一种阴极发光原位在线鉴定装置及方法与流程

本发明涉及岩矿鉴定，具体涉及一种阴极发光原位在线鉴定装置及方法。

背景技术：

1、岩石由沉积到成岩至最终储层的形成经历了复杂的过程和演化历史，各种地质作用对岩石中矿物组成和结构组构进行改造，诸如岩石的成岩变化过程中的交代作用、重结晶作用、蚀变作用、白云岩化作用等，结果导致岩石中一部分原始组构消失或改变。原位分析成岩过程中岩石矿物成分变化及恢复岩石原始组构有助于对沉积环境和成岩历史的再认识。阴极发光显微镜作为目前地球科学研究中有效而快捷的重要工具和手段，可以使岩石在成分、结构、构造等的改变方面留下的痕迹在一定程度上得到揭示和恢复。

2、其中，阴极发光是指带能量的电子束轰击物质表面造成的发光；由于带能量的电子束由阴极发射出来，经过阳极电压加速得到，因此高能电子束轰击物质造成的发光，称为阴极发光。阴极发光显微镜由电子枪、抽真空样品室以及岩相显微镜组成。电子枪向样品室发射电子束激发样品，在聚焦情况下，利用岩相显微镜，既可以通过样品室上部的铅玻璃窗口观察到样品的阴极发光现象，又可以通过样品室下部的铅玻璃窗口观察到样品的偏光特征(样品一般为0.04mm厚度的岩石薄片)。但是由于阴极发光属于弱发光，其照片采集曝光时间需要较长，一般是偏光显微照相时间的几十倍或数百倍，所以需要分别单独采集样品的阴极发光和偏光的静态照片。

3、阴极发光显微镜易于将阴极发光现象与在透射光和偏振光下见到的岩石矿物特点进行比较，但是这种比较基于对采集到的静态照片进行相似差异比较的基础之上，主观性较强，特别是对颗粒(矿物)微小、蚀变程度复杂的岩石矿物鉴定难度较大。面对深层-超深层、非常规以及火成岩储层等复杂油气勘探的现状，客观、精确分析鉴定岩石矿物成岩变化过程，揭示和恢复岩石在成分、结构、构造等的改变方面留下的痕迹更加重要。原位在线鉴定岩石矿物蚀变程度是解决该问题的有效手段之一。

4、经过检索，现有技术如下。

5、专利文献，一种砂岩型铀矿氧化分带的矿物学标志建立方法(文献号cn108169106a)，在偏光显微镜下观察样品中黑云母、长石、黄铁矿、炭屑、铀矿物等矿物蚀变形态和蚀变程度以及蚀变矿物种类，用于建立详细的矿物学识别标志。本发明的技术特征及效果如下：既可以分别在偏光显微镜和阴极发光显微镜下进行岩石的在线观察，也可以同时原位采集具有矿物蚀变特征和组构恢复的偏光特征图像和阴极发光特征图像的叠加图像，鉴定结果既可以分析比对岩石矿物蚀变过程中的形态、蚀变次生矿物特征及蚀变程度等信息，也可以原位在线恢复岩石组构及次生变化前后矿物的阴极发光特征，得到的结果更直观、更准确。该方法的不足之处在于：无法提供岩石的阴极发光特征，对于岩石在成分、结构、构造等方面的蚀变痕迹以及过程追溯等方面提供的证据不足，数据结果主观性较强。

6、专利文献，一种花岗岩蚀变分带的地球化学判别方法(文献号cn107144567a)，采用化学方法分析测试蚀变岩石样品和未蚀变岩石样品的矿物主量元素含量、全岩主量元素含量和全岩微量元素含量，判定蚀变矿物类型和蚀变程度，适用于大面积蚀变岩矿物蚀变程度的半定量判识。本发明的技术特征及效果如下：采用物理方法原位在线采集岩石矿物蚀变图像，恢复岩石原组构特征，判定蚀变矿物类型和蚀变程度，对检测测点无需专门取样，且对样品无损坏，采集得到的图像直观，易于分析，差异辨识度高。该方法的不足之处在于：采用地球化学分析方法获取岩石矿物元素含量特征，以判定花岗岩蚀变矿物类型和蚀变程度，对测点取样要求较高且破坏样品，并要进行大量蚀变与未蚀变岩石的主量、微量地球化学分析，但无法直观获取岩石组构的改变痕迹及相关证据，无法反映蚀变产生的位置等结构特征。

7、专利文献，基于分光技术的碳酸盐矿物高对比阴极发光图像获取技术(文献号cn106770406a)，采用传统阴极发光拍照技术，针对碳酸盐类矿物在不喷镀金属薄膜的情况下，通过分光技术、仪器参数的调整获取高对比度cl图像。分光技术是指通过使用滤光片滤掉样品中弱、杂信号波段的光，使得cl产生的荧光为单光，从而提高了样品发光强度及信噪比。本发明的技术特征及效果如下：基于光学显微镜观察分析，采用全光模式(包含仪器能够接收的所有波长)，叠加阴极发光显微镜原位在线采集岩石矿物蚀变图像，恢复岩石原组构特征，可在微米尺度上判识岩石矿物蚀变程度及形态，该方法制样操作简单，样品重复应用率高。该方法不足之处在于：基于扫描电镜-阴极发光电子显微镜，采用分光技术对碳酸盐矿物在不喷镀的情况下获取高对比度的阴极发光图像，获取特征图像需要分别对两张单独样品的阴极发光和偏光的静态照片进行分析，但不能识别矿物阴极发光物与偏光之间发光性在影像上的视觉误差。

技术实现思路

1、本技术提供一种阴极发光原位在线鉴定装置及方法，以解决现有技术对采集的岩石矿物阴极发光特征图像及对应的偏光特征图像进行主观差异比较造成误差过大的技术问题。

2、根据本技术的一方面，一种实施例提供了一种阴极发光原位在线鉴定装置，包括：

3、样品架，用于放置阴极发光的薄片样品；

4、上部铅玻璃，设置在所述样品架的上方，并用于观察所述薄片样品的阴极发光特征；

5、物镜，设置在所述上部铅玻璃的上方；

6、以及

7、下部铅玻璃，设置在所述样品架的下方；

8、其中，所述下部铅玻璃、所述样品架、所述上部铅玻璃和所述物镜沿光路依次设置；

9、还包括：

10、透射光源，布置在所述光路上，并用于单独采集所述薄片样品的单偏光特征；

11、第三种光源，布置在所述光路上，并用于提供在线采集所述薄片样品的偏光特征图像的光源，实现与所述薄片样品的阴极发光特征图像的原位叠加；

12、以及

13、起偏器，布置于所述第三种光源和所述下铅玻璃之间；所述起偏器用于将第三种光源转变为单偏光，使所述薄片样品显示出正常的偏光光性；

14、其中，所述下部铅玻璃透过第三种光源和透射光源的光线，以便对所述薄片样品观察单偏光特征。

15、一种实施例中，阴极发光原位在线鉴定装置还包括布置在所述起偏器与所述第三种光源之间的光路转换阀；所述光路转换阀连接所述透射光源；所述光路转换阀用于第三种光源与透射光源的光路切换。

16、一种实施例中，阴极发光原位在线鉴定装置还包括与所述第三种光源相连且固定设置的电流调节螺旋；所述电流调节螺旋用于控制第三种光源的强度。

17、一种实施例中，所述第三种光源设为卤素灯，波长范围为可见光350-750nm。

18、一种实施例中，阴极发光原位在线鉴定装置还包括与所述样品架相连的冷阴极电子枪；所述冷阴极电子枪用于向样品架上的薄片样品发射电子束以激发样品，使所述薄片样品发阴极发光特征光。

19、一种实施例中，阴极发光原位在线鉴定装置还包括与所述物镜相连的ccd拍照系统；所述ccd拍照系统用于原位在线叠加采集所述薄片样品的阴极发光特征图像和偏光特征图像。

20、一种实施例提供了一种阴极发光原位在线鉴定方法，应用于上述任意一项所述的阴极发光原位在线鉴定装置；所述阴极发光原位在线鉴定方法包括以下步骤：

21、s1、打开所述透射光源，所述透射光源的光线透过下部铅玻璃，观察放置于所述样品架上薄片样品的单偏光特征，确定测点；

22、s2、启动冷阴极电子枪，向所述薄片样品发射电子束，激发样品，使所述薄片样品发阴极发光特征光；

23、s3、关闭所述透射光源，打开所述第三种光源；所述起偏器遮蔽和透过从所述第三种光源发出的入射光，将所述第三种光源从无方向的光变为有方向的单偏光，使得所述薄片样品显示出正常的偏光光性；

24、s4、调节所述第三种光源的强度，直到所述薄片样品的阴极发光特征图像和偏光特征图像叠加；并利用ccd拍照系统实现原位在线观察所述薄片样品的叠加特征图像的采集和/或保存。

25、一种实施例中，阴极发光原位在线鉴定方法还包括以下步骤：

26、重复步骤s1，通过物镜对所述薄片样品进行测点确定，并进行相应的样品位置移位操作；之后，重复步骤s3、步骤s4，完整采集和/或保存所述薄片样品的所述测点的叠加特征图像。

27、一种实施例中，步骤s2中，所述冷阴极电子枪的电子束流为210-250μa，电压为13-19kv，并根据岩石矿物所含元素设置阴极发光曝光时间。

28、一种实施例中，步骤s3中，利用所述起偏器，遮蔽和透过从所述第三种光源发出的入射光，使纵向光或横向光中的一种透过、另一种遮蔽，且工作波长范围为400-700nm。

29、本技术上述实施例的技术方案，基于光学显微镜、阴极发光显微镜，利用第三种光源，采用全光模式(包含仪器能够接收的所有波长)，在微米尺度上原位在线采集岩石矿物蚀变图像，该图像兼具偏光特征和阴极发光特征。鉴定结果可更直观、更准确的判识岩石矿物蚀变形态及程度，恢复岩石原组构特征。技术方案在实施中，制样操作简单，对样品无损坏，样品重复应用率高，采集得到的特征图像直观，易于分析，差异辨识度高。进一步的，本发明优点还在于：

30、1、利用第三种光源实现原位在线采集岩石矿物蚀变图像，该图像兼具偏光特征和阴极发光特征；

31、2、样品原位分析，采集的特征图像直观、准确，可以分析产生阴极发光的特征位置与矿物成岩蚀变的成因分析，提高了岩石矿物的鉴定差异辨识度；

32、3、样品无损测试，样品重复应用率高。