透射电子显微镜在地球科学研究中的应用

随着新技术应用和学科交叉融合,现代地球科学的研究尺度正在向更宏观和更微观两极延伸,分别促进了行星地球科学的发展和纳米地球科学的诞生.纳米地球科学借助先进的微区原位分析技术,旨在研究地学中的纳米尺度现象,如纳米矿物/颗粒、纳米结构和纳米矿物界面等及其在地质、地球化学过程中的作用.透射电子显微镜具有纳米和原子水平的空间分辨率和多种微区原位分析能力,是纳米地球科学研究中的重要分析平台.本文在介绍透射电子显微镜工作原理的基础上,举例评述了透射电子显微镜技术在岩石超微结构、球粒陨石和矿物中痕量元素赋存以及微生物矿化作用与微化石研究中的应用,并简要介绍了透射电子显微镜在地球科学研究应用中的注意事项及相关建议.     

多尺度多组分数字岩心构建与弹性模拟研究（英文）

常规数字岩心模型由于尺寸较小,对于非均质性较强的复杂岩心,难以具有代表性,模拟得到的岩石物理参数也难有参考性。以三组砂岩样品为例,本文提出了一种可行的构建多尺度多组分数字岩心的方法。利用CT对柱塞岩心和毫米柱塞样品进行不同分辨率的扫描成像,并利用改进的图像配准方法进行扫描图像的精确配准。对于高分辨率扫描图像,利用常规图像分割方法,将岩心分割为孔隙和不同的矿物组分。基于配准关系,构造低分辨率图像的灰度与孔隙度、矿物组分含量的关系曲线。将构造的关系曲线应用到低分辨率扫描图像的图像分割过程。完成分割之后的数字岩心集合即构成了多尺度、多组分的数字岩心模型。基于多尺度多组分数字岩心模型,考虑了四种矿物模型,分别研究了细尺度和粗尺度下随着模型尺寸变化,三组岩心样品弹性模量的变化规律。结果表明:利用多尺度多组分数字岩心模型能够克服常规模型存在的代表性问题,实现岩心不同尺度孔隙、矿物的准确表征。在大尺度上计算的岩石弹性参数更具备代表性,同时岩石矿物组分考虑的越充分,模拟结果与实验结果越吻合。     

地质多孔介质成像技术现状与进展

过去十年间,广泛应用的多孔介质成像技术给地质与油气勘探开发领域内流体渗流特性以及岩石物理属性的实验与数值模拟研究带来革命性的变革.多孔介质成像技术的应用使得研究介质微观世界成为可能并且取得的一定的进展.成像技术不仅可以直观显示多孔介质微观结构,而且还是建立孔隙介质微观模型的基础.然而,多孔介质成像技术仍然存在挑战,为了了解各种成像技术的挑战以及相应的解决措施,调研多孔介质成像方法:光学显微镜技术,扫描电子显微镜技术,聚焦离子束纳米层析成像技术,X射线计算机层析成像技术,相位对比层析成像技术,小规模层析成像技术.介绍每种成像技术的技术原理,技术局限性和改进措施,各种技术应用范围及其当前重要应用.光学显微镜技术与扫描电镜,聚焦离子束纳米层析成像以及X射线计算机层析成像技术实现光电联用,扫描电子显微镜技术实现矿物识别,泥页岩纳米-微米级孔隙成像以及通过图像拼接构建具有高分辨率大视域的高清图像,X射线计算机层析成像技术实现动态成像与不同分辨率图像的融合.然后总结了各种方法的优缺点,适用性以及未来发展方向.本文旨在使读者了解孔隙介质成像技术的原理、局限,以及每种成像技术在当前石油勘探热点领域中的应用,掌握多孔介质成像技术现状以及未来的发展方向和热点.这些不仅有利于展现多孔介质微观世界,而且有助于研究人员针对多孔介质的特点选取合适的成像技术或技术组合,以期推动多孔介质成像技术进一步的发展和应用.     

呼伦湖表层沉积物的磁性矿物组成特征

本文选择内蒙古呼伦湖表层沉积物为研究对象,通过测量沉积物样品的室温下χ-T曲线、等温剩磁获得曲线和反向场退磁曲线、一阶反转曲线(FORC图)以及低温(20～300 K)下剩磁随温度变化曲线、Verwey转变温度,结合电子显微镜分析,获得了样品中磁性矿物组成信息.揭示出呼伦湖表层沉积物中磁性矿物含量较低,以假畴磁铁矿为主,含有部分单畴和多畴颗粒.这些结果对于理解呼伦湖沉积物的磁性信号、古环境和古气候重建等具有研究价值.     

基于Voxler软件的重力三维反演数据可视化应用研究

随着三维地质信息技术的发展,三维预测成为大比例尺深部找矿预测的重要途径和发展趋势.本文对研究区重力异常数据进行了三维反演,并用Voxler软件对反演结果进行了三维可视化呈现.对研究区已知钻孔、地质图等信息进行了数字化和投影,并以此为先验信息,选择了适当的可视化呈现方式,最后建立了能够反映区内密度分布结构的数字化模型.在此基础上,开展了部分地质解释和未知区找矿预测.结果表明:运用Voxler软件能恢复地下三维密度分布结构,以此建立的三维重力建模能够表达地质环境,并直观的对全区资料进行浏览、分析、研究.说明先验信息约束下的重力三维建模技术在研究在深、边部找矿和重力异常的精细处理等方面具有潜在的价值和广阔的应用前景.     

一阶反转曲线（FORC）图的原理及应用实例

自然样品中的磁性矿物携带着丰富的环境演化信息．然而在一般情况下,自然样品的磁性是其含有的诸多磁性矿物的综合反映．为了分离这些磁信息,近年来发展了一种新的岩石磁学方法：一阶反转曲线（FORC）图．该方法不但可以确定磁性矿物矫顽力的分布以及磁性矿物颗粒之间磁相互作用的强弱,而且还可以帮助区分磁性矿物的种类和磁畴状态．本文首先详细介绍该方法的基本原理和其物理意义,在此基础上,给出了一个应用FORC图确定含铝的钛磁铁矿玄武岩样品中磁性矿物在加热过程发生转变的研究实例．在两个温度下的FORC图密度分布差的结果表明,这种新方法可以灵敏地检测样品中微弱的磁性矿物改变,因此在岩石磁学、环境磁学和古地磁学研究中具有很好的应用前景．     

带保温层压力管道CBS检测软件系统设计

目的 康普顿背散射扫描成像技术具有在线、单侧等优点，广泛应用于航空、航天、石油等领域。资料与方法 针对该技术在带保温层管道检测上的应用，给出了—套面向用户的检测软件。结果包括参数设置、能谱测量、扫描测量、三维显示以及保存打印等模块。结论 主控程序具有界面友好、简单易学等特点，本软件系统及应用该软件的扫描图像，显示效果良好。     

微磁模拟及在岩石磁学中的应用

岩石或沉积物的磁学性质受到所含矿物的种类、粒径、形状、相互作用以及环境等多种因素的作用,但是传统的岩石磁学实验很难定量解耦这些参数的影响.本文从微磁模拟与岩石磁学相结合的角度探讨了定量分析矿物磁学特征的研究进展.首先对微磁模拟的原理和发展历程进行了简要介绍.随后就矿物磁信息记录的物性影响和化学改造两个基本问题,总结了微磁模拟在岩石磁学领域的应用特色.最后对微磁模拟在岩石磁学中的研究前景提出了展望.以上讨论指出微磁模拟在地学中具有重要应用价值,加深了我们对地质过程中矿物磁学性质的理解.     

工程勘察中激光三维扫描和建模技术研究

激光三维扫描和三维地质建模技术的应用,使得工程地质体的变形、沉降、扭转、位移勘察工作变得更加高效、快速和经济.简要介绍了逆向工程的基本思想,探讨了逆向工程在工程勘察中的应用模式,基于激光三维扫描仪器Trimble GS200和三维数据处理软件CATIA,阐述了工程勘察过程中数字模型的建立方法和图像数据的处理流程,并通过对处理结果的分析来完成工程勘察的目标.通过对一个实体数据实例的分析和模拟,实现了对实体表面地质数据的全面分析和动态监控.分析发现,联合应用激光三维扫描和三维地质建模技术,能够在河道变形分析、大坝位移与变形监测、飞机跑道路面勘察、桥梁变形监测等工程勘察工作中发挥作用,其发展前景非常广阔.     

螺旋CT在肾脏疾病中的应用

螺旋ＣＴ扫描通过快速连续扫描方式立体地采集数据,在肾脏应用方面,与常规ＣＴ比较,具有以下特点：①明显缩短检查时间,可进行肾脏多期扫描;②原始立体数据获得后,可进行任意层面、任意间隔及任意层面重叠程度的图像重建;③后处理功能丰富,可获得高质量的多平面重建图象,三维图象,ＣＴ血管造影及ＣＴ防真内窥镜等图像。螺旋ＣＴ克服了传统ＣＴ的一些不足,具有更高的临床应用价值,更广的临床应用范围及应用前景．     

北京密云水库表层沉积物磁性矿物的鉴别

本文对密云水库表层沉积物中的磁性矿物进行了岩石磁学和透射电子显微学的综合研究.本实验建立的磁选方法实现将70%~85%左右的磁性矿物从沉积物中分离出来.岩石磁学研究表明,密云水库沉积物中的磁性矿物以多畴和单畴磁铁矿为主,还含有少量高矫顽力弱磁性载磁矿物(可能为赤铁矿).对磁选矿物的透射电镜观测表明,样品中部分单畴磁铁矿具有纳米尺寸和化学纯度高等特点,为拉长的立方-八面体磁铁矿,是趋磁细菌产生的化石磁小体;多畴磁铁矿多数具有微米尺寸,形状不规则,为碎屑成因;超顺磁磁铁矿粒径约为5~20nm,且含硅、铝等元素,可能为自生成因.研究结果表明,岩石磁学和透射电子显微学的综合应用可以更全面、准确地分析沉积物中磁性矿物的成分、含量、粒径和化学成分等信息,为环境磁学、生物地磁学和古地磁学研究提供依据.     

嫦娥五号月壤中富KREEP角砾岩及其意义

月球角砾岩为研究月壳的物质组成、冲击过程和演化历史提供了重要依据.本文重点研究了嫦娥五号(CE-5)月壤中一颗独特的表壤角砾岩(CE5C0000YJYX070GP, CE5C).它主要由玄武岩碎屑、单矿物碎屑以及冲击熔融碎屑(包括中钛玻璃、高铝玻璃和含晶体冲击熔融碎屑)组成,是CE-5样品中已知粒度最大且岩相组成最为复杂的角砾岩之一.综合借助扫描电子显微镜、TESCAN综合矿物分析仪、电子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等技术,对其中代表性碎屑的岩相学和矿物化学进行了详细研究.分析结果表明, CE5C是一颗月海-高地混合型表壤角砾岩,含有丰富的类KREEP组分(>20vol.%).这是首次在CE-5样品中发现如此高比例的类KREEP组分. CE5C中钛玻璃原岩为富铁(24.0wt.%)、中钛(5.5wt.%)类型玄武岩. CE5C高铝玻璃的化学成分特征与KREEP组分一致.结合着陆区区域地质背景, CE5C角砾岩可能起源于P58/Em4月海单元与东部邻近高地之间的混合区域.虽然CE5C代表性有限,但其中较多的外来类KREEP组分为理解CE-5着陆区的物质来源提供了重要视角. C...     

利用流体包裹体分析技术研究地震和断层活动的进展

矿物中的流体包裹体记录了地球古流体的形成和演化、矿物的形成环境等各种地质信息。利用微区微量测量技术测定断裂带脉石矿物流体包裹体可以获得断层和地震活动的信息,延长认识地震复发周期的时间,对确定地震活动规律有重要意义。迄今为止,地震流体研究主要是关于宏观区域流体(水和气体)变化规律及其与地震的关系,对微区微量流体的研究很少。本文扼要介绍了地震和构造活动中流体作用与流体包裹体拉曼光谱测量技术,综述了流体包裹体(FI)分析在地震与断裂活动方面的研究进展,并提出了进一步研究的领域,以期促进微区微量地震流体研究和应用。     

滇西点苍山变质杂岩中叠加低温糜棱岩的变形-变质、流体及地质意义

点苍山变质杂岩是发育在哀牢山-红河走滑断层带上的四个变质杂岩体之一,其遭受了多阶段的变质-变形改造,特别是自晚渐新世以来其深变质岩石广泛遭受了高温韧性剪切变形及从地壳深部剥露到地表过程.本文在前人研究成果及详细的野外地质观测的基础上,对新生代点苍山杂岩的深变质岩石变形-变质作用和剥露过程开展了相关研究,尤其是重点针对叠加低温糜棱岩开展了详细的研究.其中通过光学显微镜、扫描电子显微镜的附件电子背散射衍射以及结合阴极发光技术方法和手段,开展了叠加低温糜棱岩的显微构造、变形矿物晶格优选定向以及矿物相的深入分析.研究结果表明:(1)点苍山深变质杂岩经历了早期的高温左行剪切变形以及晚期的伸展快速剥露过程,其低温变形-变质构造特征和矿物组合叠加在早期的高温变形-变质基础之上,且高温显微构造和组构部分或全部遭受晚期叠加低温剪切变形作用改造;(2)叠加低温变形-变质出现在韧-脆性转换过程中;(3)同构造剪切叠加低温变形-变质过程中的流体非常活跃,以及伴随由动态重结晶作用和/或伴随的破裂-微破裂作用导致岩石中主要组成矿物强烈细粒化,并进一步致使变形应变局部化(如微剪切带发育),其常常伴随着岩石强度的降低,并在进一步的演变过程中影响着岩石的整体流变性.     

青藏高原周围河流基岩和碎屑矿物低温热年代学研究进展

大型河流是陆源碎屑物质搬运入海、入盆的主要方式,对全球地球化学循环起到了重要的作用。青藏高原是东亚和南亚大型河流的主要发源地,来源于这些河流的碎屑沉积物,不仅提供了源区重要的地质演化信息,同时还记录了河流本身的演化发育情况。碎屑矿物(锆石、磷灰石等)低温热年代学方法可对河流物源区进行限定,建立其源-汇沉积体系;还可以结合区域构造变形分析,获得河流潜在的物源区和高原地貌格局的形成年代,是近几年的研究热点。文中在近几年青藏高原周围的大型河流碎屑矿物和河谷基岩低温热年代学研究结果的基础上,对这些成果进行了总结和梳理。提出在进行河流碎屑矿物低温热年代学分析时,应在河流上游、中游和下游关键地点进行系统采样,同时加强主要支流的样品分析,才能给出更为详尽的区域热历史演化结果。在河谷基岩低温热年代学分析时,针对同一河流不同河段采用同一低温热年代学方法和不同河段同一研究位置采用多矿物(磷灰石、锆石等)低温热年代学分析方法,给出的河流下切时间序列更完整。并建议在青藏高原地区,将河谷基岩和河流碎屑矿物低温热年代学结果相结合,同时运用研究区内构造分析以及其他沉积学等研究结果,可提供研究区内详细的构造和河流自身演化过程。     

地震层析成像技术在岩体完整性测试中的应用

地震波层析成像借鉴了医学上X射线断面扫描的基本原理,利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息,通过数学处理重建地质体内部图像,从而得到所研究地质体的岩性及构造分布。本文利用这种方法,在一个钻孔中利用电火花震源激了弹性波,在另一个钻孔布设多个检波点同时接收,拾取弹性波初至时间,将接收到的数据利用SIRT方法进行反演迭代计算,最终形成一个弹性波速度谱图,然后利用岩土体的弹性波速度差异推断岩体完整性分布。与其它测试方法比较,该方法分辨率高,空间位置准确,在工程物探、岩土工程勘察中具有较好的应用前景。     

基于沉积过程的数字岩石建模方法研究

本文提出模拟地层沉积及成岩过程的矿物沉积算法,建立数字岩石模型,并通过对比Micro-CT扫描图像和数值模型的局部孔隙度及平均渗流概率函数分布特征,评价建模的准确性.结果表明,由二维扫描提取的粒径信息作为输入参数,模拟矿物沉积过程建模得到的三维数字岩石模型,能够准确重构原始岩心的非均质性及渗流特性,成功应用于泥质砂岩、碳酸盐岩、页岩等存在多矿物或多尺度孔隙的数字岩石建模中.数字岩石物理是正在兴起的重要技术.数字岩石采用超高分辨率先进成像装备,采集和表征微纳尺度岩石结构,在岩石弹性、电性、核磁、渗流特性等数值计算中发挥重要作用.但是,由于三维直接成像在有限视域内难以表征足够的岩石非均质性,提取二维结构统计特征,利用统计或地质过程法重构具有代表性的三维岩石结构成为十分有价值的研究课题,而且,对业界大量存在的岩石薄片及电镜高清二维图像的深度开发应用也具有重要的现实意义.本文发展的新方法,复原沉积过程,较好地解决了孔隙尺度岩石物理定量研究中数值建模与理论计算的技术瓶颈.     

测井技术在地震目标追踪应用中的方法探讨

目前常见测井-地震综合应用技术主要是测井约束地震反演技术,该技术存在两方面的研究精度问题.一是初始模型等因素影响反演的精度和分辨率,二是波阻抗的多解性难免造成反演的多解性.由于存在以上原因,有必要探索其他方式的"井震结合"研究思路,根据测井、地震信息具有地质背景成因一致的特点,提出寻找二者具有的、可相互辨识的共同地质属性的分析方法,研究认为,测井、地震共同地质属性的辨识可表现在两方面,一是测井、地震信息在地质界面上下地质成因相同.深入研究两者可相互辨识的地质属性信息,可提供地质界面的识别与追踪依据;二是对于一个具体的地质事件或地质体,也理应找到具有同一成因基础的、可相互辨识的信息响应依据.利用该方法对羊二庄某区的实践表明,在测井、地震信息成因一致性分析手段的基础上,开展测井-地质共同地质属性的辨识、追踪研究,对复杂油气区有利目标的追踪具有有效性,该研究成果被钻井结果证实.     

苏鲁地体副片麻岩锆石微区的矿物包体及其对SHRIMP定年的意义

采用激光拉曼和阴极发光技术, 确认南苏鲁副片麻岩中锆石微区的矿物包体分布特征与阴极发光图像存在完好的对应关系. 在同一副片麻岩锆石样品中, 有的锆石具有继承性(碎屑) 锆石的核部、超高压的幔部和退变边, 其中核部包体矿物为Qtz + Phe + Ap + 杂质和Qtz + Phe + 杂质等, 超高压幔部的矿物包体为Coe和Coe + Phe 等, 表明该类锆石是在继承原岩碎屑锆石的基础上, 于超高压变质阶段开始增生; 而有的锆石则具有超高压变质的核部和幔部以及退变边, 其中核部和幔部超高压矿物包体以Coe, Coe + Ap和Coe + Phe为特征, 而退变边的矿物包体则为Qtz等, 表明该类锆石是在超高压变质阶段开始结晶生长, 并经历了后期退变质作用的改造. 采用SHRIMP离子探针技术, 在上述副片麻岩不同成因类型的锆石微区中进行定年测试, 结果表明继承性 (碎屑) 锆石微区的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为284~754 Ma, 离散性强, 表明片麻岩的原岩继承性碎屑锆石来源的复杂性, 并明显经历了超高压变质事件的改造; 含柯石英锆石微区所记录的超高压变质年龄为238~266 Ma, 平均值为245 ± 14 Ma; 而锆石的退变边所记录的退变质年龄则为213~223 Ma之间, 平均值为217 ± 15 Ma. 这些SHRIMP定年结果表明, 苏鲁超高压变质带在220 Ma左右开始折返抬升.     

四川冕宁-德昌稀土成矿带铜锌、铜锡合金矿物的发现及成因意义

对扬子地台西缘喜马拉雅期稀土成矿带-四川冕宁-德昌稀土成矿带中两个大型稀土矿床, 牦牛坪稀土矿床和大陆槽稀土矿床矿石矿物组成进行详细研究. 通过矿物的反光镜下特征、扫描电子显微镜/能谱分析(SEM/EDS)和电子探针分析(EPMA), 发现了铜锌矿、含锡自然铜和自然锡三种含铜合金矿物, 这是国内首次在稀土矿床中发现铜锌合金矿物. 铜锌矿、含锡自然铜均属自然界罕见的矿物种类, 其生成条件独特, 因此该合金矿物的发现具有重要的理论意义. 通过对铜锌矿、自然锡的产状及与国内已发现自然金属矿物的成因矿物学研究对比, 认为冕宁-德昌稀土成矿带的形成与喜马拉雅期深源(幔源)岩浆作用有关.