Минеральный состав литологических типов пород толщи

Минеральный состав изученных пород толщи по глубинам

36.63M

Категория:

Химия

Похожие презентации:

Лабораторные методы исследования горных пород. Рентгенографический фазовый анализ

Минералы и их строение

Природные каменные материалы

Горные породы

Общая геология. Породообразующие минералы

Диагностика магматических горных пород

Петрография магматических пород

Метаморфические породы

Горные породы

Определение физических свойств минералов

2025 - X-Ray_1 лекция

1.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМАТЕРИАЛОВ
ЕСКИН Алексей Александрович
Доцент кафедры минералогии и литологии
Eskin.Aleksey@gmail.com

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Рентгеноструктурный анализ РСА (или рентгенофазовый анализ РФА в прошлом) — является методом, служащим для построения
диаграмм состояния. Рентгеноструктурный анализ является одним из наиболее совершенных методов изучения всех превращений,
сопровождающихся изменением кристаллической решетки. Поэтому он особенно полезен при исследовании полиморфных
превращений, образования и распада твердых растворов, а также образования химических соединений. Методами
рентгеноструктурного анализа изучают металлы, сплавы, минералы, неорганические и органические соединения.
Рентгеноструктурный анализ применяется для качественного и количественного фазового анализа гетерогенных систем, для
исследования изменений в твердых растворах, определения типа твердого раствора и границ растворимости. Рентгеноструктурный
анализ является дифракционным структурным методом он основан на взаимодействии рентгеновского излучения с электронами
вещества, в результате которого возникает дифракция рентгеновского излучения. Основную информацию в рентгеноструктурном
анализе получают из рентгенограмм=дифрактограмм.
Структурный анализ
Аппроксимация по Поули и Ле Бейлу.
Уточнение структур по методу
Ритвельда.
Ab-initio определение структуры
образца:
- Имитация отжига;
- Метод переворота зарядов;
- Трехмерный анализ Фурье.
Метод Charge flipping – электронная
плотность.
Количественный фазовый анализ
- Анализ кристаллических фаз;
- Анализ аморфных фаз.

3.

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Цели и задачи
• Диагностика отдельных минеральных видов и полиминеральных объектов;
• Качественный и полу-количественный фазовый анализ полиминеральных объектов;
• Диагностика кристаллических и аморфных фаз;
• Диагностика и особенности формы пиков;
• Определение главных породообразующих минералов;
• Диагностика минералов:
• выявление их реального строения, т.е. структурного состояния,
• степени упорядоченности кристаллической структуры,
• наличия изоморфных примесей,
• степени совершенства или искажённости структуры,
• степени дисперсности минерала и т.д.
Исследуемые материалы
разнообразные породы,
минералы,
почвы, грунты, донные отложения,
другие техногенные и биогенные объекты

4.

ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Породообразующие минералы — минералы, входящие в качестве постоянных
существенных компонентов в состав горных пород.
Наибольшее значение имеют силикаты (75 % массы земной коры). Для каждой
группы пород — магматических, метаморфических и осадочных — характерны
свои ассоциации породообразующих минералов.
Магматические породы/минералы
Оливин
Ромбические пироксены (ортопироксены)
Моноклинные пироксены (клинопироксены)
Щелочные моноклинные пироксены
Амфиболы
Группа слюд
Полевые шпаты
Группа фельдшпатоидов
Кварц

5.

РЯД БОУЭНА
• Последовательность
выделения
главнейших
породообразующих
минералов можно представить в виде
двух реакционных рядов. Один ряд
непрерывно-реакционный,
свойственный полевым шпатам; другой ряд
прерывно-реакционный,
характеризующий железо-магнезиальные
силикаты.
В
каждом
из
рядов
вышестоящий минерал, реагируя с
жидкой фазой, дает нижестоящий
минерал.
Стрелками
показано
направление процесса кристаллизации.
Порядок выделения минералов в
различных рядах зависит от состава
расплава. Каждый минерал данного ряда
с
соответствующим
минералом
параллельного ряда образует эвтектику.
Оливин
Анортит
Ромбический
пироксен
Основные
плагиоклазы
Средние
плагиоклазы
Моноклинный
пироксен
Кислые
плагиоклазы
Амфибол
Альбит
Биотит
Ортоклаз
(Микроклин)
Мусковит
Кварц
Реакционные ряды включают важнейшие породообразующие минералы и объясняют порядок их выделения и парагенезис. Из схемы Боуэна видно, что
ассоциация оливинов, пироксенов и основных плагиоклазов обычна; все эти минералы относятся к начальной высокотемпературной стадии
кристаллизации. Наоборот, кислые плагиоклазы, натриево-калиевые полевые шпаты и кварц вместе с оливином и пироксеном встречаться не должны,
поскольку эти минералы принадлежат к крайним членам реакционных рядов и т. д.

6.

ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Метаморфические породы/минералы
• Минеральный состав
метаморфических
пород
также
разнообразен, они могут состоять из одного минерала,
например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из
многих сложных силикатов. Главные породообразующие
минералы
представлены
кварцем,
полевыми
шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними
присутствуют
типично
метаморфические
минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, с
каполит и некоторые другие. Характерны, особенно для
слабометаморфизованных
пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.
• - группа кварца и его разновидности;
• - группа алюмосиликатов (корунд, полевые шпаты, слюды);
• - группа железисто-магнезиальных силикатов;
• - группа карбонатов;
• - группа сульфатов.

7.

ГЛАВНЫЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ
Осадочные горные породы
Кремнеземы - различные формы диоксида кремния SiO2·nH2O.
• Кварц - SiO2 в кристаллической форме;
• Опал (аморфная разновидность SiO2-nH2O) содержание воды от 2
до 34%;
• Халцедон (скрыто кристаллическая разновидность кварца,
содержит небольшое
количество воды - SiO2).
Алюмосиликаты (водные) Al2O3·nSiO2·mH2O – глинистые минералы:
•Наиболее
распространенные:
каолинит
(Аl2О3·2SiO2·2H2О),
монтмориллонит, галлуазит, иллит
Карбонаты – соли угольной кислоты
•Наиболее распространенные: кальцит (CaCO3) – в составе мела,
известняка, мрамора, доломит (CaCO3*MgCO3) – в составе доломита,
магнезит (MgCO3) – в составе магнезита, сидерит, арагонит.
Сульфаты – соли серной кислоты
• Гипс CaSO4·2H2O;
• Ангидрит CaSO4.
Фосфаты
• Франколит Ca10 [PO4]6 (CO3);
• Коллофан Ca10 [PO4]6 (F2 ,(OH)2,CO3,O).
Типы пород
Примеры пород
1. Кварцевые и кварцсиликатные
Грубообломочные породы.
Песчаные породы.
Алевритовые породы.
Глинистые породы.
Вулканогенно-осадочные породы
2. Оксидные и
гидроксидные
Кремнистые.
Ферролиты.
Аллиты.
Манганолиты (пиролюзитовые и
псиломелановые руды)
3. Карбонатные
Известняки.
Доломиты.
Сидериты.
Магнезиты
4. Сульфатные
Гипсы.
Ангидриты
5. Галогенные
(галоидные)
Каменная соль.
Сильвинит.
Карналлитовая порода
6. Фосфатные
Фосфориты

8.

УСЛОВНЫЕ БОЗНАЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ
https://vsegei.ru/ru/info/normdocs/method_rukovodstvo/pril/2-10.pdf
Donna L. Whitney and Bernard W. Evans. Abbreviations for names of rock-forming minerals. American
Mineralogist, Volume 95, pages 185–187, 2010

9.

ПРОБОПОДГОТОВКА(ГЕНЕРАЛЬНАЯ-ЛАБОРАТОРНАЯ ПРОБЫ)
Качество приготовления препаратов для анализа имеет первостепенное значение. Плохо приготовленный препарат может привести к искажению
дифракционной картины, вплоть до невозможности определения минерального состава (сдвиг межплоскостных расстояний, появление «лишних»
линий, изменение соотношения интенсивностей).
Для приготовления порошкового препарата необходима ступка из твердого материала (промышленная яшма, агат) и пестик из того же материала,
жидкость (спирт).
• Скалывание и предварительное дробление образца.
• Перенос пробы в ступку.
• Добавление стеклянной трубочкой около 5 гр этилового спирта.
Крышка колбы всегда должна быть закрыта.
• Измельчение образца пестиком до консистенции пудры.
Не следует проводить эту операцию по принципу «чем дольше, тем лучше»,
т.к. при этом можно растереть кристаллы до практически аморфного состояния.
• Запрещается измельчение образца в сухом виде.
• Растертый порошок высушивается и насыпается в стандартные стальные кюветы
с последующим придавливанием. Поверхность образца должна оставаться шероховатой и
находится в плоскости стенок кюветы.
• Излишнее приглаживание образца приведет к увеличению степени текстурированности
слагающих его минералов.
• Если есть необходимость приготовления образца в «сухом виде», используется пестик
с резиновым наконечником.
• Существуют и другие методы пробоподготовки.

10.

МЕТОДЫ УСТРЕДНЕНИЯ ПРОБ (АНАЛИТИЧЕСКАЯ ПРОБА)
Цель — получить относительно небольшое количество
исходного вещества, в котором количественное содержание
всех компонентов должно быть равно количественному
содержанию их во всей массе анализируемого объекта.
Квартование (от лат. quartus — четвёртый) – способ отбора проб
сыпучих тел для химического анализа. Проба смешивается,
рассыпается ровным слоем и делится накрест на 4 части. Из них
две противоположные удаляются, а две оставшиеся вновь
перемешиваются и снова делятся на 4 части. Так поступают, пока
количество материала не уменьшится до необходимого для
анализа.
Шахматный метод отбора проб (метод квадратования) —
способ отбора точечных проб из материала, при котором точки
отбора располагают в шахматном порядке по всей поверхности
опробуемого объекта.
• Разделение материала на равные квадраты взаимно
перпендикулярными линиями. Например, пробу рассыпают
ровным слоем в виде квадрата и делят на 25 равных
квадратов.
• Отбор порций из середины квадратов в шахматном порядке.
Совок вертикально погружают в слой до дна, затем, наклонив
совок, закрывают его лопатой и вынимают.
• Объединение отобранных порций — их объединяют,
перемешивают и вновь сокращают тем же методом, пока не
достигнут необходимой массы пробы.
МЕТОД
ШАХМАТНЫЙ

11.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ С ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рентгеновская лаборатория предназначена для работы с использованием
мягких рентгеновских лучей.
Учитывая физиологическую вредность мягкого рентгеновского излучения, наличие
высокого напряжения и особые условия эксперимента, от персо-нала лаборатории и
студентов, проходящих практику по рентгенофазовому анализу, категорически
требуется точное выполнение нижеизложенных правил техники безопасности.
• При работе необходимо соблюдать правила радиационной безопасности НРБ-99/2009 и ОСП-72.87. Нормы
радиационной безопасности НРБ-99/2009 применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях
воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или
природного происхождения.
• Эксплуатация рентгеновских установок разрешается только при наличии
санитарного паспорта на право работы с источником ионизирующего
излучения в данном помещении.
• Помещение лаборатории должно быть сухим и отапливаемым, пол в
аппаратной должен быть выполнен из изолирующего материала (дерево,
линолеум). Запрещается работать с установками, если на полу комнаты имеется во-да.
• При отсутствии в лаборатории лиц, непосредственно связанных с работой приборов, дверь аппаратной должна быть
запертой.

12.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ С ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
• При включенном аппарате запрещается отсоединять высоковольтные кабели, разбирать защитные колодки и открывать
кожухи пульта управления.
• В случае поражения высоким напряжением все установки должны быть немедленно обесточены выключением
рубильников на силовом щите, и пострадавшему должна быть оказана первая медицинская помощь в соответствии с
общими правилами техники безопасности в лабораториях КФУ.
• К месту работы и приборам посторонние лица не допускаются.
• К непосредственной работе на рентгеновских установках допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющих медицинских
противопоказаний. Женщины в момент установления беременности и на период грудного вскармливания
освобождаются от работы.
• Все лица, в том числе временно привлекаемые к работе с источником ионизирующего излучения, допускаются к работе
после обучения, инструктажа и проверки знаний правил безопасности работ. Проверка знаний правил безопасности
проводится до начала работ и периодически, не реже одного раза в год, а инструктаж – не менее 2 раз в год. Результаты
регистрируются в журнале или карточке инструктажа.
• При работе на рентгеновских установках в лаборатории должно быть не менее двух человек, знакомых с настоящей
инструкцией, один из них должен иметь квалификационную группу не ниже А.
• Чтобы уменьшить возможность вредного воздействия рентгеновских лучей и ионизирующего излучения на организм
человека, пребывание в аппаратной должно быть сведено к минимуму.
• При непрерывной работе на рентгеновских установках продолжительность рабочего дня персонала не должна превышать
5 часов.
• Запрещается дотрагиваться до частей установки мокрыми руками.

13.

ФИЗИЧЕСКАЯ ОСНОВА МЕТОДА
• Условие Вульфа — Брэгга (также Условие Вульфа — Брэггов) определяет направление максимумов дифракции упруго
рассеянного на кристалле рентгеновского излучения. Выведено в 1913 независимо У. Л. Брэггом и Г. В. Вульфом. Имеет вид:

14.

ПРИБОРНАЯ БАЗА
Основные характеристики D2 PHASER:
Cu α = 1,54060 Å
Компактный и простой в управлении прибор.
• Наличие встроенного компьютера.
• Быстрый анализ с применением позиционночувствительного детектора LYNXEYE.
• Новейшее программное обеспечение DIFFRAC.SUITE.
• Большой набор прободержателей.
• Качественный и количественный анализ
кристаллических фаз.
• Структурный анализ.
• Определение размеров кристаллитов.
• Анализ микронапряжений.

15.

Cu α = 1,54060 Å
ПРИБОРНАЯ БАЗА

16.

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Сплошное и характеристическое рентгеновское излучение
При бомбардировке вещества быстролетящими электронами (или другими заряженными
частицами) возникает электромагнитное излучение длиной волны от 10-4 до 800 ангстрем
(Å=0,1 нм). Такое излучение называется рентгеновским. Рентгеновское излучение невидимо
для глаз человека. Регистрируется оно благодаря способности засвечивать
светочувствительные материалы (фотографическая регистрация), вызывать свечение
вещества (люминесцентные экраны, сцинтилляционные счетчики). Распространяются
рентгеновские лучи, как все электромагнитные волны, прямолинейно, не отклоняясь
электрическими и магнитными полями. На границе сред они преломляются.
С точки зрения классической электродинамики возникает сплошной спектр при резком
торможении электронов в поле ядер атомов анода.
Характеристическое излучение объясняется на основе квантовой механики. Если падающий
электрон обладает значительной энергией, то оно может "выбить" электрон с одной из
внутренних оболочек атома зеркала анода. Вакантное место занимает электрон с более
высокого энергетического уровня, а избыток энергии реализуется в виде излучения.
Спектр рентгеновских лучей содержит два накладывающихся друг на друга
излучения: сплошное с непрерывной полосой различных длин волн и
характеристическое, состоящее.

17.

9000
6000
3000
0
Counts
12000
15000
18000
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
67
67.1
67.2
67.3
67.4
67.5
67.6
67.7
67.8
67.9
68
68.1
68.2
68.3
2Theta (Coupled TwoTheta/Theta) WL=1,54060
68.4
68.5
68.6
68.7
68.8
68.9
69

18.

ПРИМЕР ПОЛУЧАЕМЫХ ДАННЫХ
Cu α = 1,54060 Å

19.

ПРИМЕР ПОЛУЧАЕМЫХ ДАННЫХ

20.

Аргиллит
Скв. ХХХ, образец 6. Глубина
отбора 1919,4 м.
301-400
51-75
Элемент
C
O
Na
Mg
Al
Si
S
K
Ca
Ti
Fe
Сумма:
Вес.%
30.26
25.84
0.18
1.03
8.54
22.71
1.42
5.17
1.18
0.40
3.24
100.00
Атом. %
45.13
28.93
0.14
0.76
5.67
14.48
0.80
2.37
0.53
0.15
1.04
100.00
Диагностические признаки:
наличие плитчатой отдельности.

21. Минеральный состав литологических типов пород толщи

Аргиллит
Карбонатнокремнистая
порода
ххх/2 Инт. 1450,70-1450,95м
ххх/22 Инт. 1380,0-1380,30м
ххх/4 Инт. 1367,80-1367,98м
ххх/19 Инт. 1378,70-1378,85м
Мадстоун
ххх/28 Инт. 1383,00-1383,10м
Пелоиднокриноидный
пакстоун-вакстоун
Детритовый
вакстоун
ххх/27 Инт. 1395,66-1395,87м
ххх/30 Инт. 1383,53-1383,91м
1915/56 Инт. 1395,66-1395,87м 1915/47 Инт. 1391,15-1391,25м
разрезе скв.ХХХ встречаются линзовидные
! Втела
с содержанием апатита до 40%.

22. Минеральный состав изученных пород толщи по глубинам

Скв. ХХХ Бондюжское
месторождение
0%
1365,7
1367,8
1373,66
1374
1375
1376,7
1377
1378,7
1379,8
1380
1380,15
1382,05
1382,7
1383,05
1383
1383,12
1383,25
1383,53
1383,73
1384,18
1386,65
1387,2
1388,9
1389,7
1391,15
1392,1
1392
1393,63
1395,66
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Скв. ХХХ Первомайское
месторождение
80%
90%
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1449,85
1450,7
1456,4
Quartz
Calcite
Dolomite
1459,85
1461
1465,72
1466,07
Mixed layer
Mica
Kaolinite
Albite
Microcline
1469,33
Pyrite
1473,5
Apatite
1475,6
Halite
1476,1
1483,3
Cristobalite

23.

Что такое рентгеновская дифракция? Почему «фаза» имеет значение
TiO2, как сообщается в химическом анализе, может проявляться в виде различных
минералов: рутила, анатаза и др.
Взаимодействие рентгеновских лучей с минеральными
фазами приводит к появлению типичных паттернов.
Эти паттерны являются «отпечатками» минеральных
фаз, присутствующих в образце.
Этот «отпечаток» используется для идентификации и
количественного определения минеральных фаз.

24.

ASTM и PDF-2 базы данных
• 1941 г. известные рентгендифракционные спектры были изданы в форме картотеки PDF с ключом для поиска, схему
которого предложил Дж.Ханавальт. Ключ включал данные по трем самым интенсивным отражениям, химическую
формулу и номер карточки с полной информацией по данному соединению.
• 1969 г. созданна картотека стала называться Порошковая дифракционная картотека объединенного комитета порошковых
дифракционных стандартов" (PDF JCPDS).
• В 1978 г. 14 международных и национальных научных обществ, в первую очередь США, ФРГ, Канады, Австралии, Франции,
Великобритании и Японии, под эгидой Международного союза кристаллографов учредили ICDD - PDF-2 - Международный
центр дифракционных данных, в котором активно работают 250 исследователей из 33 стран. Она состоит из двух
независимых частей, включающих сведения о неорганических и органических соединениях соответственно.
• С 1985 г. порошковые рентгеновские данные доступны в компьютерной форме. Широкое использование автоматических
порошковых дифрактометров (в начале 1998 г. их число во всем мире возросло до 45 тыс.). К 1998 г. 47 сетов содержали
информацию о -106 тыс. соединений, причем темп пополнения этой картотеки непрерывно растет и в настоящее время
составляет -2500 соединений в год (-80% - неорганические соединения, 20% - органические)
• В базе данных по кристаллическим структурам неорганических соединений (ICSD - Inorganic Crystal Structure Database)
Университета Бонна на начало 1998 г. содержались сведения о 3
• 7800 соединениях
• ICDD PDF-2 это колоборация таких институтов как: ASTM ––American Society for Testing Materials; JCPDS - Joint Committee
on Powder Diffraction Standards; ICDD - International Centre for Diffraction Data.

25.

Базы данных ICDD БД PDF-2
• Постоянно редактируется, дополняется и обновляется.
• Каждый год добавляется - 2,500 экспериментальных и несколько тысяч расчетных рентгенограмм.
• Компьютерный поиск начиная с 1985г. Содержит рентгенограммы чистых фаз Выпуск 2013г.
• Содержит > 265,000 рентгенограмм.