Рис. 1 Карта характеристик мрамора и карта распределения по слоям, полученная методом ЭДС

Рис. 2 Карта распространения мрамора, суммарный спектральный график

На примере мрамора, как видно из анализа EDS‑сканирования по поверхности, представленного на рис. 2, содержание кислорода (O) является наибольшим и составляет около 60%. Согласно сравнительному анализу соответствующих литературных источников, основным компонентом мрамора является оксид кальция (CaO), что соответствует его характерной особенности — состоять преимущественно из кальцита, известняка и других подобных минералов. В частности, кальцит (CaCO3) является одним из основных компонентов мрамора; его содержание составляет более 50%. Оксид кальция (CaO) образуется при разложении кальцита при высоких температурах, поэтому в мраморе его содержание довольно высоко.

Во‑вторых, содержание кремния (Si) составляет около 20%; согласно данным литературы, Это обусловлено наличием в мраморе силикатов и других минеральных компонентов. например, доломит (MgCO3·CaCO3) и серпентин (Fe,Mg)3Si2O5(OH); наличие этих минеральных компонентов может объяснять высокое содержание кремния. Кроме того, содержание углерода (C) составляет около 10%. Потому что в мраморе могут присутствовать органические вещества или карбонатные минералы. например, кальцит и доломит. Содержание алюминия (Al) составляет 2%; это, вероятно, обусловлено присутствием алюминия в силикатных минералах, входящих в состав мрамора. Несмотря на низкое содержание алюминия, он остаётся важным компонентом мрамора.

Рис. 3 Распределение спектров точечного сканирования мрамора

Далее, для углублённого анализа химического состава мрамора, на основе рис. 1 были выбраны пять различных точек для сбора EDS‑спектров; подробности приведены на рис. 3. В результате комплексного анализа были отобраны два характерных EDS‑спектра, которые подвергнуты детальному обсуждению.

Рис. 4. Распределение элементов по спектральной карте 2

Как показано на рис. 4, в спектре 2, помимо кислорода (O) и углерода (C), которые по‑прежнему составляют значительную долю, можно также отметить, что содержание кальция (Ca) и титана (Ti) составляет примерно по 10% от общей массы элементов. Это дополнительно подтверждает, что основным компонентом мрамора является кальцит (CaCO3). В то же время это указывает на возможное присутствие силикатных минералов, а также оксидов титана или титанатов. Эти дополнительные данные об элементном составе способствуют более полному пониманию характера состава мрамора и, соответственно, позволяют делать выводы о его геологическом процессе формирования и окружающей среде.

Рис. 5 Распределение элементов по спектрограмме 3

В спектрограмме 3 содержание железа (Fe) значительно возросло и составляет около 26% от общего количества элементов. Согласно имеющимся данным, в мраморе могут присутствовать примеси в виде оксидов железа или железосодержащих минералов, таких как гематит (Fe2O3) и др. Это открытие указывает на сложный состав мрамора, который, вероятно, подвергся влиянию внешних источников железа; мы предполагаем, что столь высокое содержание железа может быть обусловлено множеством факторов, действовавших в процессе формирования мрамора. Поскольку мрамор является осадочной породой, в ходе осадконакопления в него попадают обломочные материалы, содержащие железосодержащие минералы, которые в процессе литификации высвобождают Fe. Таким образом, наблюдение высокого содержания железа, представленное на спектре 3, предоставляет нам важные ключи к пониманию механизмов образования мрамора и его взаимодействия с окружающей средой.

После анализа элементного состава мрамора мы продолжили исследование, изучив научную литературу и с помощью ЭДС проанализировав элементный состав других типичных горных пород, включая песчаник, гранит и известняк.

Рис. 6 Карта распространения песчаников, суммарный спектральный график

Основными компонентами песчаника являются кварц и полевой шпат; химическая формула кварца — SiO₂, в котором содержатся значительные доли кремния и кислорода. Согласно результатам анализа с помощью ЭДС, наибольшую долю в составе занимает кислород, за ним следует кремний, что в целом соответствует нашим ожиданиям. Кроме того, хотя полевой шпат содержит такие элементы, как алюминий и натрий, в результате ЭДС‑анализа их содержание обычно оказывается невысоким, поскольку удельный вес полевого шпата ниже, чем у кварца, и поэтому его доля в общем составе сравнительно мала.

Песчаник обычно формируется в результате осадкообразования, проходя через длительные процессы выветривания, переноса и отложения. В ходе этих процессов некварцевые компоненты породы постепенно измельчаются и растворяются, тогда как более твёрдые минералы, такие как кварц и полевой шпат, остаются относительно стабильными; это в основном согласуется с распределением элементов в нашем спектральном анализе.

Рис. 7 Карта распространения гранитов, общий спектральный график

Основными компонентами гранита являются силикатные минералы, содержание которых обычно превышает 60%. Это тесно связано с генезисом гранита. Гранит обычно формируется в результате кристаллизации и затвердевания глубинных магматических расплавов в недрах земной коры; среди его основных минералов наиболее распространёнными являются полевой шпат, кварц и слюда. ЭДС‑анализ показывает, что среди этих компонентов наибольшее содержание приходится на кислород, Поскольку кислород обычно является одним из основных элементов силикатных минералов. , далее следует элемент кремний.

Кроме того, по обнаруженным элементам — калию, натрию, алюминию и др. — можно предположить, что они в основном происходят из полевых шпатов и других минералов, входящих в состав гранита. Полевой шпат — это силикатный минерал, содержащий калий, натрий, алюминий и другие элементы; поэтому его присутствие в граните весьма распространено, что одновременно позволяет судить о составе магмы и характерных геологических особенностях процесса его формирования.

Рис. 8 Карта распространения известняков, общий спектральный график

Наконец, по данным EDS‑анализа известняк состоит преимущественно из кальцита — карбонатного минерала. Как правило, он образуется в результате длительного осаждения и уплотнения органических остатков в морской среде. В известняке наибольшую долю занимает кислород, поскольку молекула кальцита содержит атомы кислорода. На втором месте — кальций, что свидетельствует о том, что одним из основных компонентов известняка является кальций.

Термостат ZEM серии настольных сканирующих электронных микроскопов

В целом, характер элементного состава горных пород тесно связан с их генезисом. Настольные сканирующие электронные микроскопы серии ZEM и энергодисперсионные рентгеновские спектрометры (EDS) являются ключевыми инструментами для наблюдения микроструктуры горных пород и анализа их элементного состава; они предоставляют информацию о микроструктуре и химическом составе пород, что служит важной основой для классификации их генезиса и изучения геологических процессов. Вместе с тем было установлено, что при проведении анализа элементного состава горных пород крайне важно обеспечить репрезентативность образцов и учитывать необходимость исключения влияния локальных аномалий на результаты общего анализа. Результаты EDS‑анализа отражают формы существования и распределение элементов в породе, что способствует углублённому пониманию её генезиса и процессов литогенеза. Комплексный анализ элементного состава различных типов горных пород позволяет формировать элементарную базу для классификации их генезиса и исследования геологических процессов, что имеет важное значение для проектирования горных сооружений и предупреждения геологических катастроф.