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微纳结构成像与数字岩石物理实验室

实验室主任:杨继进 博士 
联系电话: 010-82998713   电邮:yang@mail.iggcas.ac.cn 
联系地址:北京市朝阳区北土城西路19 
中科院地质与地球物理研究所  地4208 

实验室概况  仪器介绍 收费须知  欢迎来访 

实验室概况 

  微纳结构成像与数字岩石物理实验室隶属于“中国科学院地质与地球物理研究所”和“中国科学院页岩气与地质工程重点实验室”。实验室致力于我国常规和非常规石油天然气储层和烃源岩测试、分析与评价和提高油气采收率。 

  实验室目前拥有20余台仪器设备。主要包括核磁共振(NMR)、3D微米X-射线显微镜(微米CT)、自动矿物分析-场发射扫描电镜(AMICSCAN)、聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)双束系统、聚焦离子束-()离子显微镜(FIB-HIM)三束系统、光学显微镜和光电联用系统(Shuttle & Find)。另外,实验室装备了一系列样品制备仪器,从全岩心刨切机和横切机、岩心柱塞取样机、块样切割机,到机械抛光机,氩离子抛光机、金和碳镀膜仪等。 

  测试分析样品从二维到三维、尺度从米到微米、分辨率从1毫米到0.5纳米,在不同尺度研究岩石或其它材料的结构、成分和性质等。 

  实验室团队由十几名专业技术人员组成,在地质和矿业、材料、生物、制药、微电子和半导体等领域具有多年丰富的国际、国内测试、分析和计算经验。实验室测试分析对外开放,欢迎研究所所内和所外广大用户光临,我们竭诚为您提供世界水平的服务。 

核磁共振螺旋CT微米CT聚焦离子束扫描电镜氦离子显微镜光电联用系统自动矿物分析扫描电镜

仪器介绍 

  1. 核磁共振(NMR) 
  2. 螺旋CT (DE-CT) 
  3. 微米CT3D X 射线显微镜 
  4. 自动矿物分析-扫描电镜(AMICSCAN)
  5. 聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)
  6. 聚焦离子束-氦离子显微镜(FIB-HIM)
  7. 样品制备系列技术 (Sample Preparation) 
  8. 光电联用系统 (Shuttle & Find)

1. 核磁共振NMR)

  核磁共振NMR) 技术利用T2弛豫时间谱能够快速、无损地测得多项岩心物性参数,正在成为储层物性表征的常规测试手段, 已经被广泛应用于石油领域。将流体的扩散系数信息与T2弛豫时间谱相结合,引入了核磁共振扩散-弛豫二维谱,同时对孔隙中油和水的微观分布状态进行描述,能够完成对岩心的T2弛豫时间、扩散弛豫二维谱的测试以及进行核磁共振成像。 

在油气储层和烃源岩中主要功能 

参数特点 

a) 孔径分布和孔隙度 
b) 渗透率 
c) 岩心 T2 弛豫谱测试 
d) 扩散-驰豫二维谱 (D-T2 谱)测试 
e) 磁共振成像测试 
f) 岩心可动流体饱和度测试 

a) 质子共振频率10 MHZ 
b) 
磁场均匀度优于50ppm,磁极净空间大于50mm
c) 1 mm 成像分辨率 

2. 螺旋CT

  即将投入使用双能螺旋CT主要用来对全尺寸的岩心进行三维扫描。更多内容将在仪器投入使用后添加,请随时关注。 

3. 微米CT3D X-射线显微镜) 

  蔡司 Xradia 520 Versa 3D X-射线显微镜作为多尺度微纳结构成像解决方案的一部分,提供全面的前所未有的灵活性和无损三维X-射线前所未有的成像分辨率。这款3D X-射线显微镜采用2级放大,第一级采用几何放大(类似传统CT),第二级采用光学放大(类似同步辐射光源X射线CT),2级放大减少了对几何放大的依赖,可以实现样品在远离射线源的情况下也得到高分辨图像。它把同步辐射光源成像能力搬到了实验室。

功能 

参数特点 

a) 对矿物、孔隙及孔隙内的流体进行高、低分辨二维、三维成像 
b) 分析矿物、有机质、孔隙及孔隙内流体的空间分布、孔隙连通性、孔隙度等重要信息 
c) 层理分析,非均质分析,提供下一步子样的选取依据 
d) 微米CT内原位单轴压缩和拉伸 

a) 700 nm 的真实空间分辨率、低于 70 nm 的最小体素 
b) 管电压范围30-160 kV、样品重量可达 15 kg 
c) 双级放大倍率提供的大工作距离下的高分辨率(RaaD)技术 
d) 利用搜索和放大功能进行独特的无损内部断层扫描 

4. 自动矿物分析-扫描电镜AMICSCAN) 

  AMICSCAN矿物分析电镜是一款集高分辨场发射扫描电镜、最新一代(第三代)的矿物自动分析软件AMICS Automatic Mineral Identification and Characterization System和超大面积高分辨成像软件为一体的矿物分析和结构分析系统。 

功能 

参数特点 

a) 可分析岩心、岩屑,分析抛光片、块样、薄片 
b) 高分辨二次电子图像 
c) 高分辨背散射电子图像 
d) 高分辨STEM电子图像 
e) 超大面积(平方毫米-厘米级)、高分辨二次电子和背散射电子图像 
f) 超大面积(平方毫米-厘米级)矿物分布图 
g) 矿物组成、面积和重量百分比、三元图 
h) 有机质分布及总有机碳(TOC) 
i) 胶结物成分、分布 
j) 孔隙大小、分布、孔隙度等 
k) 岩屑颗粒、单体矿物颗粒尺寸分布 
l) 孔隙分布、孔隙度及孔隙尺寸分布 
m) 实现光学显微镜和电子显微镜的联合使用 

A. 分辨率:0.8 nm @15 kV(二次电子模式)0.6 nmSTEM模式) 
B. 加速电压:0.02-30 kV 
C. 最大放大倍数:200万倍 
D. 配置7个探测器、1个电荷中和器 
 a) 镜筒内置二次电子探测器(InLens 
 b) 镜筒内置能量选择背散射电子探测器(EsB 
 c) Everhart-Thornley样品室二次电子探测器(SE 
 d) 4Q-BSD 背散射电子探测器 
 e) 扫描透射(STEM)探测器 
 f) 2个高效能谱仪(EDS) 
 g) 一个局部电荷中和器 
E. 自动拼图功能可实现多张图像拼接,输出平方厘米级、高分辨的图像 
F. 配备光电联用系统 
G. 配备自动矿物识别和分析软件,分辨率可达0.5μm像素,数据库包括2000个矿物 

5. 聚焦离子束-扫描电镜FIB-SEM) 

  聚焦离子束-扫描电镜Focused ion beam – scanning electron microscopyFIB-SEM)是一款集高分辨场发射扫描电镜SEM)的成像功能和聚焦离子束FIB)的切割功能为一体双束系统,主要用于对岩石中的矿物、有机质(或干酪根)和孔隙进行微米-纳米尺度的高精度的三维成像。          

功能 

参数特点 

a) 高分辨二次电子图像 
b) 高分辨背散射电子图像 
c) 三维空间矿物组成及分布 
d) 三维空间有机质分布及TOC 
e) 三维孔隙分布、连通性、孔径及孔隙度 
f) 切割薄片厚度可以小到3纳米 
g) 宽度达到100微米的三维结构成像 
h) 透射电镜样品制备 
i) 2D3D EDS图像 
j) 2D3D EBSD 图像 

A. 聚焦离子束 
 a) 分辨率:<3 nm (统计方法) 
 b) 可用离子束流:1 pA100 nA 
 c) 加速电压:0.5-30 kV 
 d) 最薄切片厚度: 3 nm 
 e) 配备3D自动切片-成像软件 
B. 场发射扫描电镜 
 a) 分辨率:0.9 nm (@15 kV) 
 b) 加速电压:0.02-30 kV 
 c) 放大倍数:12X-2,000,000X 
 d) 配置6个探测器 
  √ 镜筒内置二次电子探测器(InLens 
  √ 镜筒内置能量选择背散射电子探测器(EsB 
  √ Everhart-Thornley样品室二次电子探测器(SE 
  √ 4Q-BSD 背散射电子探测器 
  √ 能谱仪(EDS) 
  √ EBSD探测器 
C. 自动拼图功能可实现多张图像拼接,输出单张平方厘米级、高分辨的图像 
D. 配备光电联用系统 

6. 聚焦离子束-氦离子显微镜FIB-HIM) 

  聚焦离子束-扫描氦离子显微镜Focused ion beam – Helium ion microscopy, FIB-HIM)是一款集高分辨氦离子显微镜HIM的成像功能和聚焦离子束FIB)和氖离子束Ne ion beam的切割功能为一体三束系统。 

  扫描氦离子显微镜比场发射扫描电镜具有更高的分辨率,因此对于像页岩这类致密岩石,孔径 <10 nm 的孔隙在数量上占绝对优势,这些亚10纳米孔隙的成像对扫描电镜来说极具挑战,而氦离子显微镜可以发挥替代作用,对亚10纳米的孔隙进行二维超高分辨成像。配合FIB,可以进行三维超高分辨成像。 

功能 

参数特点 

a) 二维超高分辨二次电子图像 
b) 10纳米有机孔隙高分辨成像 
c) 大面积(平方毫米-厘米级)二维超高分辨二次电子图像 
d) 三维空间结构、矿物组成及分布 
e) 三维空间有机质分布及TOC 
f) 三维孔隙分布、联通性、孔径及孔隙度 
g) 薄片厚度小到3纳米 
h) 透射电镜样品制备 

A. 聚焦离子束 
 a) 分辨率:<3 nm (统计方法) 
 b) 可用离子束流:1 pA100 nA 
 c) 加速电压:1-30 kV 
 d) 最薄切片厚度: 3 nm 
B. 氖离子束 
 a) 分辨率:1.9 nm 
 b) 加速电压:10-30 kV 
 c) 束流:0.1-50 pA 
C. 氦离子显微镜 
 a) 分辨率:0.5 nm  
 b) 加速电压:10-40 kV 
 c) 束流:0.1-100 pA 
D. 配备ET样品室二次电子探测器 
E. 配备超大面积高分辨成像软件 
F. 配备3D自动切片-成像软件 

7. 样品制备系列技术 

  好的样品制备技术是精确测试、分析和评价油气储层和烃源岩的保障。CT技术、核磁共振技术、矿物分析扫描电镜技术、聚焦离子束-扫描电镜、聚焦离子束-氦离子显微镜、烃源岩评价仪等一系列测试分析都离不开岩石样品的精细制备。实验室装备了一系列样品制备仪器,从全岩芯刨切、横切、岩心柱塞取样机、块样切机,到机械抛光和氩离子抛光机、金和碳镀膜仪等,用来满足样品的切割、抛光和镀膜等各种要求。 

8. 光电联用系统

  光电联用Shuttle & Find 系统是联接实验室安装的光学显微镜(ZEISS Axio Imager 2)和电子和离子显微镜(矿物分析扫描电镜(AMICSCAN)、聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)、聚焦离子束-氦离子显微镜(FIB-HIM))的关联显微技术,专为各种材料分析的应用而设计,在材料分析领域内架起微米世界和纳米世界的桥梁。 

  在光学显微镜下拍摄图像并标记感兴趣区域(ROI)。ROI 与样品图像被一同保存。然后将样品和样品光学图像移到电子显微镜下,通过自动校准和固定的工作流程,可以在电子显微镜下轻松定位 ROI。这一过程仅需几分钟就能将样品从一种显微镜转移至另外一个,并实现重新定位,如不借助Shuttle & Find系统,这一过程可能需要耗费几个小时。 

  Shuttle & Find 是一套十分灵活的双向系统,工作流程既能从光学显微镜开始,到电子显微镜结束,也可以从电子显微镜开始,到光学显微镜结束。Shuttle & Find系统通过自动定位同一感兴趣的区域来加快工作流程,缩短工作周期,在更短的时间内能处理大量的样品,获得跟多的样品信息。在完完全全的同一区域内,将光学显微镜的观察方式和光学显微镜获取的样品的大小、形貌及颜色等信息与电子显微镜的结构、成分等分析结果相结合,了解样品的结构和功能信息。 

收费须知 

仪器使用费用标准一览表 
201651日起)

1. 核磁共振 

测试项目

所外
收费标准

所内
优惠标准

备注

造影剂弛豫时间测试  500/  400/  含:造影剂T1弛豫时间,T2弛豫时间 

岩心T2弛豫谱测试 

500/ 

400/ 

含:核磁孔、渗测试,T2 

岩心可动流体测试 

1500/ 

1200/ 

含:核磁孔、渗测试;T2谱(饱和状态); 

T2谱(离心状态);离心一次;额外增加离心800/每次 

扩散-驰豫二维谱 

D-T2谱)测试 

1500/ 

1200/ 

含:核磁孔、渗测试;T2谱;D-T2 

磁共振成像测试 

5000/ 

4000/ 

含:核磁孔、渗测试;T2谱;2D3D成像 

高温高压状态的 

在线磁共振测试 

30000/ 

24000/ 

温度、压力、流体等实验条件不同时价格不等 

其它 

协商 

协商 

  

2. 微米CT 

测试项目

所外收费标准

所内优惠标准 

备注  

正常分辨率模式(岩心整体扫描)

7000/  6000/   

高分辨率模式(1μm分辨率)

10000/ 

8000/ 

12小时之内 

正常分辨+高分辨率2级扫描 

16000/ 

13000/ 

24小时之内 

CT原位单轴压缩-拉伸实验 

20000/ 

16000/ 

24小时之内 

其它 

协商 

协商 

  

3. 矿物分析-场发射扫描电镜(AMICSCAN

测试项目

所外收费标准

所内优惠标准

备注 

光电联用系统-光镜成像

250/小时 

200/小时 

  

场发射扫描电镜成像

700/小时 

600/小时 

  

超大面积高分辨自动模式

1000/小时 

800/小时 

可选各级分辨率 

普通模式矿物分析

800/小时 

700/小时 

  

超大面积自动矿物分析

1000/小时 

800/小时 

可选各级分辨率 

其它 

协商 

     协商 

  

4. 聚焦离子束-场发射扫描电镜(FIB-SEM 

测试项目

所外收费标准

所内优惠标准

备注

光电联用系统-光镜成像 

250/小时 

200/小时 

  

场发射扫描电镜成像 

700/小时 

600/小时 

  

超大面积高分辨电镜成像 

1000/小时 

800/小时 

  

二维EBSD分析 

1000/小时 

800/小时 

  

三维EBSD分析 

1500/小时 

1200/小时 

  

普通模式EDS分析 

800/小时 

700/小时 

  

三维EDS分析 

1200/小时 

1000/小时 

  

三维FIB-SEM成像 

18000/ 

15000/ 

1-500张切片 

三维FIB-SEM成像 

22000/ 

20000/ 

501-1000张切片,之后另收750/小时 

TEM样品制备 

5000/ 

4000/ 

  

FIB纳米加工 

1200/小时 

1000/小时 

  

其它 

协商 

协商 

  

5. 聚焦离子束-氦离子显微镜(FIB-HIM 

测试项目

所外收费标准

所内优惠标准

备注 

氦离子显微镜高分辨二维成像 

1000/小时 

800/小时 

  

超大面积高分辨氦离子成像 

1000/小时 

800/小时 

  

TEM样品制备 

6000/ 

5000/ 

  

三维高分辨FIB-HIM成像 

19000/ 

16000/ 

1-500张切片 

三维高分辨FIB-HIM成像 

24000/ 

22000/ 

501-1000张切片,之后750/小时 

FIB纳米加工 

1200/小时 

1000/小时 

  

HIM纳米加工 

1200/小时 

1000/小时 

  

其它 

协商 

协商 

  

6. 制样仪器设备 

测试项目

所外收费标准

所内优惠标准

备注

岩样切割 

80/ 

50/ 

  

岩芯柱样制备 

250/ 

200/ 

  

精密切割研磨一体机 

500/ 

400/ 

  

氩离子抛光机 

1200/ 

1000/ 

3小时之内,之后另收300/小时 

精密切割研磨一体机+ 

氩离子抛光机 

1500/ 

1200/ 

  

镀膜仪(金或C 

250/ 

200/ 

  

其它 

协商 

协商 

  

7. 三维图像重构、视频与分析 

分析
标准

测试项目 

收费

3D

分割

孔隙分布

连通性分析

高级渲染效果

给出结果 

一级

 

× 

× 

× 

× 

① 3D可视化图像及视频 

500 /套数据

二级

 

 

× 

× 

× 

孔隙度,有机质和矿物所占比重(分割最多4种) 
分割前后的3D可视化图像及视频 

1000/套数据

三级

 

 

 

 

× 

连通孔隙所占比重,孔隙直径分布,孔隙体积分布直方图 
连通孔隙的分布图像及视频 
孔隙度,有机质和矿物所占比重 
分割前后的3D可视化图像及视频 

2000/套数据

四级

 

 

 

 

 

可根据需要探讨 
三维透明色渲染、孔隙渲染 
连通孔隙所占比重,孔隙直径分布,孔隙体积分布直方图 
连通孔隙的分布图像及视频 
孔隙度,有机质和矿物所占比重 
分割前后的3D可视化图像及视频 

3000/套数据 

欢迎来访

北京市朝阳区北土城西路19

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