КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ИХ
ИЗОБРАЖЕНИЯМ В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ

ПРОВЕДЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА   

Рис. 1а. РЭМ-фотография  аншлифа образца лёсса, пропитанного люминесцирующим полимером, изображение получено в режиме катодолюминесценции.

Рис. 1б. РЭМ-фотография  непропитанного аншлифа образца песчаника во вторичных электорнах.

    Количественный анализ микроструктуры горных пород по РЭМ-изображениям, удовлетворяющий всем перечисленным требованиям, реализуется с помощью пакета прикладных программ "СТИМАН" [4]. Данный метод позволяет проводить исследование микроструктуры по серии разномасштабных изображений, охватывающих весь диапазон изменения размеров имеющихся в породе структурных элементов. Анализу предшествует тестирование микроструктуры на однородность [2]. Если микроструктура оказывается однородной, то результаты анализа будут отражать усредненные значения показателей микроструктуры всего образца. Если при тестировании окажется, что микроструктура породы неоднородна, то получаемые результаты будут соответствовать микроструктуре только в данной конкретной точке.
    Алгоритм проведения количественного анализа микроструктуры горных пород по их РЭМ-изображениям с помощью программы "СТИМАН" включает следующие операции.
    1. Выбор случайного участка поверхности образца, номер которого задается генератором случайных чисел.
    2. Выбор режима работы РЭМ и типа изучаемого элемента изображения (пора или частица)
    3. Съемка и оцифровка РЭМ-изображений с требуемым разбиением.
    4. Последовательный обход каждого структурного элемента на изображении, измерение его периметра, площади и формирование массивов площадей, периметров и числа пор (частиц).   

Рис. 1в. РЭМ-фотографии  зачищенной поверхности образца морского ила во вторичных электронах.

    Полученные массивы данных являются исходными для статистической обработки результатов. В ходе анализа могут быть получены сведения о размере и форме структурных элементов, можно оценить ориентацию структурных элементов в пространстве, определить пористость, коэффициент извилистости поровых каналов, фильтрационную проницаемость, удельную поверхность, рассчитать интегральные параметры микроструктуры [2]. Специальная подпрограмма статистической обработки позволяет строить гистограммы распределения структурных элементов по различным параметрам: эквивалентным диаметрам, площадям, суммарным площадям, периметрам, гидравлическим радиусам, коэффициенту формы, получать зависимость коэффициента формы пор или частиц от их площади, выделять на гистограммах отдельные категории пор и определять их вклад в общую пористость грунта. Важным преимуществом описанного метода является его высокая скорость. Для получения практически всех микроструктурных показателей с помощью количественного анализа РЭМ-изображений требуется всего несколько минут, тогда как на определение лишь некоторых микроструктурных характеристик горных пород существующими традиционными методами необходимо затратить от нескольких дней до недель.
    На рис. 2 приведены результаты количественного анализа микроструктуры образца лёссовой породы, отобранной с глубины 6 м в г. Запорожье (Украина). Благодаря особой микроструктуре эта порода обладает высокой просадочностью, то есть резким уменьшением объема породы при увлажнении под нагрузкой. Подобные процессы часто могут вызывать катастрофические разрушения инженерных сооружений. Микроструктура исследуемой породы показана на РЭМ-фотографии образца, полученной в режиме КЛ (см. рис. 1, а). Светлые участки на этом изображении соответствуют порам, заполненным люминесцирующим полимером, а темные - минеральным частицам. Из данных, полученных при анализе микроструктуры полидисперсной лессовой породы по РЭМ-изображениям в широком диапазоне увеличений от 50 до 25 600 раз, следует, что пористость исследуемой породы равна 43,66%, а удельная поверхность - 1,75 мкм- 1. Ниже приведены результаты анализа микроструктуры образца lrdc6:

   Эти результаты хорошо коррелируют с определениями, выполненными с помощью стандартных методов, и соответствуют дисперсным породам, содержащим преимущественно песчаные и пылеватые минеральные частицы и их агрегаты.

Назад| Следующая страница