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基于砂岩微纳米孔裂隙的CT图像分割识别方法研究

孙欣爽 李长冬 孟杰 冯鹏飞 张功基

孙欣爽, 李长冬, 孟杰, 冯鹏飞, 张功基. 基于砂岩微纳米孔裂隙的CT图像分割识别方法研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250415
引用本文: 孙欣爽, 李长冬, 孟杰, 冯鹏飞, 张功基. 基于砂岩微纳米孔裂隙的CT图像分割识别方法研究[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250415
CT image segmentation of micro-nano scale pores and fractures in sandstone[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250415
Citation: CT image segmentation of micro-nano scale pores and fractures in sandstone[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250415

基于砂岩微纳米孔裂隙的CT图像分割识别方法研究

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20250415
基金项目: 国家级-动水驱动型滑坡启滑机制与判据(42090054)

CT image segmentation of micro-nano scale pores and fractures in sandstone

  • 摘要: 【目的】微纳米分辨率尺度孔裂隙的精准识别是揭示岩石中多相介质作用机制的基础。然而,传统分割方法在复杂孔裂隙结构分割方面的精度存在明显不足,且不同方法分割结果对实际应用效果的影响仍缺乏系统性评估。【方法】本研究采用微焦点X射线计算机断层扫描(μCT)技术构建了致密砂岩纳米分辨率尺度孔裂隙数据集,并对比了灰度阈值分割、分水岭算法两种传统方法与四种基于卷积神经网络架构的深度学习方法(UNet、SegNet、DeepLabv3-ResNet50、DeepLabv3-ResNet101)在纳米分辨率尺度上岩石孔裂隙特征提取效果。【结果】结果表明,深度学习方法整体优于传统图像分割方法,特别是UNet模型在多项评价指标中表现最优,对比传统方法其交并比(IoU)和F1值分别提高18.70%和16.47%,准确率(Accuracy)达到99.03%,且三者的标准差分别为0.012、0.010和0.004,展现出较高的稳定性与鲁棒性。进一步地,在复杂的纳米尺度孔裂隙结构识别中,UNet能够有效保持细节连续性与边界完整性,展现出更强的细节提取能力。UNet分割三维重建结果孔隙率2.408%(原始孔隙率2.785%),构建的孔隙网络模型(PNM)整体连通性更强,验证了其在多尺度孔裂隙识别与结构保持方面的优势。【结论】较传统分割方法深度学习模型对微小孔裂隙分割效果与其孔隙网络拓扑高度一致,显著提升了孔隙率、孔喉及渗透特性分析精度,为微小孔裂隙精准识别与建模提供了重要依据。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-12
  • 网络出版日期:  2025-12-30

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     《地质科技通报》编辑部