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大型地質樣品與鑽芯分析

2019-06-19

以Bruker M6 JETSTREAM 針對大型樣品進行非破壞性分析

 

地質樣本化學組成的知識為瞭解地質作用的基石,但除了樣品組成之外,其中元素的分佈也至乎關鍵。

近年來,以 Micro X 光螢光譜儀進行的樣本受限於分析儀器的腔室大小,而 M6 JETSTREAM 使用 Micro-XRF 光譜技術對大型樣品進行快速、非侵入性元素分析,能夠在宏觀尺度上顯示主要和痕量元素分佈,並藉由化學圖譜和感興趣區域的可視化,來提升數據結果的處理。

 

The Vredefort Dome 隕石坑大塊花崗石樣本分析 

 

樣品

樣本為一塊取自弗里德堡隕石坑的大塊經拋光花崗岩(130 cm x 80 cm),是地球上已知最大隕石撞擊坑的中央部分,寬約 300 公里。撞擊坑內的岩石經過多元的變質作用,包括汽化、熔解、破碎以及位移,而本次調查的樣本:原先的花崗岩(圖2亮色處)受撞擊熔融物質岩脈(數公分厚;圖 暗色處)切割,後者為暗色的細粒物質,通常含有較小的母岩碎片(此處即花崗岩),稱為假玄武玻璃角礫岩(PTB)。而 PTB 一直以來存在屬於原位物質抑或屬侵入原位岩帶的遠處物質熔融物之爭議,本報告目的在於判定弗里德堡假玄武玻璃角礫岩之來源,以及調查母岩及暗色先前熔融物質之間的化學關聯性。

 

1. 弗里德堡 Leeuwkop Hill 已遺棄的採石場為樣本採集處     2. 樣本的馬賽克影像概觀 ( 以 M6 JETSTREAM 的低放大倍率攝像顯微鏡產生 ),綠框指出圖3分子圖譜所在位置

         

 

測試條件

樣本以下述設定值測量: 50 kV、600 µA。樣本測量支架在水平位置上傾斜(上-下),在單次作業中取得 725 mm x 530 mm 範圍內的分子圖譜,其階距為 0.2 mm、滯留時間為 2 毫秒,在花費約 12½ 小時下取得 960 萬像素(3625 像素 x 2650 像素的分子圖譜。

 

測試結果

圖 3 分子圖譜顯示主要元素為鐵(Fe)、鈣(Ca)及鉀(K),而元素分佈反映出樣本的光學外觀。花崗石顆粒可利用其兩項主要組成物區辨:主要含鉀與鈣的長石,以及主要含鐵的黑雲母/閃石。隱晶岩脈明顯較粗粒花崗岩均勻。母岩具顆粒結構,而母岩與岩脈的整體圖譜均取自標示區域,另取 14 盎司重岩錘的原尺寸作為長度比較工具,岩錘藍色部分反映出聚乙烯把手含氯、深灰色為鐵,而淺灰色為錘頭中帶有的鈦。

 

圖3. 樣本分子圖譜可清楚區別母岩與岩脈

 

圖 列出圖 色框區域的整體圖譜,可見大部分均相同,其中主要元素矽、鉀、鈣及鐵以及錳(Mn)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、銣(Rb)、鍶(Sr)、釔(Y)及鋯(Zr)等少量或微量元素,並可經由圖 確認,圖內淨強度以母岩相較於岩脈的每秒計數(cps)表示,所取區域與上述相同,數據點幾成一對角線,顯示圖譜中所有元素接近 1:1

 

圖4. 母岩(紅)與岩脈(綠)整體圖譜的比較,y 軸取平方根尺度。兩者間並無顯著差異。

 

5. 母岩相對於岩脈光譜之元素淨強度單位:cps)。鐵的強度高於所選尺度,因此未予列出。

 

鑽芯分析

使用 M6 JETSTREAM 的 HyperMap 技術處理鑽取核心的分析,可提供相關信息

  • 通過結構瞭解地理歷史
  • 岩石和沈積物的序列
  • 藉由沉積層等瞭解古氣候的演化

 

圖 是鑽芯約 17cm x 9.5cm 岩芯視訊鑲嵌影像,中央線條代表由 HyperMap 資料庫所擷取直線掃描位置。

圖 呈現了元素 Ca,Fe 和 Sr 的元素分布,步階尺寸 1.5mm,形成 1120 x 631 像素圖像,輸入計數率 85kcps (輸出計數率 65 kcps),所需時間 90min ( 5ms 像素停留時間)。

圖 由 HyperMap 所擷取直線掃描,線條兩側各加寬 像素以利提升統計數據準確度,結果顯示 Fe 和 Sr 濃度驟升與圖 中明亮處相符。

 

結論

Bruker M6 JETSTREAM 儀器的移動性使其可以放置在任何感興趣的樣品位置。具有掃描區域為 800 mm x 600 mm、可變光斑尺寸低至 100μm、速度高達 100 mm / s、超聲波距離測量可防止與測量樣品發生碰撞、設備本體可拆卸便於運輸等特性,是專門設計用於大型樣品的非破壞性元素分析設備。

 

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