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掃描電子顯微鏡每一個(gè)設(shè)計(jì)作品都精妙

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從宏觀到微觀——澤攸科技ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡在巖石分析中的應(yīng)用

日期:2024-02-22

巖石作為地球地殼的主要構(gòu)成物質(zhì)之一,其微觀結(jié)構(gòu)對(duì)于了解地質(zhì)過(guò)程、資源勘探以及工程建設(shè)具有重要意義。按照巖石的成因,可以把它們分為三類(lèi):巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。在地球表面,沉積巖占據(jù)75%的份額,而在地殼深度,則主要是巖漿巖和變質(zhì)巖所組成,大概占到地殼體積的95%。巖石的破壞失穩(wěn)過(guò)程本質(zhì)上是其在受力過(guò)程中微裂紋萌生、擴(kuò)展和貫通的結(jié)果,是巖石微結(jié)構(gòu)累積的變形破壞的宏觀反映。巖石內(nèi)的初始微缺陷,如孔洞、微裂隙和顆粒邊界等雜亂無(wú)章地分布,導(dǎo)致其在受載時(shí)新生裂紋的隨機(jī)分布。初始微缺陷的尺寸在某種程度上對(duì)巖石的細(xì)觀裂紋擴(kuò)展和宏觀破壞失穩(wěn)起到?jīng)Q定作用。

澤攸掃描電鏡

近年來(lái),隨著掃描電鏡技術(shù)在巖石實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用,許多學(xué)者得以對(duì)巖石試樣進(jìn)行細(xì)觀實(shí)驗(yàn)研究,并取得了一定成果。本文使用澤攸科技ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡,從三大類(lèi)巖石中選出來(lái)了花崗巖、砂巖、片麻巖、泥巖等樣品,通過(guò)對(duì)不同種類(lèi)的巖石在特定作用下的破壞特征進(jìn)行表征,得到的不同的裂紋擴(kuò)展表征照片后進(jìn)行分析,旨在深入理解巖石破壞失穩(wěn)的微觀機(jī)理,為巖石工程和地質(zhì)災(zāi)害防治提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

花崗巖是巖漿巖的一種,它們是由地下深處的巖漿在地殼中冷卻凝固形成的巖石。根據(jù)其固結(jié)位置和形成方式,巖漿巖可分為侵入巖和噴出巖兩類(lèi)。

巖漿巖的產(chǎn)狀

圖 巖漿巖的產(chǎn)狀

侵入巖是指巖漿在地下深入時(shí),在地殼內(nèi)部冷卻凝固形成的巖石。巖漿沿著地殼薄弱帶上升,但尚未到達(dá)地表就已經(jīng)固結(jié),這一過(guò)程稱為侵入活動(dòng)。噴出巖則是指巖漿沿著地球構(gòu)造裂隙上升,通過(guò)火山通道噴出地表形成的巖石,也稱為火山巖。巖漿在地下凝固時(shí),會(huì)形成不同的形態(tài),如巖基、巖墻、巖床、巖盆、巖蓋、巖脈等產(chǎn)狀?;鹕綆r的產(chǎn)狀與其噴發(fā)方式有關(guān),包括中心式噴發(fā)、裂隙式噴發(fā)和熔透式噴發(fā)等形態(tài)。

花崗巖表征圖

花崗巖表征圖

圖 花崗巖表征圖

利用ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡從微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看,花崗巖主要分為石英顆粒的平坦?fàn)钚蚊?、鉀長(zhǎng)石顆粒的層疊狀和臺(tái)階狀形貌。觀察到花崗巖樣品在受力過(guò)程中微裂紋的萌生、擴(kuò)展和貫通過(guò)程,裂紋呈現(xiàn)出不規(guī)則的分布模式。其中,相比石英顆粒,鉀長(zhǎng)石抗拉強(qiáng)度較低,屬于弱礦物顆粒,裂紋更多會(huì)在鉀長(zhǎng)石顆粒中擴(kuò)展,形成小尺度破裂,如果受力方向平行于層面則形成層疊狀的形貌,反之產(chǎn)生臺(tái)階狀的形貌。

沉積層序

圖 沉積層序

砂巖與泥巖是沉積巖的一種,它們是地表豐富的一類(lèi)巖石,在常溫常壓條件下,由風(fēng)化作用、生物作用和某些火山作用產(chǎn)生的碎屑物質(zhì),經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、沉積和成巖等一系列地質(zhì)過(guò)程而形成的巖石。形成環(huán)境包括河流、湖泊和海洋,在水動(dòng)力條件減弱的情況下,沉積下來(lái),壓實(shí)成巖。

不同顆粒砂巖的表征圖

不同顆粒砂巖的表征圖

圖 不同顆粒砂巖的表征圖

上圖可以看出,砂巖微觀結(jié)構(gòu)主要呈顆粒狀,砂巖樣品的破壞特征主要表現(xiàn)為砂粒之間的斷裂和破碎,裂紋沿著砂粒邊界擴(kuò)展。隨著顆粒粒徑的減小,顆粒的密實(shí)程度有所提高,粗粒砂巖顆粒之間的孔隙清晰可見(jiàn),中粒砂巖的孔隙規(guī)模明顯減小,而細(xì)粒砂巖顆粒排列緊密、孔隙微小。

含水泥巖與干燥泥巖表征圖

圖 含水泥巖與干燥泥巖表征圖

泥巖注漿表征圖

圖 泥巖注漿表征圖

含水泥巖樣品在受力過(guò)程中,水泥基質(zhì)和骨料之間的結(jié)合力發(fā)生破壞,裂紋沿著水泥基質(zhì)中的孔隙擴(kuò)展。而干燥泥巖樣品的破壞特征主要表現(xiàn)為顆粒之間的剝離和分離,裂紋呈現(xiàn)出扭曲和交錯(cuò)的形態(tài)。泥巖注漿樣品的破壞過(guò)程中,注漿物質(zhì)與泥巖基質(zhì)之間的結(jié)合發(fā)生破壞,裂紋呈現(xiàn)出沿著注漿界面擴(kuò)展的特征。

片麻巖

圖 片麻巖

片麻巖是變質(zhì)巖的一種,地球上已經(jīng)形成的巖石,包括巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖,隨著地殼的不斷變化,其物理化學(xué)條件發(fā)生改變,導(dǎo)致巖石在固態(tài)的條件下發(fā)生礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的變化,形成的巖石,稱為變質(zhì)巖。根據(jù)變質(zhì)作用的主要因素和地質(zhì)條件可分為動(dòng)力變質(zhì)巖、接觸變質(zhì)巖、區(qū)域變質(zhì)巖和混合巖化等,片麻巖就屬于區(qū)域變質(zhì)巖。

片麻巖表征圖

片麻巖表征圖

圖 片麻巖表征圖

從片麻巖的微觀表征中可以看到,其在破壞過(guò)程中,礦物顆粒之間的界面發(fā)生分離和斷裂,裂紋呈現(xiàn)出交錯(cuò)和網(wǎng)狀的特征,定向排列形成“片麻狀構(gòu)造”。與通常的花崗巖相比,巖體中礦物出現(xiàn)定向排列,并且部分顆粒有拉長(zhǎng)現(xiàn)象,顯微花崗質(zhì)包體也有拉長(zhǎng)現(xiàn)象,但是顆粒內(nèi)部沒(méi)有塑性變形,這可以與韌性變形相區(qū)別。

不難發(fā)現(xiàn),不同種類(lèi)巖石的初始損傷的程度和尺度都存在很大差別,這與巖石的組構(gòu)和成巖過(guò)程有關(guān),巖石由于組構(gòu)不同造成的非均勻性,對(duì)其受載時(shí)的變形特征和破壞失穩(wěn)起決定作用。預(yù)置的大尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀主裂紋的形成部位和擴(kuò)展方向起控制作用。本研究通過(guò)觀察不同種類(lèi)巖石在在特定作用下的破壞特征,揭示了微缺陷對(duì)巖石破壞失穩(wěn)的控制作用。ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡在巖石微觀結(jié)構(gòu)研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值,為巖石工程設(shè)計(jì)和地質(zhì)災(zāi)害防治提供了理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

下一期我們將會(huì)借助ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡并搭配EDS能譜儀進(jìn)行巖石的元素成分分析,大家敬請(qǐng)期待哦~

參考文獻(xiàn):

1.劉希靈, 劉周, 李夕兵, 韓夢(mèng)思, 楊柳青. 劈裂荷載下的巖石聲發(fā)射及微觀破裂特性[J]. 工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 41(11): 1422-1432. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.29.005

2.黃明利, 唐春安, 朱萬(wàn)成. 巖石單軸壓縮下破壞失穩(wěn)過(guò)程 SEM 即時(shí)研究[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版), 1999, 20(4): 724-728.

3.周麗云,王瑜.深部巖漿流動(dòng)形成的巖石的特征及其與糜棱巖、片麻巖的比較——以華北北緣隆化地區(qū)古生代晚期大光頂巖體為例[J].地質(zhì)通報(bào),2012,31(4):541-548

以上就是澤攸科技小編分享的澤攸科技ZEM系列臺(tái)式掃描電鏡在巖石分析中的應(yīng)用。更多掃描電鏡產(chǎn)品及價(jià)格請(qǐng)咨詢15756003283(微信同號(hào))。

澤攸臺(tái)式掃描電鏡


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作者:澤攸科技


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