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阴极发光系统在石油地质行业中的应用

2015-7-29 14:06| 发布者: fansiyuan| 查看: 921| 评论: 0

摘要: 在扫描电镜、电子探针分析领域里,利用阴极发光技术研究晶态材料和矿物中的晶体缺陷、杂质元素的存在形式,矿物成因和矿物中微量元素的地球化学作用以及矿物在不同地质环境下的某些标型特征等问题,是一种很有潜力的矿 ...

阴极发光系统在石油地质行业中的应用

(一)阴极发光系统应用介绍

在扫描电镜、电子探针分析领域里,利用阴极发光技术研究晶态材料和矿物中的晶体缺陷、杂质元素的存在形式,矿物成因和矿物中微量元素的地球化学作用以及矿物在不同地质环境下的某些标型特征等问题,是一种很有潜力的矿物学研究方法,已经在材料科学、矿物学、岩石学、地球化学以及矿床学等学科中取得了很大的成就。

迄今为至,阴极发光技术应用得最成功的领域要算是地质学,而地质学中最成功的一个应用范围便是矿物学。由于现代技术方法和物理、化学理论的发展古老的矿物学与固体物理、量子化学相结合形成了矿物物理学,反过来又直接影响着地质学。矿物是在大自然这个规模宏大的实验室中形成的天然化合物。长期而又复杂的地质过程控制了矿物的形成变化,在矿物中留下了各种各样的痕迹。天然矿物不仅结构类型众多,且具有不同的杂质和缺陷,造成了各种特异性能。阴极发光是获得这些信息的有效方法之一。比较这种矿物本身携带的信息,有可能揭示温度、压力、组份、元素的氧化还原性能,时空因素、应力因素等物理化学条件上的差异,从而引起对复杂的地质作用认识上的深化,进一步促进成因矿物学、地球化学、矿床学甚至构造学的发展。从固体物理、量子化学和晶体结构入手来解释这些晶体缺陷和杂质元素的阴极发光信息,阐明微观现象和宏观现象的内在联系是今后矿物物理发展的一个重要方向。

实验证明,阴极发光现象多是由于矿物中含MnTiWCaMgCrEuCeUTh等过渡族或稀土元素( 尤其MnTiw) 引起的,或者由于矿物晶体在生长过程中因种种原因造成晶体的多晶、双晶、镶嵌、滑移、生长条纹、应力、位错、杂质分布不均等缺陷引起的,这是矿物阴极发光的两种主要解释。杂质元素的混入决定于矿物形成时系统的封闭程度,这些元素在地质作用下通过离子迁移进入晶格,引起晶体物质的晶格畸变,改变原有的能带构造,全导带中的一部分电子与离子化的激活剂中心结合,产生贴身或发射,即发光.当这些元素作用为杂质而不是主要成分时,它们可以在不连续的矿物中出现,而且在矿物中常是不均匀分布的,它们是晚期进入矿物中的杂质,常能增加发光的强度。下图为阴极发光系统对石英的鉴定:

砂岩中的石英阴极发光像

GATAN的阴极发光系统,就是根据石油地质行业矿物的发光特性的特点,结合扫描电镜来进行材料成分、二次结晶、共生、断裂填合、辐射环、化石和有机残留物中的骨骼结构、胶结过程的描述、自生长石和自生石英的鉴定、砂石等的胶结、矿物在分离过程中的辨认最终能获得矿物成因产状及地球化学信息。

锆石二次电子像 

      

锆石阴极发光图像

页岩起源的鉴定

()GATAN  MonoCL4阴极发光系统的主要特点:

美国GATAN公司成立于1964年并于70年代末进入中国市场。GATAN公司以其产品的高性能及技术的先进性在全球电镜界享有极高声誉。

作为世界领先的设计和制造用于增强和拓展电子显微镜功能的附件厂商,其产品涵盖了从样品制备到成像、分析等所有步骤的需求。产品应用范围包括材料科学、生命科学、地球物理学、电子学,能源科学等领域, 客户范围涵盖全球的科研院所,高校,各类检测机构及大型工业企业实验室,并且在国际科学研究领域得到了广泛认同。



MonoCL4GATAN公司生产的世界领先的阴极发光(CL)系统中的最新一代。MonoCL成为高分辨阴极发光成像及光谱分析的代名词己经超过15年,已成功安装在成百上千的扫描电镜、透射电镜和电子探针上。MonoCL4在性能和功能上的最新进展使其继续站在CL领域的最前沿。

MonoCL4的设计使用直接耦合腔式单色器与高效率探测器。该设计的最大优势在于使阴极发光的采集效率达到最大化。这种方式的光损失最低,并在很宽的光谱范围内获得最大的灵敏度,从而使MonoCL4拥有无与伦比的灵敏度。因而可实现:

•低注入量,获得高空间分辨率,避免非平衡状态的产生及最小化光诱导假象;

•窄带宽操作,获得高光谱分辨率及单色成像;

•缩短采集时间,提高使用效率;

•为更多的样品提供CL应用.甚至可应用在某些束流有限的SEM

•为产生阴极发光体积元有限的样品提供CL分析。比如薄膜、纳米线、纳米颗粒和TEM样品等。

()GATAN  MONO CL4产品主要技术参数

采集镜

1、可伸缩、可拆卸、金刚石加工的抛物面形CL采集镜,标准伸缩距离为75mm

2、具有LED采集镜位置指示器。

3、采集镜厚度为8.75 mm

光谱仪

4、直接耦合腔式单色器与高效率探测器,与腔式单色仪直接光学耦合,达到阴极发光的采集效率达到最大化。

5、高效消色差光学。

6、马达驱动的反射镜,用于切换全色模式与单色模式。

7、配备分光器:1200 l/mm 500nm闪耀波长的光栅,可对任一波长进行单光成像并可结合全光光谱图

8、千分尺狭缝,用于控制光谱分辨率和带通。

9、直列4位置过滤架,包括可移动的RGB过滤片。

10、内置ITSL光谱校正灯。

11、对应于每个探测器与衍射光栅组合的系统响应曲线(350nm到探测器的极限)。

12、自动控制全光分光调节装置,可得全光影像,单光影像及谱图

探测器

13、内置前置放大器的PMT探测器,波长范围185nm~ 850nm

控制器

14PA4控制器,用于控制单色仪和探测器。

15、手动远程控制器,用于成像控制和PMT高压的数字读出。

软件:

16、配置 Digital Micrograph软件,用于系统控制,数据记录、存档、展示与输出。

    MonoCL4软件插件,用于控制单色器、探测器和光谱的串行采集。启动仪器时将自动运行光谱校准程序,以及多个高斯曲线拟合的脉冲计数光谱程序。

电脑:

17、带Windows系统的计算机与22英寸的宽屏显示器。

 

        欲了解更多详情您还可以拨打全国免费咨询电话800-8900-558或扫描微信二维码加入微信公共平台进行互动讨论!


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