用于获取岩石裂缝信息的方法和装置与流程

本公开涉及岩石物理领域，更具体地，涉及一种用于获取岩石裂缝信息的方法和装置。

背景技术：

岩石裂缝信息(例如裂缝密度等)是进行岩石物理数值模拟研究所需的重要参数。目前关于裂缝密度等的获取，主要是基于对岩石样本的表面观察和对野外地层露头的观察。据此得到的裂缝密度等数据通常只能反映较大尺度(例如肉眼可见)的裂缝，信息的准确性和全面性都有所欠缺。

发明人经过研究发现，为了更有效率地实现勘探能源和资源、了解地球内部构造与运动、实现地质灾害的预防和减灾等目的，获取更为准确全面的岩石裂缝信息是很有必要的。

技术实现要素：

本公开介绍了一种能获取准确的岩石裂缝信息的方法。本公开还介绍了相应的装置。

根据本公开的一方面，提出了一种可用于获取岩石裂缝信息的方法。该方法可包括：可获取岩石内部的三维图像；可将所述三维图像划分为多个图像子体；可识别所述多个图像子体中每个图像子体中的裂缝；以及可按原次序组合所述多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。

根据本公开的另一方面，提出了一种用于获取岩石裂缝信息的装置，该装置可包括：三维图像获取部件，可用于获取岩石内部的三维图像；图像划分部件，可用于将所述三维图像划分为多个图像子体；子体裂缝识别部件， 可识别所述多个图像子体中每个图像子体中的裂缝；以及裂缝分析部件，可按原次序组合所述多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。

可通过CT扫描获得岩石内部的多个投影图像，然后基于这些投影图像得到岩石内部的三维图像。

识别每个图像子体中的裂缝时，可基于孔隙的形状特征(例如纵横比)等来识别其中哪些孔隙可构成裂缝。孔隙可与像素值在预定像素范围内的像素相对应。

按原次序组合(例如，拼接)多个图像子体后，可根据一定的准则进行裂缝合并。例如，将已识别的裂缝中延伸方向一致并且连接在一起的多条裂缝重新识别为一条裂缝。还可基于重新识别后的裂缝进一步得到预定义方向上的裂缝密度等信息。

通过上述技术方案，可将岩石内部的三维图像分为多个图像子体，逐个分析每个子体的裂缝情况，然后对组合后的整个三维图像进行进一步的裂缝分析，以得到准确全面的岩石内部的裂缝信息。特别地，在本公开中，可以通过对岩石进行CT扫描得到多个投影图像，并基于这些投影图像进行图像重构以得到能反映岩石内部情况的三维图像。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性计算机系统/服务器12的框图。

图2是根据本公开的一个实施例的用于获取岩石裂缝信息的方法的流程图。

图3是根据本公开的一个实施例得到的岩石内部的三维图像的不同方向 的截图。

图4是根据本公开的一个实施例的用于获取岩石裂缝信息的装置的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了适于用来实现本公开实施方式的示例性计算机系统/服务器12的框图。图2显示的计算机系统/服务器12仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图2所示，计算机系统/服务器12以通用计算设备的形式表现。计算机系统/服务器12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。

总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。

计算机系统/服务器12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机系统/服务器12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机系统/服务器12 可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图2未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图2中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM,DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本公开各实施例的功能。

具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括——但不限于——操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本公开所描述的实施例中的功能和/或方法。

计算机系统/服务器12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机系统/服务器12交互的设备通信，和/或与使得该计算机系统/服务器12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机系统/服务器12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器20通过总线18与计算机系统/服务器12的其它模块通信。应当明白，尽管图2中未示出，可以结合计算机系统/服务器12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

本公开公开了一种可用于获取岩石裂缝信息的方法。该方法可包括：可 获取岩石内部的三维图像；可将所述三维图像按照预定方向划分为多个图像子体；可识别所述多个图像子体中每个图像子体中的裂缝；以及可按原次序组合所述多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。

实施例1

图2是根据本公开的一个实施例的用于获取岩石裂缝信息的方法的流程图。在该实施例中，该方法可包括以下步骤：

步骤S201，可获取岩石内部的三维图像。

例如，可对岩石进行CT扫描以得到岩石内部的多个投影图像，然后基于该多个投影图像进行三维重构，以得到岩石内部的三维图像。

通过CT扫描可在对岩石无损的情况下测量岩石内部的断面以得到投影图像，投影图像中的像素值可反映断面材质的密度分布等信息。可将这些投影图像导入已有的CT三维图像重构软件(例如VGstudio)等，以得到岩石内部的三维图像。直接得到的三维图像可以是三维灰度图像，可根据需求将其转换为三维二值图像。

本领域技术人员也可以通过已知或将获知的任意技术手段来获取岩石内部的三维图像。

步骤S202，将获取的三维图像划分为多个图像子体。

发明人经过研究发现，如果一开始直接将获取的整个三维图像作为对象进行裂缝识别，则需要处理大量的冗余数据，最终的结果会受到非常多的干扰数据的影响，计算量庞大且影响准确性。因此，发明人将获取的三维图像划分为多个图像子体并分别对其进行初始处理，可大大提高计算效率，还可提高计算准确度。

例如，可按照预定方向(例如垂直于岩石样品地面的方向)将获取的三维图像划分为多个图像子体。

步骤S203，可识别多个图像子体中每个图像子体中的裂缝。

例如，可基于图像子体中的孔隙的纵横比来识别裂缝，例如，可将纵横 比大于预定纵横比阈值的孔隙识别为裂缝。纵横比指孔隙的长度和宽度之比，通常从一定角度观测时孔隙可被视为椭圆，这种情况下孔隙的“纵横比”可指孔隙的长轴与孔隙短轴之比。

孔隙可与像素值在预定像素范围内的像素相对应。例如，可设图像中的背景像素的灰度值设置为标准像素(例如“0”)，将距离标准像素一定偏差范围内的像素识别为孔隙。该预定像素范围可以是根据经验设置的，可以是从图像中提取的，也可以是通过训练得到的。可在划分图像子体之前确定孔隙，也可在划分图像子体之后确定孔隙。

可基于三维灰度图像确定孔隙，然后将三维灰度图像转换为“孔隙”和“非孔隙”(或“岩石骨架”)的三维二值图像，以及在该三维二值图像的基础上基于孔隙的形状特征(例如纵横比)来识别裂缝。

根据需要，可仅识别延伸方向在某个或某些方向上的裂缝，和/或可修改上述预定纵横比阈值来调整裂缝的判断标准。

本领域技术人员也可以通过已知或将获知的任意技术手段来识别每个图像子体中的裂缝。

步骤S204，可按原次序组合(例如拼接)划分后得到的多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。

多个图像子体组合在一起后，可对裂缝进行重新识别。例如，可将已识别的裂缝中延伸方向一致并且连接在一起的裂缝重新识别为一条裂缝。可将重新识别后的裂缝应用于后续的裂缝信息分析和岩石数值建模等。根据需要，可仅关注以某些延伸方向排布的裂缝，例如平行于层理方向、垂直于层理方向和与层理方向呈45°角方向等方向。

进一步地，可得到整个三维图像中在预定义方向上的裂缝密度等信息。例如，可先得到沿该方向排布的裂缝数量，用该裂缝数量除以岩石沿该方向的长度以得到裂缝密度。此外，本领域技术人员可以理解的是，根据本公开，同样可得到诸如裂缝长度、裂缝体积等多种裂缝信息。

下面给出了根据本实施例获取岩石裂缝信息的一个具体的示例。该示例仅用于对本公开进行示例性说明，并且不以任何方式限制本公开的保护范围。本示例中，选择的样品为圆柱状煤岩样品，高8.75cm，直径4.96cm。在phoenix v|tome|max型工业CT仪上对样品进行X射线扫描。扫描参数如下：

扫描电压：140KV；扫描电流：140μA；

精度：27μm；

扫描时间：120min。

实验得到的数据被输入VGStudio软件以进行三维图像重构，以得到整个样品的微观特征。图3示出了本示例中得到的三维图像沿不同方向的截图。

在VGStudio软件中，将图像背景灰度值设为标准像素(例如“0”)，同时从图3(a)中提取样品内部裂缝的灰度值(例如“52”)，将用于确定孔隙的预定像素范围设置为0-52。提取三维图像中符合该预定像素范围的像素点作为孔隙。然后将三维图像分为多个图像子体，识别每个图像子体中的裂缝，再按原次序组合这些图像子体，并将已识别的位于不同图像子体中的延伸方向一致并且连接在一起的裂缝重新识别为一条裂缝。对裂缝进行初步分析后，得到如表1的数据：

表1：裂缝统计表

表1中示出了在平行于层理方向和垂直于层理方向上的裂缝统计。根据统计结果，沿层理方向的裂缝有16条，其裂缝密度约为1.83条/厘米；垂直层理方向的裂缝有19条，其裂缝密度约为3.83条/厘米。

本公开还公开了一种用于获取岩石裂缝信息的装置，该装置可包括：三维图像获取部件，可用于获取岩石内部的三维图像；图像划分部件，可用于将所述三维图像划分为多个图像子体；子体裂缝识别部件，可识别所述多个图像子体中每个图像子体中的裂缝；以及裂缝分析部件，可按原次序组合所述多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。

实施例2

图4是根据本公开的一个实施例的用于获取岩石裂缝信息的装置的示意图。根据该实施例的装置包括三维图像获取部件401、图像划分部件402、子体裂缝识别部件403以及裂缝分析部件404。

三维图像获取部件401可获取岩石内部的三维图像。例如，三维图像获取 部件401可基于由CT扫描得到的岩石内部的多个投影图像进行三维重构，以得到岩石内部的三维图像。

图像划分部件402可将所述三维图像划分(例如，按照预定方向)为多个图像子体。

子体裂缝识别部件403可识别每个图像子体中的裂缝。例如，子体裂缝识别部件403可基于图像子体中的孔隙的纵横比来识别裂缝。例如，孔隙可与像素值在预定像素范围内的像素相对应。

裂缝分析部件404可按原次序组合所述多个图像子体，并可基于已识别的裂缝进行裂缝信息分析。例如，裂缝分析部件404可将已识别的裂缝中的延伸方向一致并且连接在一起的裂缝重新识别为一条裂缝。然后，例如，裂缝分析部件404可基于重新识别后的裂缝得到在预定义方向上的裂缝数量、体积、长度以及裂缝密度等信息。

本公开可以是方法、装置和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的 电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显 而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。