Avizo 软件地质学应用解决方案

页岩中的孔隙空间极其微小，通常处于微米级或纳米级尺度。为了获取具有代表性的测量区域，可采用等离子体聚焦离子束扫描电子显微镜 (PFIB-SEM) 进行切削，从而获取相较于传统电子显微镜更大体积的 3D 区域数据。 大体积、高分辨率的三维数据有助于将页岩中的有机质基质与孔隙结构清晰区分开来。

Avizo 软件可以将FIB-SEM 图像堆叠重建为三维体数据。图像处理工具可以对齐数据并去除伪影等干扰。可视化功能能够以 3D 方式展示数据，并对感兴趣区域进行彩色标注。

Avizo 软件还可以帮助进行数据分割和分析。 当图像对比度良好时，可采用阈值分割、顶帽变换以及基于标记的分水岭算法相结合的方法，对有机质基质进行分离。对于存在充电伪影或异质特征的复杂样品，可采用深度学习方法。

最终可计算出体积分数，为评估页岩地层的资源开采潜力提供依据。如图所示的页岩示例中，有机基质占样品总体积的 2.80%。

岩石成像能够构建数字孪生模型，用于表征含油气岩石及页岩中的孔隙空间几何结构和有机质分布。 由于实际样品具有显著的异质性，因此基于真实显微成像数据获取代表性基本体积尤为重要。

结合多种成像技术能够发挥不同成像系统各自的优势。 对泥页岩样品进行了高分辨率 FIB-SEM 像，并在 Avizo 软件中与同一样品对应区域的 micro-CT 数据进行了配准。 当与光学薄片等其他技术结合使用时，该方法可以实现高分辨率的孔隙和有机相测量，并可扩展到较大的视野范围。

在本研究中，通过 Avizo 软件对 FIB-SEM 数据进行分割分析发现，有机质基质占样品总体积的 16.5%，孔隙度为 4.8%。 仅依靠 micro-CT 数据无法观察到微米级和纳米级孔隙，这体现了多尺度、多模态显微成像技术在油气开采研究中的价值。

与钻取岩心对应的测井数据是评估地质构造中潜在油气产量的重要直接依据。无论是水力压裂还是传统采油作业，均有赖于岩石物理学家和地质学家对测井数据进行深入分析。

对钻取岩心进行直接研究可作为井筒传感器测井数据的重要补充。由于岩心样品十分珍贵且获取成本较高，因此通常优先采用 CT 和 MRI 等无损成像技术进行分析。CT 通常对元素对比度不敏感，但通过双能CT (DECT) 分析，Avizo 软件 可结合与样品相关的数据库信息推断材料组成。

例如，对于该岩心样品，在获取两个不同能量级别的X射线成像数据后，利用 Avizo 软件中的 DECT 方法，可推断岩心沿长度方向每毫米位置的主要岩性及其密度。由于样本珍贵且获取成本高昂，因此首选 CT 和 MRI 等无损成像技术。

碳捕集技术有望减少传统化石燃料燃烧产生的碳排放，但该技术仍面临诸多技术和实施方面的挑战。 其中一个尚未完全解决的问题是，已开采油田究竟能够储存多少物质。

在实验室环境中，研究人员可利用岩石样品模拟碳捕集过程，例如反复向样品中注入原油、水力压裂过程中使用的盐水以及高浓度二氧化碳。

通过基于 micro-CT 成像数据直接构建孔隙空间模型，研究人员能够在 Avizo 软件中真实表征油湿岩石在流体驱替过程中的孔隙充注动态行为。 通过无损成像及重复成像，研究人员获得了团簇连通性降低和残余碳储存的直接证据，而这两者均是碳捕集应用中的理想结果。

为减少工业化、碳足迹的解决方案是将捕集的部分碳以 CO₂ 的形式储存在最初用于石油开采的同一储层中。然而，仅将物质注入地下未必能够达到预期效果，因为气态 CO₂ 可能随着时间推移从储层系统中逸散。

通过结合 micro-CT 对碳酸盐岩开展驱替实验，研究人员可利用 Avizo 软件定位并测量彼此分离的流体团簇 (ganglia)，这些流体团簇有望实现 CO₂ 的长期保留。

在本研究中，研究人员识别出一个能够将非润湿相滞留于其后的屏障区域。该区域促进了非润湿相的早期断连，被认为有助于提高 CO₂ 捕集效率。此类研究对于评估该气候变化缓解技术的实际应用潜力及其局限性至关重要。

电池、半导体等现代设备依赖于稀土元素及其他矿物资源，而这些资源在地球上具有经济开采价值的矿产中并不常见。含有复合矿粒的非均质样品因可能含有可作为开采目标的痕量元素而备受关注。

为了解未知样品的组成，通常会采用多种光谱分析技术。近年来，光谱学越来越多地与光栅扫描相结合，以基于光谱方法生成图像。这些层次丰富且信息密集的图像可作为多通道数据场在 Avizo 软件中进行分析。

例如，此处展示的是对岩心塞中复杂矿粒开展的激光烧蚀激光电离飞行时间质谱 (LALI-TOF-MS) 分析。不同矿物的分布图可进行联合可视化和模式识别，从而揭示单独图像或光谱图难以发现的特征。

作为传统爆破开采或挖掘方式的替代方案，原位爆破可将矿石破碎成细小颗粒，同时在较大程度上降低地压控制相关的安全风险。随后，将浸出液施加于爆破后的矿体顶部，并在重力作用下通过管网系统进行收集。总体而言，该方法可降低某些目标资源（如低品位矿床）的开采成本。

由于爆破会形成不同粒径及粒径分布的颗粒，因此有必要研究浸出液在不同颗粒组成条件下的渗流行为。利用 micro-CT 成像和 Avizo 软件，可提取孔隙网络模型，用于测 定样品沿流体流动方向的曲线和相对渗透率。

在本示例中，对六个具有不同粒径分布的样品进行了分析，并基于 Avizo 软件生成的分割数据提取了孔隙网络模型。细颗粒含量较高会降低渗透率和连通性。

Avizo 软件提供用于处理和分析复杂 2D 和 3D 成像数据集的工具，帮助地质学家和岩石物理学家提取有关岩石结构、矿物组成和孔隙网络的定量信息，以支持地质学解读与分析。主要功能包括：

• 岩石微观结构、孔隙、裂缝和矿物相的 3D 可视化
• 孔隙度、粒径、矿物组分和连通性的定量测量。
• 利用图像处理和机器学习工具对矿物和孔隙空间进行分割
• 用于结构和流体流动研究的孔隙网络和裂缝分析
• 从薄片到岩芯尺度 CT 数据的多尺度分析
• 支持数字岩石物理和传输性质建模
• 沉积构造、变形特征和成岩构造的表征
• 可重复的工作流程，确保地质分析结果的一致性和可比性