Методы исследование_1

МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ
ГОРНЫХ ПОРОД
МИКРОСКОП И МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
• В микроскопе различают механическую и оптическую части.
• К механической части относятся: штатив (состоящий из основания и тубусодержателя)
и укрепленные на нем тубус с револьвером для крепления и смены объективов,
предметный столик для препарата, приспособления для крепления конденсора и
светофильтров, а также встроенные в штатив механизмы для грубого (макромеханизм,
макровинт) и тонкого
(микромеханизм, микровинт) перемещения предметного столика или тубусодержателя.
• Оптическая часть микроскопа представлена объективами, окулярами и осветительной
системой, которая в свою очередь состоит из расположенных под предметным столиком
конденсора Аббе, зеркала, имеющего плоскую и вогнутую сторону, а также отдельного
или встроенного осветителя. Объективы ввинчиваются в револьвер, а соответствующий
окуляр, через который наблюдают изображение, устанавливают с противоположной
стороны тубуса. Различают монокулярный (имеющий один окуляр) и бинокулярный
(имеющий два одинаковых окуляра) тубусы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА МИКРОСКОПА И
ОСВЕТИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
• Основную роль в получении изображения играет объектив. Он строит увеличенное,
действительное и перевернутое изображение объекта. Затем это изображение
дополнительно увеличивается при рассматривании его через окуляр, который аналогично
обычной лупе дает увеличенное мнимое изображение.
• Увеличение микроскопа ориентировочно можно определить, умножая увеличение
объектива на увеличение окуляра. Однако увеличение не определяет качества изображения.
Качество изображения, его четкость, определяется разрешающей способностью
микроскопа, т. е. возможностью различать раздельно две близко расположенные точки.
•
Предел разрешения — минимальное расстояние, на котором эти точки еще видны
раздельно,— зависит от длины волны света, которым освещается объект, и числовой
апертуры объектива. Числовая апертура, в свою очередь, зависит от угловой апертуры
объектива и показателя преломления среды, находящейся между фронтальной линзой
объектива и препаратом. Угловая апертура—это максимальный угол, под которым могут
попадать в объектив лучи, прошедшие через объект. Чем больше апертура и чем ближе
показатель преломления среды, находящейся между объективом и препаратом, к
показателю преломления стекла, тем выше разрешающая способность объектива.
РАЗЛИЧАЮТ ПОЛЕЗНОЕ И БЕСПОЛЕЗНОЕ
УВЕЛИЧЕНИЕ.
• Полезное увеличение обычно равно числовой
апертуре объектива, увеличенной в 500—1000
раз. Более высокое окулярное увеличение не
выявляет новых деталей и является
бесполезным.
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СРЕДЫ, КОТОРАЯ НАХОДИТСЯ МЕЖДУ ОБЪЕКТИВОМ И
ПРЕПАРАТОМ, РАЗЛИЧАЮТ «СУХИЕ» ОБЪЕКТИВЫ МАЛОГО И СРЕДНЕГО
УВЕЛИЧЕНИЯ (ДО 40 Х) И ИММЕРСИОННЫЕ С МАКСИМАЛЬНОЙ АПЕРТУРОЙ И
УВЕЛИЧЕНИЕМ (90—100 Х). «СУХОЙ» ОБЪЕКТИВ - ЭТО ТАКОЙ ОБЪЕКТИВ, МЕЖДУ
ФРОНТАЛЬНОЙ ЛИНЗОЙ КОТОРОГО И ПРЕПАРАТОМ, НАХОДИТСЯ ВОЗДУХ.
ШЛИФ — ТОНКАЯ ПЛАСТИНКА ГОРНОЙ ПОРОДЫ ИЛИ МИНЕРАЛА, ПРИКЛЕЕННАЯ
НА СТЕКЛО. СТАНДАРТНЫЙ ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ ШЛИФ ИМЕЕТ ТОЛЩИНУ 0,030,02 ММ, ПРИКЛЕЕН НА СПЕЦИАЛЬНУЮ СМОЛУ — КАНАДСКИЙ БАЛЬЗАМ И
ПОКРЫТ СВЕРХУ ТОНКИМ СТЕКЛОМ. РАЗМЕР СТАНДАРТНОГО ШЛИФА ПРИМЕРНО
2Х4 СМ. ШЛИФЫ ИЗГОТАВЛИВАЮТ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОРОДЫ
НА ПЕТРОГРАФИЧЕСКОМ МИКРОСКОПЕ. ИЗУЧЕНИЕ ШЛИФОВ ЯВЛЯЕТСЯ
ОСНОВНЫМ МЕТОДОМ НАУКИ ПЕТРОГРАФИИ.
•
Стандартный шлиф
Толщина стандартного шлифа была принята не просто так. Это толщина, при
которой кварц в скрещенных николях имеет серые цвета интерференции. В
более толстых шлифах многие важные породообразующие минералы могут
быть непрозрачны (в частности магматические амфиболы и пироксены), что
значительно затруднит их определение и изучение взаимоотношений. Шлифы
тоньше стандартных часто сложно изготовить, и минералы будут в них
бесцветны, что также усложнит их идентификацию. С другой стороны, в
шлифах стандартной толщины оптические свойства минералов относительно
постоянны и стандартны, что значительно облегчает их определение. Часто
шлифы не покрываются стёклами (непокрытые шлифы). Это позволяет
изучать их в отражённом свете и анализировать различными методами.
•
Нестандартные шлифы
Часто изготавливаются нестандартные шлифы, технология изготовления
которых зависит от целей исследования.Шлифы, которые толще стандартных,
часто используются для изучения включений в минералах. У таких пластинок
полируются обе стороны, или же изготавливается шлиф толще стандартного, в
котором под микроскопом выбираются наиболее интересные участки и они
отклеиваются и изучаются методами термобарогеохимии, микрозондом и т. п.
Иного рода трудности связаны с изготовлением шлифов пород, содержащих
особо твёрдые минералы, например алмазы. В таком случае применяются
специальные методы щадящего шлифования. Специальные методы
применяются для изготовления шлифов, которые содержат минералы,
растворимые в воде, или тают при комнатных температурах (например
шлифы льда или солей).Иного рода трудности связаны с изготовлением
шлифов пород, содержащих особо твёрдые минералы, например алмазы. В
таком случае применяются специальные методы щадящего шлифования
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШЛИФОВ
• Изготовление шлифов состоит из следующих основных операций:
• подготовка образца: изготовление из него пластины подходящего размера.
• шлифовка одной стороны образца, к которой будет приклеено стекло. Обычно её шлифуют на не
сильно мелком порошке, так как слабая шероховатость сглаживается бальзамом и не мешает
изучению.
• подготовка стекла. Стекло должно быть совершенно ровное, сторона, на которую будет клеиться
шлиф, должна быть пришлифована на крупном порошке до придания ей матового блеска. Это нужно
для того, чтобы шлиф не отклеивался.
• приклеивание образца к стеклу. При этом важно избежать захвата пузырьков воздуха.
• шлифовка образца до толщины, близкой к стандартной.
• доводка шлифа до стандартной и одинаковой по всей площади толщины. Толщина шлифа
контролируется на петрографическом микроскопе. Это самая трудоёмкая работа, требующая опыта и
лёгкой руки.
МИКРОСКОП
• Микроскоп (греч. μικρός — маленький и σκοπέω — смотрю) —
прибор, предназначенный для
получения увеличенных изображений, а также измерения объектов
или деталей структуры, невидимых или плохо видимых
невооружённым глазом.
• Совокупность технологий и методов практического использования
микроскопов называют микроскопией.
• Первые микроскопы, изобретённые человечеством, были
оптическими, и первого их изобретателя не так легко выделить и
назвать. Самые ранние сведения о микроскопе относят к 1590 году и
городу Мидделбург, что в Голландии, и связывают с
именами Иоанна Липперсгея (который также разработал первый
простой оптический телескоп) и Захария Янсена, которые
занимались изготовлением очков. Чуть позже, в 1624-ом
году Галилео Галилей представляет свой составной микроскоп,
который он первоначально назвал «оккиолино»(occhiolino итал. —
маленький глаз). Годом спустя его друг по Академии Джованни
Фабер предложил для нового изобретения термин микроскоп.
ВИДЫ МИКРОСКОПОВ
Оптические микроскопы



Электронные микроскопы

Сканирующий зондовый микроскоп

Рентгеновские микроскопы

o


Ближнепольный оптический микроскоп
Конфокальный микроскоп
Двухфотонный лазерный микроскоп
Просвечивающий электронный микроскоп
Растровый электронный микроскоп
Сканирующий атомно-силовой микроскоп
Сканирующий туннельный микроскоп
Рентгеновские микроскопы отражательные
Рентгеновские микроскопы проекционные
Лазерный рентгеновский микроскоп(XFEL)
ОПТИЧЕСКИЕ МИКРОСКОПЫ
•
Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую
систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е.
наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта
(воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё
могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при
удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D =
250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет
0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и
животных клеток, мелких кристаллов, деталей
микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой
величины.
•
До середины XX века работали только с видимым оптическим
излучением, в диапазоне 400—700 нм, а также с ближним
ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические
микроскопы не могли давать разрешающей способности менее
полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—
0,7 мкм, или 200—700 нм). Таким образом, оптический микроскоп
способен различать структуры с расстоянием между точками до
~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было
добиться, составляло ~2000 крат.
ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ
• Пучок электронов, которые обладают свойствами не
только частицы, но и волны, может быть использован в
микроскопии.
• Длина волны электрона зависит от его энергии, а
энергия электрона равна E = Ve, где V — разность
потенциалов, проходимая электроном, e — заряд
электрона. Длины волн электронов при прохождении
разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1
нм. Электроны легко фокусировать электромагнитными
линзами, так как электрон — заряженная частица.
Электронное изображение может быть легко
переведено в видимое.
СКАНИРУЮЩИЕ ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ
• Класс микроскопов основанных на сканировании
поверхности зондом.
• Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) —
относительно новый класс микроскопов. На СЗМ
изображение получают путем регистрации
взаимодействий между зондом и поверхностью.
На данном этапе развития возможно
регистрировать взаимодействие зонда с
отдельными атомами и молекулами, благодаря
чему СЗМ по разрешающей способности
сопоставимы с электронными микроскопами, а по
некоторым параметрам превосходят их.
РЕНТГЕНОВСКИЕ МИКРОСКОПЫ
• Рентгеновский микроскоп — устройство для
исследования очень малых объектов, размеры
которых сопоставимы с длиной рентгеновской
волны. Основан на использовании
электромагнитного излучения с длиной волны от
0,01 до 1 нанометра.
• Рентгеновские микроскопы по разрешающей
способности находятся между электронными и
оптическими микроскопами. Теоретическая
разрешающая способность рентгеновского
микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на
порядок больше разрешающей
способности оптического микроскопа (до
150 нанометров). В настоящее время существуют
рентгеновские микроскопы с разрешающей
способностью около 5 нанометров.
ШЛИХ
• Шлих (нем. Schlich) — концентрат тяжёлых минералов, которые остаются после промывки в воде
природных рыхлых отложений или специально раздробленных для шлихования горных пород. В
состав шлиха входят зёрна минералов с плотностью более 3000 кг/м³, устойчивых к физическому
и химическому выветриванию.
• Извлечение шлиха находится в основе одного из древнейших методов поисков и разведки
коренных и россыпных полезных ископаемых (шлиховой
метод): алмазов, золота, платины, олова, вольфрама, ртути, титана, циркония, тантала и ниобия,
некоторых абразивов (корунда, гранатов),флюорита, барита и др.
• В зависимости от целей геологических работ и способов промывки рыхлую породу отмывают
либо до так называемого серого шлиха, в котором остаются относительно лёгкие минералы, либо
до чёрного (конечная стадия промывки), содержащего зерна минералов с большим удельным
весом. Окончательная промывка (так называемая доводка) шлиха осуществляется в специальных
шлиховых лотках различной конструкции. Следующий этап работы со шлиховым остатком
(навеской) — аналитический и выполняется, в основном, в камеральных условиях.
ШЛИХОВОЙ МЕТОД ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ КОРЕННЫХ И
РОССЫПНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
• Отбор и маршрутная промывка шлихов производится почти на всех стадиях полевых
геологических исследований. Его конечная цель — анализ данных о минералогическом составе
шлихов, полученных при проведении специализированных исследований и планомерной
шлиховой съемки, сопровождающей геологосъёмочные и поисковые работы различных
масштабов.
• Основные задачи, решаемые с помощью шлихового метода, в основном, следующие:
• прямые поиски россыпей и их коренных источников по шлиховым ореолам полезных минералов
(самородное золото, платина, касситерит, вольфрамит и т. д.);
• прогнозная оценка площадей по ореолам минералов-спутников;
• и, наконец, решение общегеологических задач — расчленение и корреляция удалённых друг от
друга осадочных толщ и горизонтов, определение литосборных бассейнов,
величин эрозионных врезов, палеогеографические реконструкции и т. п.
• Шлиховой метод применяется для поисков и разведки неглубоко залегающих россыпей ценного
компонента. Метод, в общем, включает в себя несколько этапов:
• отбор проб для дальнейшей промывки
• обработка проб до стадии шлиха
• и минералогический анализ последнего (шлиховой анализ)
ОТБОР ШЛИХОВЫХ ПРОБ
• Отбор проб на шлиховой анализ производится из рыхлых поверхностных отложений практически
любого генезиса, а также — из керна или шлама неглубоких буровых скважин по рыхлым породам.
Наиболее тщательно опробуются аллювий и прибрежно-морские отложения. По ним, как правило,
вручную, проходится горная выработка (шурф, канава, закопушка (неглубокий шурф, до 1 м)
или скважина малого диаметра с помощью ручного бура). Особенно благоприятны для изучения и
отбора проб естественные обнажения, которые зачищаются кайлом, лопатой и ножом. Из этих и других
подобных подготовленных расчисток отбирается разрыхлённая горная порода в специальные пробные
мешочки фиксированного объёма, изготовленные из хлопчатобумажной ткани, как правило — из
тонкого брезента.
• Отбор проб из аллювия речных долин производится на участках, наиболее благоприятных для
накопления тяжелых минералов — на косах, порогах, ниже изгибов рек и т. д. Расстояние между
точками отбора определяется масштабом геологических работ. При масштабе 1 : 200 000
(геологическая съёмка) это расстояние равно 2 км и меньше в зависимости от геоморфологической
ситуации; при крупномасштабной съемке в 1 : 50 000 этот интервал составляет менее 500 м. При
детальных работах, при геологических поисках и разведке, сеть шлихового опробования сгущается ещё
более на территории выявленного при геологической съёмке переспективного ареала. При полевых
работах любого масштаба желательно шлиховать все отмеченные по ходу
геологического маршрута обнажения рыхлых горных пород, особенно — в труднопроходимых, сильно
залесённых горных районах. Поэтому шлиховой лоток в маршрутах всегда носят с собой.
ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИЙ КЕРН ПО КОРЕ
ВЫВЕТРИВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО
ТИПА МЕЛПАЛЕОГЕНОВОГО ВОЗРАСТА
ПО ИЗВЕСТНЯКАМ, ПОЛУЧЕННЫЙ С
ПОМОЩЬЮ РУЧНОГО БУРА ПРИ
МАРШРУТНЫХ ПОИСКАХ ЗОЛОТА.
ЭТОТ МАТЕРИАЛ ТАКЖЕ БУДЕТ
ПРОМЫВАТЬСЯ В ШЛИХОВЫХ
ЛОТКАХ.
РОССЫПНОЕ СЛАБО
ОКАТАННОЕ ЗОЛОТО В ТЯЖЁЛОМ
(ЧЁРНОМ) ШЛИХЕ В ШЛИХОВОМ
ЛОТКЕ. ЧЁРНАЯ МАССА —
ПЕСЧАНАЯ ФРАКЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ
МИНЕРАЛОВ — В ПЕРВУЮ
ОЧЕРЕДЬ — МАГНЕТИТА.
В СОВРЕМЕННОЙ ГЕОЛОГИИ ШЛИХОВЫЕ ПРОБЫ, ОБЪЁМОМ
В СРЕДНЕМ ОКОЛО 0,02 М³, ПРОМЫВАЮТСЯ В ЛОТКАХ
РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, В КОВШАХ, НА ВАШГЕРДАХ, С
ПОМОЩЬЮ ВИНТОВЫХ СЕПАРАТОРОВ ИЛИ
НА КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ СТОЛАХ. ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ
ДИАГНОСТИКИ МИНЕРАЛОВ В ШЛИХЕ, ПОЛУЧЕННАЯ
ПОСЛЕ ПРОМЫВКИ НАВЕСКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО
РАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ФРАКЦИИ. МАГНИТНАЯ ФРАКЦИЯ
ОТБИРАЕТСЯ ОБЫЧНЫМ МАГНИТОМ. ОНА МОЖЕТ
СОДЕРЖАТЬ В ШЛИХЕ МАГНЕТИТ
ТИТАНОМАГНЕТИТ И ПИРРОТИН. С
ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТА ВЫДЕЛЯЮТ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ
ФРАКЦИЮ: ИЛЬМЕНИТ, ГЕМАТИТ, ЛИМОНИТ,
ВОЛЬФРАМИТ, КОЛУМБИТ, ТАНТАЛИТ, ПИРОХЛОР, СФЕН,
МОНАЦИТ, ГРАНАТЫ, ПИРОКСЕНЫ, АМФИБОЛЫ, ОЛИВИН.
ТЯЖЁЛАЯ ФРАКЦИЯ ВЫДЕЛЯЕТСЯ В ТАК НАЗЫВАЕМЫХ
ТЯЖЁЛЫХ ЖИДКОСТЯХ. К ЭТОЙ ФРАКЦИИ ОТНОСИТСЯ
АЛМАЗЫ, ЗОЛОТО, ПЛАТИНА, СЕРЕБРО, ШЕЕЛИТ, ЦИРКОН,
КИНОВАРЬ, КОРУНД, РУТИЛ, БАРИТ, ФЛЮОРИТ, ТОПАЗ,
АНДАЛУЗИТ, КИАНИТ, СИЛЛИМАНИТ И АНАТАЗ. В ЛЁГКУЮ
ФРАКЦИЮ ВХОДЯТ КВАРЦ, БЕРИЛЛ И ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ.
ШЛИХОВОЙ АНАЛИЗ
• Шлиховой анализ заключается в определении и описании минералов по фракциям. Он производится,
как правило, в камеральных условиях, с помощью бинокулярной лупы (бинокулярного микроскопа),
хотя иногда первичное макрообследование особо интересных с точки зрения ценных компонентов
шлихов производится и непосредственно в полевых условиях. В лабораториях отдельные фракции
подвергаются количественному спектральному и другим видам анализов. Итоговым документом
шлиховых работ является карта шлихового опробования с объяснительной запиской, в которой
излагаются все результаты как полевых, так и камеральных аналитических исследований. По карте же
выявляются перспективные площади для крупномасштабных поисков, разведки или эксплуатации
коренных или россыпных месторождений.
• Определение состава и содержания химических элементов в отдельных фракциях и минералах в шлихе
существенно расширяет прогнозные возможности шлихового метода. Например, установление
спектрохимическим способом содержания золота в пирите
или псевдоморфозах лимонита по пириту даёт возможность прогнозировать перспективные участки для
поисков месторождений золота. Дополнительную важную генетическую и поисковую информацию
получают на основе изучения кристаллографических форм отдельных минералов, их двойников и
сростков. При оценке же перспектив закрытых районов (например, при большой залесённости или
заболоченности) шлихи изучаются из керна и шлама поисковых скважин.
АНШЛИФ
•
АНШЛИФ — штуф минерала, горных пород окаменелости, угля или металла, одна или
несколько поверхностей которого отшлифованы и отполированы для
микроскопического изучения в отражённом свете поляризационного микроскопа.
• Аншлиф изготовляют также из минеральной мелочи, сцементированной шеллаком и
отлитой в специальной пресс-форме. Рыхлые породы и угли перед шлифованием
цементируют смолами, канифолью и др. Изучение ведётся на специальных
микроскопах, в которых аншлиф освещается с помощью опак иллюминатора через
объектив. В аншлифе хорошо различается цвет минерала, изучаются его твёрдость,
электропроводность; по характеру отражения света определяется анизотропность. На
поверхности аншлифа могут быть проведены простейшие химические реакции.
• С помощью аншлифа определяют минералы и последовательность их выделения,
изучается структура руд.
ПРИМЕР МИНЕРАГРАФИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ АНШЛИФА
• Пирит – содержание порядка 2,53,0%. Образует в нерудном
вкрапленную текстуру выделени
й отдельных зёрен и их агрегатов
размером от 0,020мм до 0,20мм и
от 0,30мм до 1,0мм. Встречается в
сростках с ковеллином, редко
халькопиритом, а также содержит
их в виде микровключений в
своих выделениях.
• Ковеллин, реже халькозин –
содержание порядка 8,0-10,0%. Образует
чаще в нерудном скопления в виде гнёзд
(Фото 2), реже в виде отдельных
вкраплений неправильной формы
выделения мелких и крупных размеров
от 0,10мм до 2,0мм, участками совместно
с халькозином. Ковеллиновые и
халькозин-ковеллиновые смеси содержат
многочисленные реликты, тончайших и
более крупных размеров, халькопирита,
редко борнита. Образуют совместные
сростки с пиритом редко молибденитом
(Фото 3).
• Халькопирит, редко борнит –
встречаются, в основном, в виде
реликтов в ковеллине. Очень
редко встречаются и
обособленные его
микровыделения в нерудном и в
плотных агрегатах пирита
размером 0,02мм-0,04мм без
признаков окисления.
• Молибденит – содержание
порядка 0,1%. Образует
вкрапленную текстуру тонких
агрегатов в нерудном
скрыточешуйчатой и
тонкопластинчатой структуры ра
змером 0,01-0,10мм. Молибденит
встречается как в виде
микровключений, так и в виде
совместных сростков с
ковеллином.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ