توزيع الإجهاد أثناء ضغط الباردة من الصخور والركام المعدنية باستخدام المستندة إلى السنكروتروني حيود الأشعة السينية

Cecilia S.N. Cheung; Donald J. Weidner; Li Li; Philip G. Meredith; Haiyan Chen; Matthew Whitaker; Xianyin Chen

doi:10.3791/57555

مقالة منهجية

توزيع الإجهاد أثناء ضغط الباردة من الصخور والركام المعدنية باستخدام المستندة إلى السنكروتروني حيود الأشعة السينية

DOI:

10.3791/57555

⸱

مايو 20, 2018

Cecilia S.N. Cheung¹^,² , Donald J. Weidner¹ , Li Li¹ , Philip G. Meredith³ , Haiyan Chen¹ , Matthew Whitaker¹ , Xianyin Chen⁴

¹Mineral Physics Institute, Department of Geoscience, Stony Brook University, ²Geological Engineering, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Wisconsin-Madison, ³Rock and Ice Physics Laboratory, Department of Earth Sciences, University College London, ⁴Department of Chemistry, Stony Brook University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نحن التقرير إجراءات مفصلة لإجراء تجارب الضغط على الصخور والمجاميع المعدنية داخل جهاز تشوه سندان متعددة مقترنة السنكروتروني السينية. تسمح هذه التجارب والتحديد الكمي لتوزيع الإجهاد داخل عينات، في نهاية المطاف يلقي الضوء على عمليات الضغط في جيوماتيريالس.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ونحن التقرير إجراءات مفصلة لإجراء تجارب الضغط على الصخور والمجاميع المعدنية داخل جهاز تشوه سندان متعددة (د-ديا) يقترن السنكروتروني السينية. أعدت جمعية عينة على شكل مكعب ومضغوطة، في درجة حرارة الغرفة، بمجموعة من أربعة أعمدة الإسناد الماس متكلس شفافة بالأشعة السينية، وهما كربيد التنغستن الساندين، الجانبية والطائرات العمودية، على التوالي. يسكن داخل مكابس هيدرولية 250 طناً الساندين الستة كافة ومدفوعا إلى الداخل في وقت واحد باثنين من كتل دليل مثبتة. المتوقعة من خلال شعاع الأشعة سينية المشتتة الطاقة أفقية وديفراكتيد الجمعية عينة. الشعاع عادة في الوضع من الأشعة السينية أما أبيض أو أحادية اللون. في حالة الأشعة السينية الأبيض، يتم الكشف عن الأشعة السينية ديفراكتيد قبل مجموعة كاشف الحالة الصلبة التي يجمعها نمط حيود المشتتة الطاقة الناتجة عن ذلك. في حالة الأشعة السينية أحادية اللون، يتم تسجيل نمط ديفراكتيد استخدام كاشف (2-د) ثنائي الأبعاد، مثل صفيحة تصوير أو جهاز للكشف عن جهاز اقتران (CCD). ويتم تحليل أنماط الحيود 2-د لاشتقاق المباعدة شعرية. سلالات مطاطا العينة مشتقة من التباعد شعرية الذري داخل الحبوب. ويحسب الضغط ثم استخدام معامل مرونة محددة سلفا وسلالة مطاطا. وعلاوة على ذلك، تسمح لتوزيع الإجهاد في أبعاد اثنين لفهم كيف يتم توزيع الإجهاد في اتجاهات مختلفة. وبالإضافة إلى ذلك، سسينتيلاتور في مسار الأشعة السينية غلة صورة ضوء مرئي البيئة عينة، والذي يسمح للقياس الدقيق من عينة طول التغييرات أثناء التجربة، تسفر عن قياس حجم الضغط على العينة مباشرة. ويمكن قياس هذا النوع من التجربة توزيع الإجهاد داخل جيوماتيريالس، التي يمكن في نهاية المطاف إلى تسليط الضوء على هذه الآلية المسؤولة عن الضغط. هذه المعرفة لديه القدرة على تحسن فهمنا للعمليات الرئيسية في ميكانيكا الصخور والهندسة الجيوتقنية، والفيزياء المعدنية، وتطبيقات علوم المواد حيث تكون عمليات كومباكتيفي الهامة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأساس المنطقي وراء الطريقة التي عرضت في هذه المادة لقياس توزيع الضغط داخل الصخور والعينات المعدنية الإجمالية أثناء ضغط وضغط اللاحقة. فهم انضغاط في الصخور والمجاميع المعدنية لها أهمية كبيرة للخزان والهندسة⁸^،^،من¹⁷¹⁸^،^،من¹⁹²⁰^،^{28 الجيوتقنية} ^،³³. ضغط يعمل على تقليل المسامية، ويؤدي ذلك إلى زيادة الضغوط المسامية. أي زيادة من هذا القبيل في المسام الضغط يؤدي إلى انخفاض في الضغط الفعال³⁵. والنتيجة هي أنه سيضعف إلى حد كبير من الصخور الخازنة، ويمكن إخضاعها لفشل سابق لأوانه في الإجهاد أقل ولذلك. بعض الأمثلة على العواقب الناتجة عن ذلك لتشوه غير مرن في تضمين تحت السطح: سطح الفشل في استدامة إنتاج طويلة الأجل في النفط والغاز الخزانات²⁸^،³³، هبوط⁸^، ¹⁸ ^, ¹⁹ ^, ²⁰، وتغيير أنماط تدفق السوائل¹⁷. ولذلك، معرفة شاملة بضغط عمليات في الصخور والمجاميع المعدنية يمكن أن تساعد في الحد من إمكانية وقوع مثل هذه العواقب السلبية المحتملة.

والميزة الكبرى لاستخدام الأسلوب الذي يبرز هنا أنه يوفر وسيلة لقياس توزيع الإجهاد داخليا ضمن⁵^،جيوماتيريال⁶ وفيما يتعلق بمتوسط عالمياً خارجياً تطبيق الضغط¹² ^, ²²-وعلاوة على ذلك، على سبيل تجربة في الموقع ، تطور توزيع الإجهاد وقت حلها. تعتبر الضغوط تطبيق خارجياً وتتراوح قيم منخفضة نسبيا (عشرات ميجاباسكالس) القيم العليا (عدة جيجاباسكالس). يتم قياس الضغط داخل العينة غير مباشر باستخدام تباعد شعرية الذري داخل الحبوب المعدنية الفردية كمقياس لل⁵^،سلالة مطاطا المحلي⁶. يتم تحديد التباعد شعرية الذري مع معونة السينية، عادة في أما وضع من الأشعة السينية الأبيض أو أحادية اللون. الأبيض وضع الأشعة السينية (مثلاً، دايا في بيمليني ب 6BM للمتقدم فوتون المصدر (الجزائرية)، مختبر أرغون الوطني)، يتم تحديد كثافة شعاع شعاع ديفراكتيد الأشعة السينية ليس واحدة فقط، بل بمجموعة من أجهزة الكشف عن جنرال الكتريك 10-العنصر ( الشكل 1) وزعت على طول دائرة ثابتة في الزوايا السمتية 0 °، 22.5 °، 45 °، 67.5 °، 90 °، 112.5 °، 135 °، 157.5 °، 180 °، 270 °. لوضع الأشعة السينية أحادية اللون، يتم تسجيل نمط ديفراكتيد استخدام اتفاقية مكافحة التصحر (مثلاً 30 دايا في بيمليني 13-معرف-د جسيكارس، وكالة الأنباء الجزائرية، مختبر أرغون الوطني) للكشف عن¹⁸^،²³. كلا أوضاع الأشعة السينية تسمح للتقدير الكمي على كيف يختلف الضغط في اتجاهات مختلفة. وهذا النهج يختلف اختلافاً جوهريا عن جميع الدراسات السابقة من الضغط في جيوماتيريالس.

في دراسات نموذجية الضغط، يتم ضغط عينة أسطوانية بقوة محورية التي يتم تطبيقها عبر منطقة مستعرضة ب صمام²⁵. في ظل هذه الظروف، يحسب ضخامة حجم الإجهاد المطبقة عموما ببساطة تقسيم القوة المحورية (تقاس بخلية تحميل) بمنطقة مستعرضة الأولية للعينة. تجدر الإشارة إلى أن هذا الحجم الإجهاد المطبق هو مجرد قيمة المتوسط، السائبة، وعلى هذا النحو، لا واقعية تمثل كيف يختلف حالة الإجهاد المحلية، أو توزيع، ضمن مادة معقدة، وغير متجانسة، والحبيبية. تتشكل الصخور الرسوبية ديتريتال، وأمثلة للمواد الحبيبية المعقدة، بتجميع الحبوب المعدنية التي يتم بعد ذلك ضغط وعزز من خلال عمليات ترسبية ودياجينيتيك¹^،⁷^، ²¹ ^, ³⁰ ^, ³¹-بطبيعة الحال ترث هذه المجاميع المسام التي تتألف منها الفراغات بين الحبوب، التي جوهرية من هندسة التعبئة الحبوب المعدلة بانحلال الثانوية. ومن ثم يتوقع أن تكون مدعومة بأي إجهاد التطبيقية وتتركز في الاتصالات الحبوب للحبوب، وتتلاشى في واجهات الحبوب-المسامية.

بالإضافة إلى الطابع المعقد لتباين الضغط داخل مواد حبيبية، تعقيد العوامل الأخرى زيادة ضغط الدراسة في هذه السيناريوهات. أولاً، مجال الإجهاد المحلية عرضه لأي تغييرات نظراً للتحف ميكروستروكتورال (مثل الحبوب الشكل، preexisting كسور) حتما الموجودة داخل أي من الصخور الرسوبية ديتريتال. ثانيا، على الرغم من أن حجم الضغط التطبيقية بناء أسطح العينة يمكن قياسها كمياً كاملا، توزيع تشدد داخل الجسم عينة ظلت مقيدة سيئة. أثر انتهاء³² – التأثير حدود حيث يتركز الضغط المتوسط قرب الاتصال بين كباش التحميل والعينات بسبب احتكاك واجهة – معروف جيدا لتكون معروضة في عينات أسطوانية محملة في ضغط. على سبيل مثال، أظهرت بنغ²⁶ سلالة عدم التجانس داخل عينات الجرانيت أونياكسيالي مضغوطة يتعرض لمجموعة متنوعة من الظروف نهاية. ومن ثم، لدقة حساب الضغوط المحلية للتوزيع في المواد الحبيبية، نقدم البروتوكول التفصيلية التالية لإجراء تجارب حيود الأشعة السينية (XRD) على الصخور والخلطات المعدنية، واستخدام جهاز تشوه سندان متعددة في بيمليني 6-بي أم-ب من وكالة الأنباء الجزائرية في "مختبر أرغون الوطني".

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد نموذج

اختر نموذج الاختبار و/أو مرجعية؛ وهذا يمكن أن يكون أما صخرة أساسية (الخطوة 1، 2) أو تجميع المعادن (الخطوة 1، 3)، تبعاً لتركيز الدراسة التجريبية.
ملاحظة: الأسلوب التالي غير المؤكد أن السبيل الوحيد لتحضير عينات ذات نوعية جيدة (على سبيل المثال، يمكن استخدام آلات أخرى). ومع ذلك، إعداد العينات المعتمدة في هذه الدراسة هو يتضح تماما تحقيق الهدف للنسخ المتماثل دقيقة.
عينات من الصخور الأساسية
1. شاهد لوح صغيرة مستطيلة من كتلة الصخور عينة أكبر. ثم طحن سطح البلاطة عينة أن جميع الأسطح ستة من لوح مسطح وعمودي على الأسطح المجاورة.
2. للتقليل إلى أدنى حد من أي حركة للوح عينة أثناء الحفر الأساسية، ابدأ بوضع جهاز نائب (الشكل 2a) على سطح عامل مستقر جداً. ضمان أن جميع الأسطح الاتصال تكون نظيفة ما غير بيربينديكولاريتي هو عدم عرض الإعداد. ضع لوح العينة بين الفكين نائب (الشكل 2a) والمسمار الفكين معا ضمان أن تكون مجرد ضيق ما يكفي لتأمين العينة دون الأضرار بها.
3. إعداد أداة الدنمارك مع مجموعة ستتولى محطة عمل كصحفي الحفر المستخدمة (الشكل 2a). إدراج 2 مم (القطر الداخلي) الحفر الماس مثقاب إلى تشاك قابل لتعديل للصحافة الحفر. المسمار وقفل صلب حفر بت لضمان أن الجمعية مستقرة أثناء الحفر.
4. قم بتشغيل الأداة الدنمارك وبدء تخفيض الجمعية الحفر نحو لوح العينة.
  ملاحظة: يتم إنتاج الحرارة في تلميح بت الحفر كما تقدم الحفر. يمكن أن تسبب الحرارة الزائدة الماس في تلميح بت الحفر ارتداء بمعدل متسارع. حيث ستتولى الصحافة الحفر غير مجهز بنظام تبريد مياه، ونظرا لأن حجم العينة في حدود ملليمتر، يمكن تبريده مثقاب عن طريق حقن سائل التبريد يدوياً إلى جهة الاتصال بين مثقاب الدورية والبلاطة.
5. حفر بعمق على الأقل 3.25 ملم (مزدوج الارتفاع النهائي المثالي للعينة) حيث أن يترك الارتفاع الكبير للغاية إعداد السطح بعد ذلك.
  1. إذا كانت بعد تراجعه مثقاب، لا تزال متصلة لوح العينة الأساسية حفر، ثم إدراج مثقاب حول جوهر وتذبذب ببطء حتى يتم فصل الأساسية من البلاطة.
  2. إذا كان الفعل صلب حفر منفصلة وعالقة في المناطق داخلية مثقاب الأساسية، ثم إدراج pin قطر 1.85 مم من الجهة المقابلة لدفع الأساسية نحو الخارج لاسترجاعها.
6. استخدام مناديل تجفيف مياه التبريد، وثم الهواء الجاف للعينات التي تم استردادها على الأقل 2 ح، أو إذا كان ذلك ممكناً، بين عشية وضحاها. تنظيف الغبار الأرض حول لب من قبل المتداول على قطعة من الشريط اللاصق منخفضة. قياس قطر صلب، وإعطاء الأولوية للعينات التي يبلغ قطرها أقرب إلى 1.9 + مم.
7. الإعداد التالية لطحن سطح من السطوح نهاية.
  ملاحظة: أنها بالغة الأهمية إلى نهاية اتصالات سطح مسطح حتى الحمولة المطبقة يمكن أن تكون موزعة بالتساوي عبر المنطقة السطحية بأكملها.
  1. مكان الرمل ورقة إطار الرقصة طحن (الشكل 2). ابدأ طحن مع الحصباء الخشنة (مثلاً 600 الحصباء)، التقدم المحرز الحصباء الدقيقة، والانتهاء من الحصباء 1,500 على الأقل. إدراج الأساسية في نهاية واحدة من حفرة الرقصة الطحن. ضع الشريط حول لب إذا لا يصلح محكم في الحفرة للرقصة.
    ملاحظة: تأكد من سطح العمل تظل نظيفة لضمان بيربينديكولاريتي.
  2. إدراج pin (قطرها 1.4 مم) في الجانب الآخر من الحفرة. الاحتفاظ بعقد دبوس أسفل برفق للحفاظ على ورق الرمل والأساسية في الاتصال (الشكل 2). الحفاظ على هذا الموقف والبدء ببطء طحن الأساسية ضد الرمل ورقة. أن جوهر الرقصة والاختيار غالباً لمشاهدة إذا تم التوصل إلى الارتفاع النهائي (1.67 ملم)، وإذا كان السطح حتى.
  3. على التوازي، إدراج العينة مرة أخرى إلى الرقصة لطحن المزيد، حتى يصل بدقة حدود 0.5°.
8. للمساعدة في اتخاذ قرار بشأن الذي عينة هو الأفضل لاستخدام، التحقق من الشكل العام للعينات باستخدام مجهر تكبير منخفضة (2 X-8 X). إذا أمكن الحصول على بعض الصور المجهرية للعينات للوثائق، وكذلك.
العينات المعدنية التجميعية
1. تحضير الحبوب المعدنية بأول طحن عينة مناسب حجم من الصخور أو مسحوق في المدقة والهاون الموجودة مسبقاً.
  ملاحظة: يمكن أن تسرع هذه العملية باستخدام أداة الدنمارك مع رئيس طحن، بدلاً من المدقة.
2. استخدام مجهر تكبير منخفض لقياس حجم الحبوب. يستمر الطحن حتى يصبح القطر متوسط الحبوب 4 ميكرومتر.
  1. تعليق الحبوب في الإيثانول. ثم فصل الحبوب عن تعليق الإيثانول باستخدام عمود طويل القامة والصفق (~ 20 سم في الطول) وتسوية بالجاذبية.
    ملاحظة: إزالة الحبوب التي أصغر وأكبر من 4 ميكرومتر (± 0.5 ميكرومتر)، تستند إلى كتلتها. القوة التجاذبية المؤثرة على الحبوب ترد عليه:
    
    حيث m هو الكتلة، وهو g التسارع الجاذبية. القوى المعارضة للاقتراح الطفو وسحب القوة. تعطي قوة الطفو بمبدأ أرخميدس:
    
    حيث ρ هي الكثافة، والخامس هو حجم السائل المشردين. تمنحها قوة السحب:
    
    حيث u هو السرعة النسبية الموائع والجسيمات،_ف مجال الجسيمات المسقطة في اتجاه الحركة، وهو ج_د معامل السحب. بتوازن القوى، تعيين الشرط الحدود التي تصل الحبوب إلى محطة السرعة. بافتراض ظروف التدفق الصفحي، سرعة v الحبوب_الحبوب تعطي في المعادلة الناتجة المعروف باسم قانون ستوكس:
    
    حيث d هو القطر الحبوب.
3. استخراج مزيج الإيثانول/الحبوب على ارتفاعات مختلفة في العمود في قنينة زجاج منفصلة للحصول على الحبوب مفروزة حسب قطرها الحبوب.
  ملاحظة: يعتمد معدل تسوية الحبوب على القطر والكثافة.
4. ترك المحتوى في قنينة بين عشية وضحاها إلى الهواء الجاف. قياس القطر المتوسط النهائي من الحبوب استخدام مجهر تكبير منخفض وحدد دفعة الحبوب يبلغ قطرها أقرب إلى 4 ميكرومتر (للأمثل إشارات الأشعة السينية).

2-خلية الجمعية إعداد

تحميل عينات المعدة إلى جمعية خلية د-ديا قياسية (الشكل 3a).
ملاحظة: وضعت الجمعية الخلية د-ديا تحت الكونسورتيوم "المواد خصائص البحث" في "علوم الأرض" (كومبريس) خلية متعددة سندان الجمعية تطوير المشروع¹⁴. الوصف التالي لتصميم الخلية د-ديا القياسية (في إطار المشروع كومبريس) يمكن استخدامها لإضافة لزيادة درجة الحرارة إذا رغبت في ذلك.
1. بدء تشغيل مع خلية الجمعية مكعب (طول حافة 6.18 مم؛ الرقم 3) تعمل على تنظيف سطح.
2. تنظيف قضيب ألومينا (قطرها 1.5 مم، ارتفاع 1.46 مم؛ الشكل 3 ألف)، حلقة ألومينا (الشكل 3 ألف)، وخاتم جرافيت (الشكل 3a) في حمام الموجات فوق الصوتية. إعداد أسطح نهاية قضيب الألومينا مسطحة وموازية بدقة حدود 0.5° (راجع قسم 1.2.7).
3. وضع قطعة من الشريط في نهاية واحدة من الحفرة المكعب. استخدام زوج من ملاقط لوضع اثنين من الحلقات حول قضيب الألومينا، وإدراج لهم كل الطريق في الحفرة من المكعب، وهذه الحلقة الجرافيت هو على اتصال بالشريط.
  ملاحظة: يتم استخدام الحلبة الألومينا كفاصل؛ يتم استخدام الحلبة الجرافيت الموصلية الكهربائية عند أعلى درجة حرارة التطبيق (لا تطبق لضغط الباردة المقدمة في هذه الدراسة).
4. وضع علامة على زاوية المكعب لتكون متوائمة مع اتجاه شعاع الأشعة السينية الواردة (الشكل 4 باء).
  ملاحظة: يستخدم التنتالوم إحباط للحصول على أفضل على النقيض للتحديد الكمي لحجم العينة باستخدام التصوير الشعاعي أثناء التجربة (الفرع 3).
  1. قص قطعة مستطيلة من رقائق التنتالوم (1.5 ملم × 17 ملم). أمثال إحباط إلى قطعة شكل U (انظر الشكل 3 (ب) لمزيد من التفاصيل) ومكان داخل الفضاء أسطواني الجمعية الخلية. لضمان تناسب ضيق بين إحباط وحواف المساحة أسطواني، استخدام pin (قطر 1.83 مم) لدفع إلى إحباط ضد الحواف لإزالة أي مسافة زائدة بين البلدين.
  2. قم بمحاذاة هذا إحباط على شكل U فيما يتعلق باتجاه شعاع الأشعة السينية (الشكل 4 أ)، وتهدف إلى التقليل إلى أدنى حد، وتعظيم الإسقاط 2-د من إحباط والعينات، على التوالي.
5. وضع قطعة من رقائق مستطيلة التنتالوم (1.7 مم × 1 مم) على رأس لب روك (الشكل 3b). تأكد من إحباط شقة، ومحاذاة إحباط أن الطول (1.7 ملم) من إحباط عمودي على اتجاه شعاع الأشعة السينية (الشكل 4 أ).
  ملاحظة: أما الصخور الأساسية أو المعدنية الإجمالية يمكن أن تكون "عينة مرجعية"، اعتماداً على أن الهدف من هذه الدراسة التجريبية. في هذا المثال خاصة، إدراج لب روك أعدت في القسم 1-2. كجزء "عينة مرجعية" في الشكل 3b. والغرض من هذا القطعة من رقائق توفير تباين أفضل للحدود بين العينات المتجاورة.
6. عناية حزمة الإجمالية المعدنية (أعدت في الفرع 1-3) في الفضاء أسطواني مع ملعقة (الجزء "العينة" في الشكل 3).
  ملاحظة: مرة أخرى، تجميع المعادن أو الصخور الأساسية يمكن أن تكون "عينة"، اعتماداً على أن الهدف من هذه الدراسة التجريبية.
7. إزالة الحبوب الزائدة انضمت إلى الجانب الأفقي للفضاء أسطواني بلطف مع الهواء إذا لزم الأمر. استخدام pin (قطر 1.83 مم) وقدمه ذات الورنيّة للتحقق إذا كان قد تم التوصل إلى الارتفاع النهائي؛ اترك 1.4 مم في الارتفاع لإدراج قضيب الألومينا أعلى.
8. إدراج آخر قطعة مستطيلة من إحباط التنتالوم (1.7 مم × 1 مم). تنظيف مجموعة جديدة قضيب ألومينا (قطرها 1.5 مم، ارتفاع 1.46 مم)، وعصابة ألومينا، وخاتم جرافيت (الشكل 3a) في الحمام بالموجات فوق الصوتية. استخدام زوج من ملاقط لوضع اثنين من الحلقات حول قضيب الألومينا، وإدراجها أن المساحة المتبقية من حجم أسطواني مليء تماما مع عصابة الجرافيت في الأعلى.
9. استخدام الحد أدنى من الأسمنت (الزركونيوم مسحوق مختلطة مع المنشط) لختم قضيب الألومينا مكشوف على طرفي المكعب. بعد الأسمنت هو المجففة، تقليم إحباط التنتالوم الزائدة التي يتعرض لها لا تزال خارج المكعب لحبكة.

3-الإجراء تجريبي

ملاحظة: يتم إجراء التجربة التالية في بيمليني 6-بي أم-ب (الشكل 4 أ) وكالة الأنباء الجزائرية في "مختبر أرغون الوطني". ويجري هذه التجربة التي أجريت في 6-بي أم-ب أبيض الأشعة السينية الوضع. هذا بيمليني بيمليني مفتوحة وترحب بالمقترحات المقدمة من العلماء والباحثين والطلاب في جميع أنحاء العالم القيام بتجارب في إطار برنامجها العام المستخدم.

إجراء معايرة الطاقة للنظام عن طريق جمع نمط حيود ألومينا قياسية.
1. جمع نمط حيود عن طريق النقر فوق الزر "ابدأ" في لوحة "للكشف عن عنصر التحكم مضخة 12 عنصر".
2. تحليل نمط زرد الألومينا، الذي يتضمن المدمج قمم fluorescence الكوبالت-57 (Co-57)، عن طريق حساب الموقف ذروة متوسط (أبعاد أفقي X و Y ير و Z شعاع) عبر الكشف عن مختلف.
3. أدخل متوسط القيم كمواقع رمي جديدة في لوحة "6motors.adl". يتذكر نمط حيود وحفظ كملف حيود المشتتة الطاقة (EDF)، الذي يقيد الزاوية ثيتا 2 ووظيفة الارتباط بين قناة الكاشف والطاقة الأشعة السينية لكل 10 أجهزة الكشف.
إزالة معيار الألومينا وجمع طيف الأشعة سينية الصحافة مفتوحة عن طريق النقر فوق الزر "ابدأ" على لوحة "للكشف عن عنصر التحكم مضخة 12 عنصر" (مع وقت تعرض من 500 s، لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء) لقياس الحيود للخلفية دون أي تجميع العينة.
تنظيف الساندين (طول حافة الاقتطاع من 4 مم) مع الأسيتون واستخدام مكنسة كهربائية محمولة لإزالة جميع الأنقاض من التجارب السابقة. إدراج نموذج الجمعية إعداد في المقطع 2 في مركز الإعداد التجربة التي تتكون من أربعة والماس متكلس شفافة، والأشعة السينية واثنين من أعمدة الإسناد كربيد التنغستن (أعلى/أسفل) (الشكل 4 باء).
انخفاض ببطء أزواج معارضة من الساندين الجانبية في وقت واحد. استخدام مستوى للتحقق إذا الساندين تتم تسوية. ادفع برفق السندان ضبط المحاذاة حتى هو أنها جميعا بالأرض. الأسفل وأربعة أعمدة الإسناد الجانبية ينبغي الآن جميعا أن تكون على اتصال بالجمعية عينة. الإفراج عن قفل الأمان وإدراج فاصل (الشكل 4 أ).
أغلق في القفص وتمكين مصراع للسماح لشعاع الأشعة السينية للدخول القفص.
في مضخة الضغط المنخفض الفريق (المسمى كوحدة تحكم محرك المضخة في الشكل 5)، تشغيل الزر "مضخة الضغط المنخفض" وتضغط على الزر "إعداد" بجوار التسمية "أعلى ذاكرة الوصول العشوائي" لنقل ذاكرة الوصول العشوائي العلوي إلى الأعلى، وضد المباعدة (الشكل 4 أ). مع معونة التصوير الشعاعي س في الوقت الحقيقي (الشكل 5)، بدء ارتقاء ذاكرة الوصول العشوائي أسفل ببطء وعناية حتى الساندين تبدأ في الظهور في الأشعة. "يترك فجوة جيد جداً" أن العينة غير مثقل في البداية قبل التجربة.
إيقاف تشغيل كافة عناصر التحكم في وحدة تحكم مضخة الضغط المنخفض (الشكل 5) وإغلاق صمام "الضغط" قبل البدء في ضغط مع المضخة الهيدروليكية ذات الضغط العالي.
ملاحظة: يتم التحكم بالمضخة ذات الضغط العالي استخدام البرامج المستندة إلى الملاحم (الشكل 5). الملاحم مجموعة غير التجارية من أدوات البرمجيات المفتوحة المصدر، والمكتبات، والتطبيقات التي تم تطويرها من قبل "مختبر أرغون الوطني".
1. نقل موقف العينة في اتجاه (الموازية للشعاع) Z باستخدام الزر "هرول" في "6motors.adl" لوحة بمحاذاة وسط العينة في لوحة البرامج المساعد للكشف عن منطقة الملاحم ImageJ مع علامة حيود التركيز على الشاشة. وهذا يقلل من حيود الطفيلية ويحسن نسبة الإشارة إلى الضجيج.
حيود جمع الأطياف بواسطة النقر فوق "ابدأ" الزر على لوحة "للكشف عن عنصر التحكم مضخة 12 عنصر" للقلب والكلية ("هرول" زر على طول التمثال Z للانتقال بين العينات) بشكل منفصل، كل مع وقت تعرض من 500 s، في الظروف المحيطة. في لوحة "NDFileTIFF.adl"، انقر فوق الزر "بدء الالتقاط" لالتقاط الأشعة (الشكل 5) هذه العينات مع وقت تعرض ~ 6 مللي ثانية.
محرك الساندين مثبتة الداخل بكتل دليل تشغيل المضخة الهيدروليكية قبل بدء تشغيل المحرك. في الإطار "سام-85 الصحافة تحميل عنصر التحكم" (الشكل 6)، تعيين تحميل الهدف إلى 50 طناً. دورة التغذية المرتدة، مع الحد الأعلى لمراقبة سرعة تعيين إلى 7 (ضغط أبطأ ممكنة).
ملاحظة: يمكن تغيير تحميل الصحافة والسرعة تبعاً لهدف الضغط وسرعة الضغط. تحميل الصحافة الحد الأقصى لتجنب كسر الساندين 100 طن.
استخدم لوحة "الحيود-التصوير--المسح الضوئي--بروسيليكا" (الشكل 7) لإعداد مجموعة بيانات تلقائياً عن طريق تحديد المواقع المطلوب الأساسية (مثلاً، اضغط X = 20.738 ملم، اضغط Y = 4.3 ملم) والكلية (مثلاً، اضغط X = 20.738 مم، اضغط Y = 4.8 ملم) الحيود (مع أوقات التعرض مسبقاً من 500 s) والتصوير الشعاعي X. مجموعة الدورات المطلوبة إلى 0 أن جمع هذه البيانات سيتم تكرار بشكل مستمر. انقر فوق "ابدأ" لبدء عملية جمع البيانات.
ملاحظة: كما تقدم ضغط، العينة سوف تتحرك صعودا، حيث ينبغي تحديث المواقع الجديدة المطلوب تبعاً لذلك.
بعد بلوغ الهدف حمولة 50 طن، انقر فوق الزر "إيقاف" لإيقاف عملية جمع البيانات التلقائي في لوحة "الحيود-التصوير--المسح الضوئي--بروسيليكا" (الشكل 7). في إطار "التحكم تحميل الصحافة سام-85"، ضغط العينة بتحديد الحد الأدنى للتحكم في سرعة إلى-10 وتغيير الحمولة المستهدفة للطن 0.
وبعد التفريغ، جمع الأطياف الحيود للقلب والكلية كل على حدة، بواسطة النقر فوق الزر "ابدأ" على لوحة "للكشف عن عنصر التحكم مضخة 12 عنصر"؛ استخدام وقت تعرض من 500 s للقلب والكلية. في لوحة "NDFileTIFF.adl"، انقر فوق الزر "بدء الالتقاط" لالتقاط الأشعة (الشكل 5) هذه العينات مع وقت تعرض ~ 6 مللي ثانية.
في لوحة مضخة الضغط المنخفض (المسمى كوحدة تحكم محرك المضخة في الشكل 5)، قم بفتح "صمام الضغط". دفع "الضغط المنخفض مضخة – على" زر. الصحافة "من أسفل" أزرار على حد سواء إلى جانب "ذاكرة الوصول العشوائي الأعلى" والتسميات "أسفل ذاكرة الوصول العشوائي" للتحرك الأعلى والأسفل ذاكرة الوصول العشوائي أسفل حتى تصبح مضيئة الخضراء "إلى أسفل" الضوء، ثم التوقف عن القيادة كل كباش.
في لوحة "مضخة الضغط المنخفض"، اضغط على زر قرب التسمية "فاصل كتلة" تحريك الذراع مباعدة لموقف "خارج" ومن ثم اضغط على الزر "إعداد" قرب التسمية "أعلى ذاكرة الوصول العشوائي" محرك أقراص ذاكرة الوصول العشوائي الأعلى حتى يشارك تأمين سلامة. إيقاف تشغيل كافة عناصر التحكم في وحدة تحكم المحرك مضخة (الشكل 5) بعد ذلك. تتحرك ببطء ويدويًا الساندين الأفقي إلى الخارج وإزالة الجمعية عينة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

علينا إظهار مثال النتيجة ممثل واحد من تجربة زرد (تجربة SIO2_55) تشغيل في الصحافة سندان متعددة في 6BM-ب على الكوارتز المركبة الإجمالية⁵^،⁶ و العينة الأساسية نوفاكوليتي⁶. أحجام الحبوب الكوارتز التجميعية ونوفاكوليتي وميكرومتر ~ 4 ~ 6-9 ميكرون، على التوالي⁵^،⁶. تحديد حيود الأطياف التي جمعت خلال هذه التجربة موضحة في الشكل 8. ف...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم الإجراءات المفصلة للقيام بتجارب زرد باستخدام الخلية سندان متعددة في 6-بي أم-باء. وربما تشمل الخطوات الأكثر أهمية والأكثر تحديا حتى الآن، في البروتوكول أعلاه تحسين نوعية العينة. مثل هذه الأهمية في جودة عينة ينطبق على تقريبا جميع الصخور وتجارب تشوه المعدنية. أولاً، من المهم لسطح نهاية النوى صخرة تكون مسطحة، مع طرفي موازية لبعضها البعض، وفي الوقت نفسه، عمودي على سطح أسطواني. وسيضمن القوة الخارجية المطبقة من خلال أعمدة الإسناد توزع بالتساوي من خلال نهاية كامل سطح العينة. غيرها من السطوح نهاية، الخطوط العريضة لسطح أسطوان...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب يعلن لا تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون يود أن يعترف امتنان اثنين من المراجعين المجهولين واستعراض جوف كبار محرر ديسوزا إليشا الدكتور على تعليقاتهم لا تقدر بثمن. تم إجراء هذا البحث في 6-بي أم-ب للمتقدم فوتون المصدر (الجزائرية) في "مختبر أرغون الوطني". استخدام هذا المرفق قد دعمت الكونسورتيوم "المواد خصائص البحث" في "علوم الأرض" (كومبريس) تحت مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) اتفاق تعاوني الإذن 11-57758، 1661511 الإذن، ومعهد الفيزياء المعدنية، ستوني بروك جامعة. الكتاب الإقرار NSF لتمويل الأبحاث الخاصة بهذا البرنامج من خلال 1361463 الإذن والإذن 1045629 الإذن 1141895. هذه البحوث تستخدم الموارد المصدر فوتون متقدمة، إدارة الولايات المتحدة للطاقة (DOE) مكتب للعلم المستخدم تشغيل مرفق لمكتب وزارة الطاقة "بالعلم" "مختبر أرغون الوطني" وبموجب العقد DEAC02-06CH11357. التجميعات الخلية تحت كومبريس خلية متعددة سندان الجمعية مشروع التنمية. وتتوفر كافة ملفات البيانات من المؤلفين عند الطلب (scheung9@wisc.edu). يتم أرشفة نماذج وبيانات في معهد الفيزياء المعدنية في جامعة ستوني بروك.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

محطة عمل محطة عمل حزمة

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
الحفر أداة الدوارة مع مفتاح	ربط Dremel	220-01
MultiPro بدون مفتاح تشاك	Dremel	4486
أداة دوارة متغيرة السرعة	Dremel	4000-6/50
مثقاب ماسي أساسي صغير للغاية - 2.5 مم	سائل تبريد DB'S ROCK SHOP	SCD
	NBK	JK-A-NBK-000-020	مركز سائل الطحن US 5 جالون / 20 لتر
برامج ورموز للتحكم في الأجهزة والحصول على البيانات	IDL EPICS و SPEC		مثبتة على الكمبيوتر في كاميرا شعاع
CCD	Allied Vision	Prosilica GT	مثبتة عند خط الشعاع

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bjørlykke, K. Relationships between depositional environments, burial history and rock properties. Some principal aspects of diagenetic processes in sedimentary basins. Sedimentary Geology. , 1-14 (2014).
Burnley, P. C., Zhang, D. Interpreting in situ X-ray diffraction data from high pressure deformation experiments using elastic-plastic self-consistent models: An experiment using quartz. J. Phys. Condens. Matter Solid Earth. 20 (28), 285201(2008).
Burnley, P. C. Elastic plastic self-consistent (EPSC) modeling of plastic deformation of fayalite olivine. American Mineralogist. 100 (7), 1424-1433 (2015).
Chen, J., Li, L., Weidner, D. J., Vaughan, M. T. Deformation experiments using synchrotron X-rays: in situ stress and strain measurements at high pressure and temperature. Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 347-356 (2004).
Cheung, S. N. C. Experimental deformation in sandstone, carbonates, and quartz aggregate. , State University of New York at Stony. Ph.D. Thesis (2015).
Cheung, S. N. C., et al. Stress distribution during cold compression of a quartz aggregate using synchrotron X-ray diffraction: observed yielding, damage, and grain crushing. J. Geophys. Res. Solid Earth. 122, 2724-2735 (2017).
Croizé, D., Ehrenberg, S. N., Bjørlykke, K., Renard, F., Jahren, J. Petrophysical properties of bioclastic platform carbonates: implications for porosity controls during burial. Marine and Petroleum Geology. 27 (8), 1765-1774 (2010).
Doornhof, D., Kristiansen, T. G., Nagel, N. B., Pattillo, P. D., Sayers, C. Compaction and subsidence. Oilfield rev. 18 (3), 50-68 (2006).
Durham, W. B., Weidner, D. J., Karato, S. New developments in deformation experiments at high pressure. Rev. Mineral. Geochem. 51 (1), 22-49 (2002).
Fyfe, W. S. The evolution of the Earth's crust: modern plate tectonics to ancient hot spot tectonics. Chemical Geology. (1-4), 89-114 (1978).
Gerward, L., Mo, S., Topso, H. Particle size and strain broadening in energy-dispersive -ray powder patters. J. Appl. Phys. 47 (3), 822-825 (1976).
Heap, M. J., Farquharson, J. I., Baud, P., Lavallée, Y., Reuschlé, T. Fracture and compaction of andesite in a volcanic edifice. Bulletin of volcanology. 77 (6), 55(2015).
Lavina, B., Dera, P., Downs, R. T. Modern X-ray diffraction methods in mineralogy and geosci. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 78 (1), 1-31 (2014).
Leinenweber, K. D., et al. Cell assemblies for reproducible multi-anvil experiments (the COMPRES assemblies). American Mineralogist. 97 (2-3), 353-368 (2012).
Li, L., Weidner, D. J., Raterron, P., Chen, J., Vaughan, M. T. Stress measurements of deforming olivine at high pressure. Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 357-367 (2004).
Li, L., Weidner, D. J., Chen, J., Vaughan, M. T., Davis, M., Durham, W. B. X-ray strain analysis at high pressure: Effect of plastic deformation in MgO. J. App. Phys. 95 (12), 8357-8365 (2004).
Minkoff, S. E., Stone, C. M., Bryant, S., Peszynska, M., Wheeler, M. F. Coupled fluid flow and geomechanical deformation modeling. J. Petroleum Sci. and Engineering. 38 (1), 37-56 (2003).
Miyagi, L., et al. Deformation and texture development in CalrO 3 post-perovskite phase up to 6 GPa and 1300 K. Earth and Planetary. 268 (3), 515-525 (2008).
Morton, R. A., Bernier, J. C., Barras, J. A. Evidence of regional subsidence and associated interior wetland loss induced by hydrocarbon production, Gulf Coast region, USA. Environmental Geology. 50 (2), 261(2006).
Nagel, N. B. Compaction and subsidence issues within the petroleum industry: From Wilmington to Ekofisk and beyond. Phys. And Chem. of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy. 26 (1-2), 3-14 (2001).
Nichols, G. Sedimentology and Stratigraphy. , John Wiley & Sons. (2009).
Nicolas, A., Fortin, J., Regnet, J. B., Dimanov, A., Guéguen, Y. Brittle and semi-brittle behaviours of a carbonate rock: influence of water and temperature. Geophysical Journal International. 206 (1), 438-456 (2016).
Nishiyama, N., Wang, Y., Sanehira, T., Irifune, T., Rivers, M. L. Development of the multi-anvil assembly 6-6 for DIA and DDIA type high-pressure apparatuses. High Pressure Research. 28 (3), 307-314 (2008).
Nur, A., Walder, J. Time-dependent hydraulics of the Earth's crust. The role of fluids in crustal processes. , 113-127 (1990).
Paterson, M. S. Rock deformation experimentation. The brittle-ductile transition in rocks. The Heard Volume. The American Geophysical Union, Geophys. Monograph. 56, 187-194 (1990).
Peng, S. D. Stresses within elastic circular cylinders loaded uniaxially and triaxially. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abst. 78 (1), 399-432 (1971).
Raterron, P., Merkel, S., Holyoke, C. W. III Axial temperature and gradient and stress measurements in the deformation D-DIA cell using alumina pistons. Rev. of Sci. Instr. 84 (4), 043906(2013).
Raghavan, R., Chin, L. Y. Productivity changes in reservoirs with stress-dependent permeability. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. , Soc. of Petroleum Engineers. (2002).
Reynolds, C. A., Menke, H., Andrew, M., Blunt, M. J., Samuel, K. Dynamic fluid connectivity during steady-state multiphase flow in a sandstone. Proceedings of National Academy of Sci. 114 (31), 8187-8192 (2017).
Scholle, P. A. A color illustrated guide to constituents, textures, cements, and porosities of sandstones and associated rocks. , AAPG Memoir 28 (1979).
Scholle, P. A., Ulmer-Scholle, D. S. A Color Guide to the Petrography of Carbonate Rocks: Grains, Textures, Porosity, Diagenesis. , AAPG Memoir 77 (2003).
Scholz, C. H. Experimental study of the fracturing process in brittle rock. J. Geophys. Res. 73 (4), 1447-1454 (1968).
Schutjens, P. M. T. M., et al. Compaction-induced porosity/permeability reduction in sandstone reservoirs: Data and model for elasticity-dominated deformation. SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 7 (3), 202-216 (2004).
Simmons, G., Wang, H. Single Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties. , MIT Press. Cambridge, MA. 135-160 (1971).
Singh, A. K., Balasingh, C., Mao, H. K., Hemley, R. J., Shu, J. Analysis of lattice strains measured under nonhydrostatic pressure. J. Applied physics. 83 (12), 7567-7575 (1998).
Terzaghi, K. V. Die berechnung der durchlassigkeitsziffer des tones aus dem verlauf der hydrodynamischen spanningsercheinungen. Sitzungsberichte der Akademie der Wissenschften in Wein. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse. Abteilung lla. 132, 125-138 (1923).
Wang, Y., Durham, W. B., Getting, I. C., Weidner, D. J. The deformation D-DIA: a new apparatus for high temperature triaxial deformation to pressures up to 15 GPa. Rev. Sci. Instrum. 74 (6), 3002-3011 (2003).
Wang, Y., Hilairet, N., Dera, P. Recent advances in high pressure and temperature rheological studies. J. Earth Sci. 21 (5), 495-516 (2010).
Weidner, D. J., et al. Characterisation of Stress, Pressure, and Temperature in SAM85, a DIA Type High Pressure Apparatus. Geophys. Monogr. Ser. AGU. , Washington, D.C. 13-17 (1992).
Weidner, D. J., Wang, Y., Vaughan, M. T. Strength of diamond. Sci. 266 (5184), 419-422 (1994).
Weidner, D. J. Rheological studies at high pressure. Rev. in Mineralogy and Geochemistry. 37 (1), 493-524 (1998).
Weidner, D. J., Wang, Y., Chen, G., Vaughan, M. T. Rheology measurements at high pressure and temperature. Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. AGU. , Washington, D.C. 473-482 (1998).
Weidner, D. J., Vaughan, M. T., Wang, L., Long, H., Li, L., Dixon, N. A., Durham, W. B. Precise stress measurements with white synchrotron x rays. Rev. of Sci. Instrum. 81 (1), 013903(2010).
Weidner, D. J., Li, L., Whitaker, M., Triplett, R. Ultrasonic Acoustic Velocities During Partial Melting of a Mantle Peridotite KLB-1. J. Geophys. Res: Solid Earth. , (2018).
Whitaker, M. L., Baldwin, K. J., Huebsch, W. R. DIASCoPE: Directly integrated acoustic system combined with pressure experiments-A new method for fast acoustic velocity measurements at high pressure. Rev. Sci. Instrum. 88 (3), 034901(2017).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

توزيع الإجهاد أثناء ضغط الباردة من الصخور والركام المعدنية باستخدام المستندة إلى السنكروتروني حيود الأشعة السينية

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة