Недавно довелось исследовать образцы керна. Целью исследования было получение данных о:
- минеральном составе керна;
- объёмном содержании порового пространства;
- какими минералами сложены границы пор;
- распределении пор по размерам.
Исследование было проведено с помощью микроскопа TESCAN TIMA.
Результаты исследования
Панорама.
Панорамное изображение отсканированной поверхности образца керна, каждый минерал кодируется своим цветом. Поры на панораме белые.
Панорама образца керна, диаметр отсканированного круга 23 мм
Здесь представлено сжатое изображение панорамы. В несжатой панораме общее количество пикселей– 44250000. Количество пикселей, приходящихся на поровое пространство – 9507361. Поровое пространство занимает 21,49% от площади шлифа. Здесь «площадь» – это видимая площадь на шлифе.Минеральный состав
После завершения автоматического сканирования всей поверхности образца керна становятся известны объемные доли каждого минерала в образце. В программном обеспечении TIMA к информации об объемных долях добавляется информация o составах и плотностях обнаруженных минералов. Массовая доля каждого минерала вычисляется как объёмная доля, взвешенная с учётом разницы плотностей.
Минеральный состав
Средний состав образцов
Расчетный средний элементный состав всего образца, который определяется исходя из информации о плотностях и составах обнаруженных минералов.
Средний состав образца
Распределение элементов по минералам
Программное обеспечение TIMA позволяет выгружать данные о распределении тех или иных элементов по минералам. В качестве примера ниже представлена диаграмма, иллюстрирующая распределение железа по минералам. Если всё железо, содержащееся в образце, принять за 100% массовых, то 48% масс. железа присутствует в форме хлорита, 47% масс. железа — в форме мусковита и так далее (см. диаграмму). Можно выгрузить аналогичные распределения для других элементов.
Распределение железа по минералам
С какими минералами ассоциированы поры?
Таблица ниже показывает, какая доля суммарного периметра всего порового пространства соприкасается границами с тем или иным минералом. «Периметр» – это видимый периметр поры на шлифе. При интерпретации результатов видимый на шлифе периметр пор следует воспринимать как площадь поверхности пор.
Распределение пор по размерам
Площадь поры – видимая площадь поры на шлифе. Площадь поры вычисляется как количество составляющих пору пикселей, умноженное на квадрат шага сканирования, мкм. Один шаг сканирования пучком электронов равен одному пикселю панорамы. На диаграмме ниже по оси Y отложено количество пор в определенном размерном интервале. Образец содержит большое количество мелких пор, поэтому для наглядности отображения данных по оси Y использовался логарифмический масштаб. По оси X отложены номера интервалов площадей пор. Чтобы не загромождать гистограмму, диапазоны площадей пор для первых 20-ти интервалов указаны в таблице справа.
Система TIMA определяет размер каждого зерна каждого минерала в образце. Размер зерен для TIMA– это видимый размер поперечного среза объекта на шлифе. Ниже в качестве примера представлена диаграмма распределения зёрен кварца по размерам. Если массу всего кварца, содержащегося в образце, принять за 100%, то диаграмма показывает, какая доля от массы кварца приходится на тот или иной размерный диапазон зёрен кварца, % масс. Можно выгрузить аналогичные распределения для других минералов.
Распределение зёрен кварца по размерам
Алгоритм работы микроскопа TESCAN TIMA
Всю площадь шлифа TIMA разбивает на поля. Столик с образцами перемещается последовательно от поля к полю. В каждом поле TIMA накапливает электронное изображение. Электронное изображение разбивается на пиксели, равные шагу сканирования электронного луча, и с каждого пикселя TIMA собирает рентгеновский спектр. Именно сбор рентгеновских спектров позволяет прибору однозначно различать зерна разных минералов. Если бы TIMA различала минералы по яркости на электронном изображении, то вероятность ошибки была бы очень высока. Существует много минералов, которые имеют похожий уровень яркости на электронных снимках, но принципиально разные состав и рентгеновский спектр. К примеру, халькопирит и пентландит имеют похожие уровни яркости. Если бы TIMA различала минералы по яркости, то сростки этих зёрен система объединила бы в одно зерно с усредненным составом. Оперируя рентгеновскими спектрами, TIMA определённо различает, что один участок частицы содержит серу, железо и медь, а другой участок – серу, железо и никель, это позволяет прибору однозначно отличить пентландит от халькопирита (см. рисунок ниже).
Алгоритм работы микроскопа TESCAN TIMA
