含油岩心显微荧光成像光谱研究(二)

含油岩心显微荧光成像光谱研究 2．2实验装置 本文实验仪器装置是天津市九维光电科技有限公司研制的“小型显微成像光谱仪”，如图1所示【3】。CCD像素尺寸为8.6μm × 8.3μm，像素数目为752×582（40万像素）。线形可变干涉滤光片的波长范围为400 nm～700nm。滤光片透过中心波长光谱带宽平均为16.4 nm。滤光片带通中心透过波长同位置是线性关系，线色散数值是7nm/mm。装载可变干涉滤光片的微动平台通过计算机控制步进电机驱动，精度为0.01mm，程长为50mm。图象采集卡使用美国NI公司的PCI－1407黑白图象采集卡。 仪器装置中，静止图像通过镜头成像在CCD上，利用微动平台带动滤光片，扫描波段从400nm到700nm。使用计算机通过采集卡得到各步扫描图像，再由相应程序完成图像的按光谱进行拆分和重构，得到各个波长单色像【4】。 仪器装置配用的激发光源是脉冲氙灯和具有光纤输出的单色仪组成，激发波长为250 nm～550nm连续可调，由计算机自动控制。 2．3样品 实验样品是来自胜利油田石油钻井的含油岩心，见图2所示。显微镜下肉眼观察，岩样新鲜断面为暗土红色石英质粉砂岩，石英矿物颗粒分选性好，颗粒磨圆度中等到良好，矿物颗粒粒径平均为20微米，夹杂以暗黑色有机质状物为主的杂色斑点，斑点大小差异较大，形状不规则，有明显的孔隙发育。 2．4实验方案确定以及实验过程 2．4．1实验方案确定 本实验成功的技术关键是正确选择激发光单色仪的出射波长，以及探测荧光的扫描波段。 众所周知，含有不饱和共轭化学键的有机物（如石油成份中的芳香烃及其衍生物）在不同波长的激发光（以短波长的紫外可见光为主）下，发射出光谱特征不同的荧光。但是，某些无机矿物成份也会被激发出类似的荧光，这就使单纯依靠没有精细光谱分辨本领的肉眼来分辨复杂无机物中的有机物荧光在样品形貌上的分布情况变得很困难。在若干工作中只有采用萃取方法才能对石油烃进行精确的定量荧光测试【5】。 但是随着激发光波长的变化，荧光发射光谱峰的位置也产生变化，这就决定了任何一种（或一类）物质都有一个它自己特有的三维荧光谱，在确定了适当的激发波长和荧光发射波长以后，就能够利用成像光谱的方法得到两张（甚至更多张）光谱差异明显的给定探测目标（如石油荧光物质）的荧光光谱单色像，进而得到高对比度的特定探测目标空间分布特征像，达到对给定探测目标的物理状态进行无干扰分析的目的。 所以，我们广泛查阅了原油的三维荧光谱，如图3所示【6】。当激发波长范围是300纳米～430纳米时原油的荧光效率比较高，在380纳米～450纳米范围接收荧光时能量差异变化比较大。 通过对几十处原油的三维荧光光谱分析 ,发现石油与天然气都存在共性峰 ,而不同属性的油气又存在不同的特征峰，如表 1所示【7】。 表1 各种油气的三维荧光光谱特征 Table1 Three dimension fluorescence spectra feature of various oil-gas feature peak(λEx/λEm) 268/322 284/336 256/360 228/342 oil-gas attribute gas distillate condensate heavy oil general peak 表中，λＥx为激发波长 ,λＥm为荧光发射波长。随着由气到油、轻质油到重质油的变化 ,特征峰的发射波长由短波长向长波长方向移动。 结合本实验工作成像光谱仪的参数特点，我们确定了单色仪激发波长为380纳米，两个成像中心透过波长点选择为410纳米和440纳米。 2．4．2实验过程 （1）联机后，首先调节激发单色仪到380纳米； （2）将样品放到显微镜头下，并调节好镜头焦距； （3）启动步进电机，在两个预定成像波长范围内扫描，得到两个光谱重构的单色像。 （4）对两个单色像进行平面光谱差分数据处理，得到一张高空间对比度的原油空间分布图像，并进行地质分析。