Analiza petrograficzna surowców skalnych za pomocą katodoluminescencji na przykładzie piaskowców cergowskich (Karpaty zewnętrzne)

• Autorzy: Pszonka J.

Warianty tytułu

EN

Petrographic analysis of mineral resources using cathodoluminescence with regard to the Cergowa sandstones (Outer Carpathians)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule scharakteryzowano zjawisko katodoluminescencji, jego zastosowanie w petrologii oraz główne cele analizy obrazu i widm katodoluminescencyjnych: identyfikcję pierwiastków śladowych w minerałach i identyfikację natury defektów oraz genetycznych warunków minerałów. Następnie przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych przy użyciu katodoluminescencji z tzw. zimną katodą. Badania z wykorzystaniem katodoluminescencji służą określeniu pierwotnych cech tekstualnych (wielkość ziaren, upakowanie, obtoczenie, kontakty międzygranularne) i identyfikacji struktur wewnętrznych składników (przemiany mineralne, zonacja), które w przypadku piaskowców cergowskich pozwoliły na zaproponowanie kilku wniosków: a) Na podstawie intensywności i koloru luminescencji wyróżniono trzy generacje cementu węglanowego. Tego typu wyróżnienia nie umożliwiają inne metody. b) Na podstawie wzajemnych relacji geometrycznych wyróżnionych generacji cementu oraz charakterystycznych dla nich cech zaproponowano najbardziej prawdopodobną sekwencję rozwoju diagenezy cementu. c) Przy pomocy katodoluminescencji bardzo wyraźnie zobrazowano proces zastępowania skaleni przez cement węglanowy, co w znacznym stopniu wyjaśnia wyjątkowo wysokie parametry technologiczne piaskowców cergowskich. Przeprowadzone badania oraz wyciągnięte wnioski pokazują duże, często niezastąpione możliwości badawcze katodoluminescencji z zimną katodą i jednocześnie podkreślają, że metoda ta powinna być uzupełniana badaniami geochemicznymi identyfikującymi skład chemiczny minerałów, np. za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM).

EN

The article describes the phenomenon of cathodoluminescence, its use in petrology and the main aims of image and cathodoluminecence spectra analysis: identification of trace elements in minerals, the nature of defects and conditions of their origin. This publication is related to laboratory studies with catchodoluminescence (CL) with cold cathode. Cathodoluminescence studies were used to identify the primary textural features and the internal structures of component grains of the Cergowa sandstones. The following conclusions were drawn on this basis: a) several generations of carbonate cements have been detected none of which is visible under the polarizing microscope, b) the most probable sequence of carbonate cement generations is proposed on the basis of their geometric relationships, c) partial or total replacement of feldspar grains by calcite is a common diagenetic phenomenon in the Cergowa sandstones and resulted in very strong cementation of detrital components, which is manifested by their high hardness and resistance. This study also emphasizes that it is difficult to determine the nature of diagenetic changes by means of cold cathode CL without additional studies that would reveal the chemical composition of minerals, e.g. by the scanning electron microscope (SEM).

Słowa kluczowe

PL

katodoluminescencja; surowce skalne; piaskowce cergowskie; diageneza

EN

cathodoluminescence; mineral resources; Cergowa sandstones; diagenesis

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 89
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., zdj.

Twórcy

autor

Pszonka J.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi Polskiej Akademii Nauk, Kraków

Bibliografia

• 1. Gorobets, B.S. i Walker, G. 1995. Origins of luminescence in minerals: a summary of fundamental studies and applications. W: Marfunin A.S., red. - Advanced mineralogy. Springer Verlag, Berlin 2, s. 124—135.
• 2. Gorobets, B.S. i Rogojine, A.A. 2002. Luminescent spectr of minerals. Reference-Book (przetłumaczone z rosyjskiego przez Gorobets B. i Girnis A.). RPC VIMS, Moscow.
• 3. Götze i in. 1999 — Götze, J., Habermann, D., Neuser, R.D. i Richter D.K. 1999. High-resolution cathodolumine- sence spectrometric analysis of rare earth elements-activated cathodoluminescence in feldspar minerals. Chemical Geology 153, s. 81—91.
• 4. Götze i in. 2000 — Götze, J., Krbetschek, M.R., Habermann, D. i Wolf, D. 2000. High-resolution cathodoluminescence studies of feldspar minerals. [W:] Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D. red. Cathodolumi- nescence in geoscience, Springer, New York, s. 245—270.
• 5. Götze i in. 2001 — Götze, J., Plötze, M. i Habermann, D. 2001. Origin, spectral characteristics and practical applications of the cathodoluminescence (CL) of quartz — a review. Mineralogy and Petrology 71, s. 225—50.
• 6. Götze, J. 2012. Application of cathodoluminescence microscopy and spectroscopy in geosciences. Microscopy and Microanalysis 18, s. 1270—1284.
• 7. Leverenz, H.W. 1950. An introduction to luminescence of solids. John Willey, New York.
• 8. Long, J.V.O. i Agrell, O. 1965. The cathodoluminescence of minerals in thin section. Mineralogical Magazine 34, s. 318—326.
• 9. Machel i in. 1991 — Machel, H.G., Mason, R.A., Mariano, A.N. i Mucco, A. 1991. Causes and emission of luminescence in calcite and dolomit. W: Barker C.E., Kopp O.C., red. Luminescence microscopy and spectroscopy — qualitative and quantitative applications. Society for Sedimentary Geology Short Course 25, s. 9—25.
• 10. Machel, H.G. 2000. Application of cathodoluminescence to carbonate diagenesis. W: Pagel M., Barbin V., Blanc P., Ohnenstetter D. red. Cathodoluminescence in geoscience, Springer, New York, s. 271—301.
• 11. Marfunin, A.S. 1979. Spectroscopy, luminescence and radiation centers in minerals. Berlin, Springer-Verlag.
• 12. Marshall, D.J. 1988. Cathodoluminescence of Geological Material. Boston, Unwin Hyman.
• 13. Ozawa, L. 1990. Cathodoluminescence: Theory and Aplications. Tokyo, Kodansha.
• 14. Owen, M.R. 1991. Application of cathodoluminescence to sandstone provenance. [W:] Backer E.O., Koop C.C., red. Luminescence Microscopy: Quantitative and Qualitative Aspects, Society for Sedimentary Geology (SEPM) Short Course 25 Notes, Tulsa, s. 67—75.
• 15. Peszat, C. 1984. Variations of mineral composition of the Cergowa sandstones in light of their deposition conditions and diagenetic alterations. Bulletin of the Polish Geological Institute 346 (24), s. 207—234.
• 16. Peszat, C. i Buczek-Pułka, M. 1986. Znaczenie surowcowe piaskowców cergowskich na tle ich właściwości fizyczno-mechanicznych. Bulletin of the Polish Geological Institute 351, s. 179—211.
• 17. Pszonka i in. 2010 — Pszonka, J., Wendorff, M. i Kusaj, E. 2010. The Cergowa Sandstone as the most important raw material in the Podkarpackie Voivodeship. Bulletin of the Polish Geological Institute 439 (2), s. 261—268.
• 18. Pszonka, J. i Wendorff, M. 2013. Cathodoluminescence as a tool in recognition of relations between components in the Cergowa sandstones (Oligocene, Outer Carpathians). [W:] Book of abstracts, Conferenceon Raman and Luminescence Spectroscopy in the Earth Sciences, July 3-6, 2013, Vienna, s. 83-84. [Online] Dostępne w: http://www.univie.ac.at/Mineralogie/Corals2013/docs/CORALS_Pszonka.pdf [Dostęp: 30.06.2015]
• 19. Pszonka, J. i Wendorff, M. 2014. Cathodoluminescence-revealed influence of carbonates and feldspars diagenesis on technical parametres of the Cergowa Sandstones (Oligocene), Polish Outer Carpathians. Gospodarka Surowcami Mineralnymi — Mineral Resources Management 30/4, s. 21-36.
• 20. Ramseyer, K. i Mullis, J. 1990. Factors influencing short-lived blue cathodoluminescence of alpha-quartz. American Mineralogist 75, s. 791-800.
• 21. Redmond i in. 1992 - Redmond, G., Cesbron, F. i Chapoulie, R. 1992. Cathodoluminescence applied to the microcharacterization of mineral materials: a present status in experimentation and interpretation. Scanning Microscopy 6, s. 23-68.
• 22. Sikorska, M. 2005. Badania katodoluminescencyjne minerałów. Państwowy Instytut Geologiczny. Instrukcje i metody badań geologicznych 59.
• 23. Ślączka, A. 1971. Geologia jednostki dukielskiej. Prace Państwowego Instytutu Geologicznego 63, s. 1-77.
• 24. Tarashchan, A.N. i Waychunas, G. 1995. Interpretation of luminescence spectra in terms of band theory and crystal field theory. [W:] Marfunin A.S., red. - Advanced mineralogy. Springer Verlag, Berlin 2, s. 124-135.
• 25. Walker, G. i Burley, S. 1991. Luminescence petrography and spectroscopy studies of diagenetic minerals. [W:] Barker C.E., Kopp O.C., red. - Luminescence microscopy and spectroscopy - qualitative and quantitative applications. Society for Sedimentary Geology Short Course 25, s. 83-96.