含油岩心显微荧光成像光谱研究(一)

含油岩心显微荧光成像光谱研究 摘要：本文发展了一种显微荧光光谱成像技术，并将其应用于天然岩心进行显微荧光成像光谱研究。利用这种技术同时采集含油岩心表面的荧光光谱信息和空间信息，并对获得的光谱像给予光谱学和地质学解释。结果表明，不但能显示岩心形貌和组分的大致趋势，而且能揭示其精细细节，为石油地质研究提供了一种新的研究方法，为今后的石油勘探开发工作提供了一个先进的技术指导手段。 关键词：含油岩心；显微镜；成像光谱；荧光 中图分类号：P583；O657.34 文献标识码：A 1引言 地层的岩性和物性是石油工作者非常关注的两个问题。通过岩屑录井和钻井取心可获得这方面的直接信息。通常的岩心物性实验是对岩心宏观小体积取统计平均值的结果，虽然能获得岩心孔隙度、渗透率和含油饱和度等参量，但这种物性分析对岩心孔隙结构、孔隙分布和表面形貌毫无反映，而岩性描述也只是对岩石矿物类型、胶结物类型、胶结程度等性质的笼统的定性描述。 常规岩矿鉴定与显微荧光观察相结合，在不破坏原岩结构状态的情况下，对烃类与岩心组构的同时观察，可直接地揭示岩心中石油烃类分布与岩心结构、构造、缝隙的关系。通常的显微荧光技术对岩心荧光特性的目视观察内容是发光的部位和亮度。对荧光的光谱分辨率过低，仅限于人的色觉对颜色的区分，对烃类不同成分的分析和排除干扰方面具有很大的局限性。近年来发展起来的油样三维荧光光谱分析方法对油样的定性和定量化分析是一种较为有效的鉴别方法，但这种方法却完全丢失了岩心的化学成分和物理状态在空间分布上的信息。 光学成像技术和光谱技术是光电技术中的两个历史悠久并应用广泛的重要领域。长期以来，它们沿着各自的道路发展，虽然它们都是接受来自目标的光辐射，但光学成像器获取目标的影像光强信息，追求高空间分辨率，而光谱仪器则把目标的光辐射分离成不同波长的光谱，追求高光谱分辨率。新发展起来的光谱成像分析系统【1】将光谱技术与成像技术有机地融为一体，可在光谱和空间两个方面对样品目标进行分析和识别。普通的光学成像积分涵盖了其接受器的整个光谱响应，而光谱成像（直接成像法）可以一次仅记录一个窄的波长范围的影像信息。普通的光谱分析积分涵盖了光谱仪的整个视场角所有像元的光谱，而光谱成像（间接成像法）可以在空间上逐点扫描进行光谱分析【2】。由此可见，光谱成像方法的核心是样品目标光辐射的空间信息和光谱信息的集成。样品目标的光谱与其化学组分紧密相关，所以有时称光谱成像为化学成像。光谱成像不仅提供样品目标的化学成分的空间分布，而且还提供了物质的结构、键力和物性参量等的空间分布，所以它的应用极其广泛，从大至天体小至细胞核，特别在矿物学和岩石学方面，对天然和合成样品的化学成分和矿物相的确认，结晶多形体，矿物包裹体，矿物学相图的相结构，相变等研究等方面均有重要意义。 本文工作发展了一种显微荧光光谱成像技术，并对胜利油田天然岩心进行了显微荧光成像光谱研究。它同时采集含油岩心表面的荧光光谱信息和空间信息，不但能显示岩心形貌和组分的大致趋势，而且能揭露其精细细节。 2．实验 本实验的研究目的是结合样品的形貌分布特征研究进行石油烃类的光谱特征研究，为石油地质研究提供一种新的研究方法，为今后的石油勘探开发工作提供一个先进的技术指导手段。 2．1原理 光谱成像方法在成像方式上基本上可以分成两大类，即直接（平行）成像（imaging）方法和间接（串行）成像（mapping）方法。直接成像是将整个样品的某一波长单色光直接产生完整的二维单色像，并顺序地改变光波长，则得到一系列单色像，即形成光谱立方体（spectral cube），它必须使用一个二维的接收器，如CCD二维光电阵列接收器，并需要光谱重构。间接成像是每次对视场角内的一个点或一条线的光同时获得整个光谱范围的光谱，并顺序地进行逐点扫描或逐行推扫，即形成像立方体（image cube），它可以用单元探测器，但需要图像重构。光谱成像在分光（光谱）方式上基本上也可以分成两大类，即空间色散型和非空间色散型。前者在空间上形成一个光谱的实像，如光谱仪或单色仪；而后者在空间上不存在一个实的光谱像，如干涉滤光片，时间或空间调制干涉仪，以及编码技术等。