地球科学

共通の課題

現地の地質学的な特性評価は、自然災害を防止し、都市基盤を整備し、水、エネルギー、鉱物資源を利用する上で不可欠です。現地調査は地史を確立するために重要であり、研究者たちは物質の形成、ひずみや続成作用による後続的な変化、風化過程などに影響を与える地質工学的複雑性を特性評価して理解する必要があります。これらを理解することで、天然資源を回収し把握するだけでなく、環境に与える影響を最小限に抑えることができます。これらの地質工学的複雑性を解明するには、以下の分析が役立ちます。

  • 変成試料における過形成、こう結作用、微小破壊、および流体流の分析
  • 微小な試料領域における微量元素、内部構造、テクスチャ特徴の測定
  • 自生鉱物と砕岩質の鉱物の相と分布の分類
  • 鉱物や相形成など変成過程の年代の再構築

革新的な手法

地質物質の特性を的確に評価し、理解するには、まず最初に、物質界面を解像できるように各試料が高品質であることと、必要に応じて環境刺激下で処理できるように各試料が適切に管理されていることが重要です。試料を作製したら、材料の微細構造、欠陥、光学特性の関係をより深く理解するために、いくつかの手法を利用できます。

顕微鏡レベルで材料の化学特性および電子特性について独自の知見を得ることができる。
材料の成長、素子の超微細構造と不具合を理解するのに役立つ、権威ある賞を受賞した高分解能イメージングツール。
原子分解能の化学および組成分析。
ナノメートルレベルの分解能で像内の元素と化学物質を強調しマッピングを行い定量化するイメージング手法の1つ。
EELSデータの空間分布を生成するための体系的な方法。
独自のSEM、TEM、またはSTEMアプリケーション用に試料を切削、エッチング、研磨、および凍結するための高性能ツール。
試料の元素または化学特性を解明するのに役立つ。
材料の結晶方位や組織を調べるのに役立つ。

関連するアプリケーションについては、「太陽光発電、ユーティリティ、および環境」をご覧ください。

結果の活用

過成長やこう結作用過程を明らかにする

カラーカソードルミネッセンス画像によって、貯留岩のこう結作用過程が明らかになります。左側の画像には、低温石英こう結物(青白い色)と、過成長の粒界に沿った後期(高温)のオーバープリント(赤色)が示されています。右側の画像には、複数のゾーニングが行われ、十分に成長した過成長こう結物が示されています。画像はインディアナ大学シェール研究室のJuergen Schieber博士のご厚意によるものです。ChromoCL2™システムより入手。

微量元素、内部構造、およびゾーニングの測定

次の画像は、ジルコン粒子の集合体を画像化したもので、帯状構造全体とカソードルミネッセンスでのみ観察可能な後期リムが示されています。数ミリメートルサイズの視野で7000万ピクセル画像を作成するために、視野のつなぎソフトウェアが使用されています。その結果、すべての信号間でピクセルを正確に登録することで、大きな領域にわたりトポグラフィーと構成、微粒元素化学を直接関連付けることができることを示しています。試料はフィンランド地質調査所様のご厚意によるものです。

微小破壊と流体流の分析

地質物質の微小破壊の分布から、構造断層に関連する損傷などの貫入事象についての知見を得ることができます。次の画像は、カソードルミネッセンスが高空間分解能条件(低加速電圧、低CL信号)において微小破壊を明らかにする上で優れたツールであることを示しています。画像は、After Laubach様などのご厚意によるものです。Journal of Structural Geology 2005から引用。

カソードルミネッセンスは、微粒元素組成に対して非常に優れた感度を備えているため、クラックに沿った流体流によって多結晶ダイヤモンド試料に変化が生じる化学的オーバープリントを観察できます。

鉱物と相、およびそれらの分布の識別

次の結果は、カソードルミネッセンスでは、他の手法では得られない鉱物属性が明らかになることを示しています。これらの画像を比較すると、EDS/BSE分析(左側)は試料全体における石英の均一な分布を示し、2番目の電子画像(右側)は自生石英と砕岩質の石英の大きな粒子がいくつか存在することを示しています。

地質学的過程の再構築

多結晶ダイヤモンドの生成をより深く理解するために、カソードルミネッセンスのスペクトル特性を比較して、照射異常や点欠陥の原因を特定できます。次の試料で、(a)の多結晶ダイヤモンドの複合カソードルミネッセンス画像は、赤、緑、青の波長フィルタ補正を行ったカソードルミネッセンス画像を使用して作成されています。分光法結果との相互相関から、個々の元素や物質が試料内で識別されています。この結果は、粒界に沿って放射性流体が浸入したことで、放射ハロー効果が観察されたことを示しています。データはスミソニアン大学のE. Vicenzi博士のご厚意によるものです。