X射线计算机断层扫描测定沉积物中水合物微观分布.pdf

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1、光电子·激光第２４卷第３期２０１３年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ·ＬａｓｅｒＶｏｌ．２４Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ２０１３Ｘ射线计算机断层扫描测定沉积物中水合物微观分布李承峰１，２，胡高伟１，业渝光１，刘昌岭１＊，程军３，张立凯４，郑荣儿２（１．国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛２６６０７１；２．中国海洋大学光学光电子实验室，山东青岛２６６１００；３．华东理工大学机械与动力工程学院，上海２００２３７；４．通用电气检测控制技术，上海２０１２０３）摘要：建立了利用Ｘ射线计算机断层

2、成像（Ｘ－ＣＴ，Ｘ－ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）研究天然气水合物在沉积物空隙中填充过程和赋存状况的测试系统。针对数据图像中水和水合物灰度相近不易区分的难题，采用提高密度差和添加标定物的方法对其进行改善。通过重建的二维和三维影像，可清晰地观察到自由气、沉积物、水和水合物的微观分布状态。在自行研制的可控温高压反应装置内合成ＣＨ４水合物，并对其生长过程进行了跟踪扫描。反应过程前后图像数据的对比表明，水合物最初主要在沉积物颗粒表面与气液界面处生长，随后逐渐占据大部分液相空间，最终连同所有的沉积物颗粒胶

3、结在一起。实验结果证明，高精度Ｘ－ＣＴ应用于含水合物的沉积物样品内部结构测试以及水合物在沉积物空隙中的动力学机理研究是可行且有效的。关键词：Ｘ射线光学；微观分布；标定物；ＣＨ４水合物；生长过程中图分类号：ＴＮ２４７文献标识码：Ａ文章编号：１００５－００８６（２０１３）０３－０５５１－０７ＭｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇａｓｈｙｄｒａｔｅｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙＸ－ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ１，２，ＨＵＧａｏ－ｗｅｉ１，ＹＥＹｕ－ｇｕａｎｇ１，ＬＩ

4、ＵＣｈａｎｇ－ｌｉｎｇ１，ＣＨＥＮＧＪｕｎ３，ＬＩＣｈｅｎｇ－ｆｅｎｇ４，ＺＨＥＮＧＲｏｎｇ－ｅｒ２ＺＨＡＮＧＬｉ－ｋａｉ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｒｉｎｅＨｙｄｒｏｃａｒｂｏｎＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＧｅｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＬａｎｄａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｐｔｉｃｓａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１００，Ｃ

5、ｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ；４．ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇａｓｈｙｄｒａｔｅ′ｓｆｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｖｏｉｄｓｏｆｓ

6、ｅｄｉｍｅｎｔｓａｒｅｏｂ－ｓｅｒｖｅｄｂｙＸ－ｒａｙｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（Ｘ－ＣＴ）ｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｅｗｔｅｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｉ－ｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒａｔｅｆｒｏｍｔｈｅｄａｔａｉｍａｇｅｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｃｏｎｔｒａｓｔｂｅｔｗｅｅｎｈｙｄｒａｔｅａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｏｒａｄｄｉｎｇａｈｙ

7、ｄｒａｔｅｇｒａｉｎａｓｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔ，ａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄａｃｈｉｅｖｅｇｏｏｄｒｅｓｕｌｔｓ．Ｂｙｔｈｅ２Ｄａｎｄ３ＤｉｍａｇｅｓｏｆＸ－ＣＴｓｃａｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｆｒｅｅｇａｓ，ｓｅｄｉｍｅｎｔ，ｗａｔｅｒａｎｄｈｙｄｒａｔｅｃｏｕｌｄｂｅｃｌｅａｒｌｙｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ａｒ－ｔｉｆｉｃｉａｌＣＨ４ｈｙｄｒａｔｅｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｈｉｇｈ－ｐｒｅ

8、ｓｓｕｒｅｒｅａｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｒｅｃｏｒｄｅｄｔｉｍｅｌｙ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｉｍａｇｅｄａｔａｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｈｙｄｒａｔｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｈｙ－ｄｒａｔｅｆｉｒｓｔｌｙｅｍｅｒｇｅｓｉｎｓｅｄｉｍｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｅｎｇｒａｄｕａｌｌｙｏｃｃｕｐｉｅｓ