一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，包括步骤：碳酸盐岩样品表面磨平，设置测试区域；对测试区域进行三维成像，获取测试区域表面的微观形貌；对样品进行淋雨溶蚀实验；再次对测试区域进行三维成像，对样品表面微观形貌进行对比分析，计算其淋雨溶蚀后起伏度的变化及溶蚀速率。本发明专利技术特别适用于各种PH值溶液对碳酸盐岩的溶蚀。本发明专利技术不仅能通过微观形貌的变化来可视化、定性评价碳酸盐岩的溶蚀过程，还可以通过起伏度的变化来定量评价碳酸盐岩的溶蚀过程。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法
本专利技术涉及岩石风化研究
，尤其涉及一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法。
技术介绍
碳酸盐岩的溶蚀过程及其评价对喀斯特地貌的形成、油气勘察、二氧化碳地质封存、石质文物的保护等具有重要的研究意义。目前，碳酸盐岩溶蚀机制的最有效的研究手段是室内溶蚀模拟实验。在以往诸多学者的研究中，通常用溶蚀量和溶蚀速率来定量评价碳酸盐岩的溶蚀过程。现有的碳酸盐岩的溶蚀量和溶蚀速率测定方法主要有两类。第一类方法是从反应物浓度变化的角度求取溶蚀量。即：每隔一段反应时间提取反应溶液，并用滴定法或电导率法测定溶液的浓度和/或离子含量，由此计算碳酸盐岩溶蚀量和溶蚀速率。该方法受人为影响，并且有时溶液的浓度和/或离子含量难以测定。具体来说，一方面，一般使用滴定法测量溶液浓度和/或离子含量，则测定结果的准确性受人为影响；另一方面，如果使用中性水淋滤或溶蚀碳酸盐岩，则溶液的浓度和离子含量变化很小，则结果难以测定。第二类方法则通过测定溶蚀反应前、后碳酸盐岩物质的量或质量的变化。测定碳酸盐岩物质的量或质量前须将碳酸盐岩置于高温环境下(一般105-110℃)烘干，而后冷却至室温(20-25℃)。这就会使溶蚀量和溶蚀速率的测试结果叠加了温度变化的影响，导致测试结果不准确。尤其是，若碳酸盐岩溶蚀实验设置为循环溶蚀，碳酸盐岩的多次高温、低温的循环往往会加剧碳酸盐岩的溶蚀。以上两种方法均是从宏观上测定碳酸盐岩的溶蚀量和溶蚀速率，滴定法或电导率法的实验操作方法与测试环境会影响测定结果的精度。样品物质的量或质量的变化仅可反映碳酸盐岩整体溶蚀过程，无法从微观上观察碳酸盐岩的溶蚀过程。而使用显微观察手段从微观上评价碳酸盐岩溶蚀过程则更形象，更具有可描绘性。目前现有的显微观察岩石表面的方法必须经过破坏性制样，比如铸体薄片、扫描电镜、电子探针等，但是这些方法都破坏了样品的完整性。并且，在使用目前现有的显微观察方法观测碳酸盐岩表面时，测试结果图像只是二维图像，不如三维图像形象具体。对于显微观察结果也只是以定性描述为主，无法定量化。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化评价方法，该方法能从碳酸盐岩表面的微观变化定性和定量评价碳酸盐岩溶蚀过程，还能够在三维空间内可视化碳酸盐岩表面形貌在溶蚀过程。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，包括：步骤S100、将碳酸盐岩的样品表面磨平，设置n个测试区域(n≥2)，记为1,2,......n；步骤S200、对测试区域进行三维微观形貌成像，得到n个测试区域的微观形貌图，分别记为V1～Vn，得到n个测试区域的起伏度，分别记为H1～Hn；步骤S300、将样品放入试验箱内，用溶液对样品进行淋雨喷洒试验，试验时长为T，试验结束后，取出样品；步骤S400、对样品表面观测区域进行三维成像，溶蚀试验后该样品n个测试区域的微观形貌图分别记为V1′～Vn′，n个测试区域的起伏度分别记为H1′～Hn′；步骤S500、通过对比步骤S400测得的微观形貌和步骤S200测得的相同测试区域的微观形貌，定性描绘碳酸盐岩的溶蚀过程；以及步骤S600、以步骤S400得到的起伏度和步骤S200得到的相同测试区域的起伏度的差值为起伏度变化量△H，根据△H定量计算碳酸盐岩的溶蚀速率△V。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S100中，将样品的表面磨平至起伏度小于0.15mm。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S200中，利用超景深显微仪或三维扫描仪对观测区域进行三维成像。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S200中，所述起伏度为测试区域内微观形貌的最高点与最低点的高度差值。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S300中，所述试验箱选择老化试验箱或者淋雨试验箱。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S300中，所述溶液为酸性溶液、中性溶液、或碱性溶液。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S600中，样品测试区域的起伏度变化量△H的计算公式为：其中，△H1为测试区域1的起伏度变化量，其计算公式为△H1＝|H1′-H1|；△H2为测试区域2的起伏度变化量，其计算公式为△H2＝|H2′-H2|；依次类推，△Hn为测试区域n的起伏度变化量，其计算公式为△Hn＝|Hn′-Hn|。所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，所述步骤S600中，所述碳酸盐岩的溶蚀速率△V的计算公式为：所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其中，重复步骤S300～S600，得到样品在多次溶蚀试验循环后的微观形貌变化和起伏度变化，根据起伏度变化采用以上所述的公式计算样品在多次循环后的溶蚀速率。本专利技术的有益效果是：相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：①能够实现碳酸盐岩样品的微观形貌在三维空间内的可视化展示，可以形象地分析碳酸盐岩的溶蚀过程和溶蚀形态。②由表面起伏度的变化计算碳酸盐岩的溶蚀速率，实现对溶蚀过程的定量化评价。③本实验由超景深或三维激光扫描仪测量测试区域的微观形貌，并得到表面起伏度，起伏度的测试精度较高，可达0.1μm。④使用本方法观测岩石表面的微观形貌是一种无损的检测方法，保护了样品的完整性，可对同一个样品的表面在不同溶蚀阶段进行观测。⑤现有的碳酸盐岩溶蚀评价方法一般使用物质的量和质量的变化来评价，这种方法需要烘干样品，而烘干过程的温度变化会加速样品的溶蚀。而本方法的试验步骤简单，适合测量各种含水状态下样品的微观形貌和起伏度，避免烘干过程温度变化对测试溶蚀的影响。附图说明图1为本专利技术较佳实施例提供的一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法的流程图。图2为本专利技术一个实施例中广西桂林某灰岩样品测试选取面与标记示意图。图3为本专利技术一个实施例中碳酸盐岩淋雨溶蚀试验仪器和试验过程。图4为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩某样品某测试区域在纯净水中淋雨溶蚀480h后表面某测试区域的微观形貌(单位：μm)。图5为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩某样品某测试区域在纯净水中淋雨溶蚀600h后表面某测试区域的微观形貌(单位：μm)。图6为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩样品某测试区域在不同溶蚀阶段的表面微观形貌图(单位：μm)。图7(a)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品a面x测试区域起伏度变化图。图7(b)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品a面s测试区域起伏度变化图。图8(a)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品b面x测试区域起伏度变化图。图8(b)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品b面s测试区域起伏度变化图。图9(a)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品c面x测试区域起伏度变化图。图9(b)为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品c面s测试区域起伏度变化图。图10为本专利技术一个实施例中广西桂林灰岩5个样品溶蚀速率变化图。具体实施方式本专利技术提供一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其特征在于，包括：步骤S100、将碳酸盐岩的样品表面磨平，设置n个测试区域(n≥2)，记为1,2,......n；步骤S200、对测试区域进行三维微观形貌成像，得到n个测试区域的微观形貌图，分别记为V1～Vn，得到n个测试区域的起伏度，分别记为H1～Hn；步骤S300、将样品放入试验箱内，用溶液对样品进行淋雨喷洒试验，试验时长为T，试验结束后，取出样品；步骤S400、对样品表面观测区域进行三维成像，溶蚀试验后该样品n个测试区域的微观形貌图分别记为V1′～Vn′，n个测试区域的起伏度分别记为H1′～Hn′；步骤S500、通过对比步骤S400测得的微观形貌和步骤S200测得的相同测试区域的微观形貌，定性描绘碳酸盐岩的溶蚀过程；以及步骤S600、以步骤S400得到的起伏度和步骤S200得到的相同测试区域的起伏度的差值为起伏度变化量△H，根据△H定量计算碳酸盐岩的溶蚀速率△V。

【技术特征摘要】
1.一种碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其特征在于，包括：步骤S100、将碳酸盐岩的样品表面磨平，设置n个测试区域(n≥2)，记为1,2,......n；步骤S200、对测试区域进行三维微观形貌成像，得到n个测试区域的微观形貌图，分别记为V1～Vn，得到n个测试区域的起伏度，分别记为H1～Hn；步骤S300、将样品放入试验箱内，用溶液对样品进行淋雨喷洒试验，试验时长为T，试验结束后，取出样品；步骤S400、对样品表面观测区域进行三维成像，溶蚀试验后该样品n个测试区域的微观形貌图分别记为V1′～Vn′，n个测试区域的起伏度分别记为H1′～Hn′；步骤S500、通过对比步骤S400测得的微观形貌和步骤S200测得的相同测试区域的微观形貌，定性描绘碳酸盐岩的溶蚀过程；以及步骤S600、以步骤S400得到的起伏度和步骤S200得到的相同测试区域的起伏度的差值为起伏度变化量△H，根据△H定量计算碳酸盐岩的溶蚀速率△V。2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其特征在于，所述步骤S100中，将样品的表面磨平至起伏度小于0.15mm。3.根据权利要求1所述的碳酸盐岩溶蚀过程可视化定量和定性评价方法，其特征在于，所述步骤S200中，利用超景深显微仪或三维扫描仪对观测区域进行三维成像。4.根据权利要求1所述的碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张中俭，陈晓鹏，张彬，林达明，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11