基于得到的岩石表面三维图像计算岩石的微观表面粗糙起伏程度；步骤四，计算岩石微观表面粗糙轮廓指数。3.如权利要求2所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述步骤一中，利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像包括：利用多尺度多视域的扫描电镜获取岩石表面的首尾相接的64张扫描电镜图像。4.如权利要求2所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述步骤二中，岩石表面三维图像xy方向利用图像的像素表示，z方向利用阈值表示。5.如权利要求2所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述步骤二中，基于得到的岩石表面三维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏包括：固定三维图像的y轴，取三维图像的xz二维图像计算细粒沉积岩的微观表面粗糙起伏。6.如权利要求2所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述步骤三中，计算岩石微观表面粗糙度包括：利用下式计算岩石微观表面粗糙度r
a
：其中，n表示像素点的个数；y
i
表示第i个点的轮廓偏距。7.如权利要求2所述岩石微观表面粗糙度确定方法，其特征在于，所述岩石微观表面粗糙度确定方法还包括：固定岩石表面三维图像的x轴或y轴得到岩石表面二维形貌曲线。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任意一项所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7任意一项所述岩石微观表面粗糙度确定方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于执行如权利要求
1-7任意一项所述岩石微观表面粗糙度确定方法。

技术总结
本发明属于岩石颗粒测量技术领域，公开了一种岩石微观表面粗糙度确定方法、设备、介质及终端，包括：利用场发射扫描电镜图像采集方法获取岩石表面的图像，利用多尺度多视域的扫描电镜获取岩石表面的首尾相接的64张扫描电镜图像，得到一个能全部反映页岩微观结构信息的大尺度视域图片；基于ImageJ图像处理方法对采集的图像进行处理；将处理后的图像进行三维化处理，得到岩石表面三维图像；基于得到的岩石表面三维图像借助粗糙度轮廓指数计算岩石的微观表面粗糙度。本发明基于扫描电镜微观图像，考虑数值像素面积法，将图片3D化，定量刻画岩石微观表面粗糙度。本发明准确的测量了岩石表面粗糙度，能够作为评价页岩脆性的关键参数。数。数。


技术研发人员：解馨慧 邓虎成 李瑞雪 毛金昕
受保护的技术使用者：成都理工大学
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/15