[发明专利]页岩微米孔隙成像方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及勘探地球物理技术，尤其涉及一种页岩微米孔隙成像方法及装置。

背景技术

页岩是沉积岩的一种，主要由黏土沉积经压力和温度所形成。页岩气是蕴藏于页岩层中可供开采的天然气资源，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料。页岩气主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。中国的页岩气可采储量居世界第一。

尽管页岩气存在于页岩中非自然联通并且难以提取的小断裂中，但在过去的数十年中，页岩气勘探仍然发展迅猛。页岩的微观结构是页岩气勘探的关键问题，在勘探页岩气的过程中，必须对页岩的微观结构进行观测。

传统的基于表面的观测方法，如通过光学显微镜和扫描显微镜进行观测，是常用的能够提供物质微观结构信息的方法。然而，通过这种观测方法只能观测页岩的表面微观结构，无法观测页岩内部的3D细节信息，并且样品通常会受损，对于一些难以开采的页岩样本，并不适用。基于此，相关技术提供了一种X射线计算机断层扫描(CT)技术，并利用滤波反投影算法重构页岩内部微观结构的方法。

发明人在研究中发现，通过相关技术中的滤波反投影算法观测页岩内部微观结构，观测得到的图像具有噪声和重构伪影，具有图像不够精准的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种页岩微米孔隙成像方法及装置，能够对页岩内部进行微观成像，得到精准的页岩内部微观结构图像，缓解相关技术中通过滤波反投影方法观测页岩内部微观结构，观测得到的图像具有噪声和重构伪影的问题。

为达到上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种页岩微米孔隙成像方法，所述方法包括：采用同步辐射平行X射线束对页岩进行CT成像，得到所述页岩的成像数据；根据所述页岩的成像数据建立稀疏正则化模型；采用梯度下降算法对所述稀疏正则化模型进行求解，得到重构的所述页岩内部的微观图像。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第一种可能的实施方式，其中，通过以下公式根据所述页岩的成像数据建立稀疏正则化模型：

其中，min表示最小化，f^α(m)表示所述稀疏正则化模型，m表示重构的所述页岩内部的微观图像，数学符号:＝表示定义为，L代表离散拉顿变换，d表示所述页岩的成像数据，α表示正则化因子，表示Lm-d的l₂范数，表示m的l₁范数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面第二种可能的实施方式，其中，采用梯度下降算法对所述稀疏正则化模型进行求解，得到重构的所述页岩内部的微观图像，包括：通过以下公式确定所述稀疏正则化模型的梯度；

g(m)≈L^T(Lm-d)+αγ(m)

其中，g(m)表示所述稀疏正则化模型的梯度，L代表离散拉顿变换，m表示重构的所述页岩内部的微观图像，d表示所述页岩的成像数据，L^T表示离散拉顿变换的转置，α表示正则化因子，ε表示大于零的常量，n表示m的维数，m_n表示m的第n个分量，(m_n)^T表示m_n的转置；

通过以下公式确定所述稀疏正则化模型的海森矩阵；

H(m)≈L^TL+αχ₃(m)

其中，H(m)表示所述稀疏正则化模型的海森矩阵，L代表离散拉顿变换，L^T表示离散拉顿变换的转置，α表示正则化因子，m表示重构的所述页岩内部的微观图像，ε表示大于零的常量，n表示m的维数，m_n表示m的第n个分量，(m_n)^T表示m_n的转置，i表示介于1和n之间的常整数；

根据梯度下降算法中的非单调梯度算法通过以下公式确定迭代步长；

其中，表示所述迭代步长，k表示迭代次数，β₁和β₂均表示正实数，H表示所述海森矩阵，g表示所述梯度；

按照所述迭代步长和所述梯度采用梯度下降算法对所述稀疏正则化模型进行迭代求解，得到重构的所述页岩内部的微观图像。