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申请/专利权人：中国矿业大学

摘要：本发明公开一种通过AFM精细研究页岩微观力学性质的方法，包括以下步骤：测定页岩的微观杨氏模量分布和三维形貌分布，总结历史文献中页岩的测量数据，采用力学‑组分映射法对页岩的杨氏模量分布矩阵进行处理，采用底数滤波法对页岩的杨氏模量分布矩阵进行处理，对力学‑组分映射结果、底数滤波法处理结果和三维形貌测试结果进行综合对比，根据综合对比结果对页岩微观力学性质进行分析；本发明克服原子力显微镜本身无法用于区分页岩组分的明显障碍，为利用原子力显微镜定量测定页岩各组分的摩擦力、粘附力、磁性、电性等性质奠定基础，为研究者和工程人员提供一种利用原子力显微镜精细、定量研究页岩各组分力学性质、页岩微观力学性质的方法。

主权项：1.一种通过AFM精细研究页岩微观力学性质的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：先利用原子力显微镜的PeakForceQNM工作模式同区域测定页岩的微观杨氏模量分布和三维形貌分布，接着提取出页岩的杨氏模量分布矩阵，再对页岩的三维形貌分布进行基底拉平校正；其中，所述原子力显微镜上配备有金刚石探针，所述原子力显微镜的PeakForceQNM的峰值力设置为2500～3000nN；步骤二：对历史文献中页岩的测量数据进行调研，并对历史文献中通过AFM、压痕法、声波速度测试法测得的页岩主要组分的杨氏模量数据进行总结、筛选和统计，得到页岩各主要组分杨氏模量分布范围；其中，对测量数据进行筛选时，将受到尺寸效应或基底效应影响的压痕法测试结果舍弃，页岩中有机质的杨氏模量仅采用通过配备有硅质探针的原子力显微镜测得的数据，页岩中黄铁矿的杨氏模量仅采用通过声波测试法测定的数据，总结、筛选和统计得到的页岩各主要组分杨氏模量分布范围具体数据为：有机质0～20GPa、黏土矿物20～60GPa、方解石68～75GPa、长石75～85GPa、石英90～115GPa、白云石黄铁矿＞115GPa；步骤三：基于得到的页岩各主要组分杨氏模量分布范围，采用力学-组分映射法对页岩的杨氏模量分布矩阵进行处理，将测得的微观杨氏模量分布信息转化为组分分布信息；其中，所述力学-组分映射法的具体操作为：设原子力显微镜测得的页岩杨氏模量分布矩阵X为： 其中，xnn为扫描面上各测试点处的杨氏模量，数据单位为GPa；基于步骤二中总结得到的页岩各主要组分杨氏模量分布范围具体数据，对矩阵X进行处理，得到归元化矩阵，处理过程为： 随后，将归元化矩阵中的元素转化为不同的颜色显示，映射方案依据矩阵实验室MALTLAB中的RGB彩色空间分布选取；步骤四：采用底数滤波法对页岩的杨氏模量分布矩阵进行处理，以减小图像景深，并体现页岩组分的形态和粒径；步骤五：先对页岩的杨氏模量分布矩阵的力学-组分映射结果、底数滤波法处理结果以及三维形貌测试结果进行综合对比，以确定微观区域上的物质组分，再利用相关软件对页岩各组分的微观力学性质以及页岩的微区域力学性质进行分析。

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