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工业CT技术在地球科学中的应用

摘要：工业CT作为计算机断层成像（CT）发展至今的一个重要分支，得益于其分辨率高、可重复、探测范围广等优势，在航空航天、军事工业、地质分析等多个领域得到了广泛应用。本文在深入调研国内外工业CT技术研究现状的基础上，综述了在地球科学领域中的3种典型工业CT技术（地震波CT、电阻率CT、电磁波CT）以及多种物探方法组合而成的综合物探方法，重点介绍工业CT在孔隙研究、天然气水合物研究、构建数字岩心和二氧化碳地质利用与封存方面的必威体育精装版应用。同时，总结工业CT在地球科学领域中的发展趋势。

关键词：工业CT；地球科学；孔隙；天然气水合物；CO2地质利用与封存

计算机断层成像（computedtomography，CT）技术能在物体结构不受破坏的情况下，获取物体周边的某种物理量（X光强、波速等），并借助计算机重建物体特定层面的二维图像，再将一系列二维图像重构成三维图像[1]。数学家Radon于1917年证明的Radon变换为CT技术奠定了数学基础[2]；1963年，物理学家Cormack创立的电脑辅助X射线断层成像技术理论[3]则为CT技术提供了精确的计算方法。1971年，Hounsfield与Cormack共同研制成功了世界上第一台头颅CT[4]，并于1979年获得诺贝尔生理和医学奖[5]。

CT技术最早在医学领域得到应用，到20世纪70年代中后期拓展到工业无损检测的应用当中。此后经过快速发展，工业CT已成为一个专门分支[6]，并在航天、航空、兵器、石油化工、汽车制造和核能等领域得到普及[7-8]。20世纪80年代初，地球科学领域开始应用CT技术[2]，此后不断渗透发展，工业CT技术逐渐成为地球科学领域的一个重要检测手段。

在国外CT技术蓬勃发展之时，我国CT技术还处于真空期，直到1993年我国打破国外技术封锁和垄断，制造了第一台工业CT样机[9]，随后逐步应用于工业领域。虽然我国工业CT技术相较于发达国家起步较晚，但经无数科研工作者的奋斗已缩小了与发达国家间的差距，并且将工业CT技术应用到了越来越多的领域之中，譬如计算机断层成像技术与人工智能领域的交叉融合当前展现出具有巨大的协同效应和发展前景[5]。国内外CT技术的发展如图1所示。

工业CT是计算机断层成像技术在工业应用中的重要分支，它能够在无损条件下获取样品内部亚微米级别高分辨率的三维结构和材料密度分布等信息，最终直观形象地将成像结果以3D模型的形式呈现[10-12]。与传统的无损检测方法（如放射性同位素[13]、超声波[14]等）相比，工业CT可以检测多种类型的材料和构件，具有精度高、操作简单、快速高效，适应性强、数字化处理便捷的优势。

80

80年代初

A.M.Cormack的电脑辅助

X射线断层成像技术理论为CTCT技术拓展应用到

技术确定了精确的计算方法工业无损检测中

191719701983

70年代中后期

G.N.Housefield研制出了第一台医学CT机，CT技术最早在医学领域得到应用

地球科学领域开始应用CT技术

我国推出了纳米级

我国第一台

1993

至今近几年

中国第一台γ射线工业CT实用样机XN-1300

在重庆大学ICT中心诞生，填补了国内空白

CT技术不断发展升级,并成为航空航天、军事工业、地质分析等多个领域的重要技术支撑

西门子的光子计数CT,

是十多年来CT成像

领域的首次重大

技术突破

我国第一台具有高精度测量功能的高能大型工业CT系统研制成功

美国ARACOR公司

研制出第一台

工业CT机

G.Radon的Radon变换为CT技术奠定了数学基础

工业CT机和微米级

工业CT机

2005显微CT研制成功

伦琴发现X射线

2021

2016

2002

1963

1895

图1CT技术的发展

Fig.1DevelopmentofCTtechnology

地球科学的地理勘察中，工业CT技术对帮助勘察人员了解工作区域的地质信息，提高勘察人员工作质量，保证工作的正常开展有极