飛納電鏡在地質(zhì)行業(yè)礦物成分探究中的應(yīng)用

你是否也曾對天上的流星許下愿望？你是否也曾對劃過的流星充滿好奇？這“天外來客”是宇宙派來的信使嗎？在來到我們的家園之前，它們過去的行蹤是怎樣的呢？

到達(dá)地球后，這些“天外來客”長什么樣呢？
 

大部分流星在落到地面之前，會(huì)被消耗殆盡，只有少部分會(huì)掉到地面上，這些 “天外來客”，我們稱之為 “隕石”。這些在天上閃著光的流星，其實(shí)也就是一塊塊的石頭。那么這些遠(yuǎn)道而來的石頭，它們表面形貌是怎么樣的呢，成分是什么呢，我們通過掃描電鏡來一探究竟！

隕石含有地球上不常見的礦物組合，或者地球上沒有的球粒結(jié)構(gòu)，通過研究隕石可以獲得對太陽系的物質(zhì)起源、組成和演化的認(rèn)識。我們來看一下這個(gè)隕石，在掃描電鏡下的形貌以及成分，解密一下這是什么種類的隕石吧。
 

掃描電鏡下隕石的金相圖

隕石的金相組織圖中，不同灰度的區(qū)域，代表著不同的成分，我們通過能譜面掃 Mapping 來進(jìn)一步判斷這些區(qū)域中都包含哪些成分，從而判斷隕石的具體種類。
 

隕石的能譜 Mapping 結(jié)果
 

隕石的元素含量結(jié)果

結(jié)合能譜 Mapping 及成分結(jié)果，我們可以看出，這塊隕石的元素主要是 Si，Mg，F(xiàn)e 等，鐵鎳金屬含量小于 30 %，是典型的石隕石。

隕石 - 自動(dòng)礦物分析

    

自動(dòng)礦物分析 -- Maps Mineralogy（圖片來源于賽默飛）

自動(dòng)礦物分析軟件 Maps Mineralogy 是一種先進(jìn)的全自動(dòng)空間礦物分析解決方案，基于最先進(jìn)的超高分辨率成像硬件，分析效率高，性能優(yōu)越，可以提供準(zhǔn)確、可靠且具有統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)據(jù)。該軟件可以幫助油氣研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)、高效及數(shù)字巖石服務(wù)商等應(yīng)對多種成像及礦物分析挑戰(zhàn)，也可為選礦專家提供專業(yè)、可靠、高度定制化的報(bào)告模板，以進(jìn)行顆粒、礦物連生關(guān)系等高級分析。

隕石屬于地質(zhì)行業(yè)的一個(gè)分支 -- 礦物研究，那么，掃描電鏡除了可以觀察隕石的形貌及測量成分之外，在地質(zhì)行業(yè)中，還可以做些什么呢？

1. 礦石顆粒的尺寸測量及統(tǒng)計(jì)分析

  

礦石分布 -- 顆粒統(tǒng)計(jì)分析測量系統(tǒng)

礦石顆粒統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

在該文獻(xiàn)中，作者使用礦山尾礦石來制造磁性流體，其中通過掃描電鏡以及能譜（EDS）確定礦物的大小，幾何形狀以及成分等，并探究了不同粒徑分布的礦石對于磁性流體行成過程的影響。作者使用飛納電鏡能譜一體機(jī) Phenom ProX 及附帶的 Particle Metric 顆粒統(tǒng)計(jì)分析測量系統(tǒng)，進(jìn)行礦石顆粒的快速可視化分析。該系統(tǒng)可以隨時(shí)獲取各種顆粒的面積、當(dāng)量直徑、表面積、外接圓直徑、比表面積、周長、寬高比、充實(shí)度、伸長率、灰度等級、長軸、短軸長度（橢圓）、凸殼體、重心、像素點(diǎn)數(shù)、凸?fàn)钗锏葦?shù)據(jù)，大量節(jié)省了科研時(shí)間，提高了科研效率。【參考文獻(xiàn)：Quitian, G., Saldarriaga, W. & Rojas, N. Making a Magnetorheological Fluid from Mining Tailings. Metall Mater Trans B 48, 3401–3406 (2017).】

2. 礦物中微量元素快速篩查

 

FeatureScan 系統(tǒng)工作流程

礦石中目標(biāo)礦物的含量一般都很低，尋找較麻煩，通過飛納電鏡的全自動(dòng)分析掃描軟件--FeatureScan，可以快速尋找目標(biāo)物相，對礦石的品位分析有很大幫助�？梢詭椭�科研人員大幅減少重復(fù)勞動(dòng)，提高至少 5 倍以上的工作效率，并能夠通過對整個(gè)樣品地毯式掃描，確保取圖無遺漏，提高搜索的精確度。

3. 壓裂液的形貌觀察及孔徑分析

  

壓裂液微觀形貌（溫控樣品杯）

壓裂液的微觀結(jié)構(gòu)表征，對于壓裂液性能的分析具有重要的指導(dǎo)作用。但由于壓裂液含有水、油等液體，不能使用掃描電鏡直接觀察，可使用配備溫控杯的飛納電鏡，對樣品快速冷凍后，進(jìn)行表面形貌觀察。

同時(shí)也可以通過飛納電鏡的孔徑統(tǒng)計(jì)分析測量系統(tǒng)，對壓裂液微觀孔洞尺寸及分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一鍵生成數(shù)據(jù)報(bào)告。
 

  
 

4. 沉積巖微觀形貌及成分分析

  

沉積巖的掃描電鏡圖（左）和 EDS 面掃成分分析（右）

紋層是沉積巖中最小最薄的原始沉積層，紋層的形成大多與一年中的季節(jié)變化有關(guān)、由沉積物物源的變化而形成，因此通過紋層可以反演古環(huán)境和古氣候的變化。通過掃描電鏡來觀察紋巖層的紋理、顆粒大小、形貌以及成分信息，有助于進(jìn)一步推算沉積年代，當(dāng)時(shí)氣候、降水情況等。
 

5. 粘土礦物

  

粘土在掃描電鏡下的形貌

粘土礦物在石油生成、運(yùn)移、聚集及油氣勘探開發(fā)研究中的重要作用。粘土礦物是以微米為計(jì)量單位的質(zhì)點(diǎn)，一般粘土礦物僅為幾個(gè)微米，用普通的光學(xué)顯微鏡已經(jīng)很難區(qū)分粘土礦物的成分、形態(tài)及分布特征。利用掃描電鏡和能譜分析可以彌補(bǔ)這一不足之處。使用掃描電鏡，可以對粘土進(jìn)行以下三個(gè)方面的研究：

· 研究粘上礦物的形態(tài)及分布，來確定成巖作用過程、成巖階段及次生變化；
· 研究粘上礦物的共生組合及變化，來確定成巖環(huán)境及地球化學(xué)背景，如溫度、壓力、酸堿度；
· 對粘上礦物的成分分析（結(jié)合 X 衍射分析），確定埋藏深度、恢復(fù)盆地埋藏史及熱演化史、反映油氣成熟度。

飛納臺(tái)式掃描電鏡在反映物質(zhì)微觀形貌和元素上具有自動(dòng)化程度高、分辨率高、樣品制備簡單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的研究，在地質(zhì)領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。