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数字岩石技术让石头“活起来”
打印 2020-07-10 11:32 字体: [大] [中] [小]

遍布华夏大地的三山五岳、故宫内重达百吨的长石雕、十三陵地宫中巨大的石门与石墙、我们脚下的大理石地板、手腕上的玉镯……形形色色的石头无处不在。

“我们看到的岩石只是裸露地表的很小一部分,其作为地球上阅历最深的亿岁老人,大部分埋藏于地下记载着不同年代的地质事件。”7月5日,测井应用研究院数字岩石实验室的技术专家讲起了他们与这些石头的故事。

地下岩石的多孔性大概可以理解为类似于海绵吸水原理,其孔隙中饱含着各种有用流体--石油、天然气、水等,因此岩石作为一种多孔介质被地质学家广泛研究。

随着大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等技术飞速发展,数字化被重新定义并认识,进入“一切皆可数字化”的新时代。

数字岩石顾名思义就是岩石的数字化,离不开现代高科技数字化设备、虚拟岩石物理理论的支撑。岩石数字化后为地质学家研究岩石微观结构特征、矿物特征以及岩石物理特性可视化仿真等,开辟了新的途径,冰冷的岩石“活了起来”。

数字岩石广义上包括描述岩石各种属性的一维、二维、三维数据,狭义上指通过物理测量手段建立岩石三维仿真数据体。物理测量过程自离不开尺度、精度的问题,据统计一块直径十厘米,长度一米的圆柱岩心从纳米到米数量级数字化后需要一辆卡车装满5T硬盘来存储。因此,根据测井研究的需求选择不同尺度和测量精度来建立数字岩石。

受限于实验测量水平大多基于岩心级别建立数字岩心,公司发挥成像测井数据资源优势,建立井下米级数字岩石开展相关模拟研究。实验室岩心三维数字化手段多样,最为先进、便捷的、效率高的是CT扫描技术,类似于医学人体CT扫描观测,通过计算机层析技术实现岩心无损的、最高分辨率达纳米的数字化。

随着地质研究需要,引入聚焦离子束扫描电镜实现更高精度、更加丰富矿物信息数字岩石的建立。

数字岩石包含了岩石骨架矿物与孔隙结构的信息,通过现代计算机三维渲染技术,岩石内部结构、孔隙、矿物成分等栩栩如生、一目了然地展示出来,为地质学家、岩石物理学家提供直观可靠数据,另一方面随着数字岩石技术的推广应用,建立地下数字岩心库,实现永久、无限可重复利用,实际岩心库无法比拟。

数字岩石技术使石头“活了起来”,更重要的体现是基于数字岩石对物理过程的仿真。

将数据科学、物理学、复杂数值模拟方法相结合,实现岩石微观结构可视化,计算其几何特征参数等,实现不同物理场耦合下的特定某一物理量变化规律模拟。

例如,在石油行业中可以模拟特定压力、温度条件下不同类型流体在岩石孔隙中流动特性,数字岩石一旦建立所有岩石物理实验均可模拟,而且缩短实验周期,减少实验费用,整个模拟过程实时可视,枯燥无味的物理实验过程,变的有趣生动。

(赵建斌)

2020-07-10 来源: 责任编辑: