Name: Distribution des contraintes lors de la Compression froide des roches et des agrégats de minéraux à l’aide de la Diffraction des rayons x axés sur le rayonnement Synchrotron (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-20T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Découvrez la mesure de la distribution des contraintes dans les roches et agrégats minéraux par compression froide avec rayonnement synchrotron. Cette méthode permet d'analyser quantitativement le champ élastique local.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Les auteurs tiennent à remercier sincèrement les deux réviseurs anonymes et revue de JoVE senior editor Dr Alisha DSouza pour leurs précieux commentaires. Cette recherche a été réalisée à 6-BM-B de l’Advanced Photon Source (APS) au Laboratoire National d’Argonne. L’utilisation de cette facilité a été soutenue par le Consortium pour la recherche de propriétés de matériaux dans les Sciences de la terre (COMPRES) en vertu de l’accord de coopération National Science Foundation (NSF) oreille 11-57758, 1661511 de l’oreille et de l’Institut de physique du minéral, Stony Brook Université. Les auteurs reconnaissent la NSF pour financer la recherche pour ce programme à travers l’oreille 1361463, EAR 1045629 et 1141895 de l’oreille. Cette recherche a utilisé les ressources de l’Advanced Photon Source, un bureau des installations de la Science utilisateurs US Department of Energy (DOE) effectués pour le Bureau de la Science DOE par Argonne National Laboratory aux contrat DEAC02-06CH11357. Les assemblées de la cellule sont en vertu du projet de développement de COMPRES cellule à multi-enclumes Assemblée. Tous les fichiers de données sont disponibles auprès des auteurs sur demande (scheung9@wisc.edu). Les échantillons et les données sont archivées au minéral Institut de physique à l’Université de Stony Brook.

<ol><li>Bjørlykke, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0037073813002200">Relationships between depositional environments, burial history and rock properties. Some principal aspects of diagenetic processes in sedimentary basins.</a> Sedimentary Geology. , 1-14 (2014).</li>
<li>Burnley, P. C., Zhang, D. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/20/28/285201/meta">Interpreting in situ X-ray diffraction data from high pressure deformation experiments using elastic-plastic self-consistent models: An experiment using quartz.</a> J. Phys. Condens. Matter Solid Earth. 20 (28), 285201(2008).</li>
<li>Burnley, P. C. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article/100/7/1424/40502/elastic-plastic-self-consistent-epsc-modeling-of">Elastic plastic self-consistent (EPSC) modeling of plastic deformation of fayalite olivine.</a> American Mineralogist. 100 (7), 1424-1433 (2015).</li>
<li>Chen, J., Li, L., Weidner, D. J., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920104000676">Deformation experiments using synchrotron X-rays: in situ stress and strain measurements at high pressure and temperature.</a> Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 347-356 (2004).</li>
<li>Cheung, S. N. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Experimental+deformation+in+sandstone%2C+carbonates%2C+and+quartz+aggregate%22">Experimental deformation in sandstone, carbonates, and quartz aggregate</a>. , State University of New York at Stony. Ph.D. Thesis (2015).</li>
<li>Cheung, S. N. C., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013653/full">Stress distribution during cold compression of a quartz aggregate using synchrotron X-ray diffraction: observed yielding, damage, and grain crushing.</a> J. Geophys. Res. Solid Earth. 122, 2724-2735 (2017).</li>
<li>Croizé, D., Ehrenberg, S. N., Bjørlykke, K., Renard, F., Jahren, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817209002116">Petrophysical properties of bioclastic platform carbonates: implications for porosity controls during burial.</a> Marine and Petroleum Geology. 27 (8), 1765-1774 (2010).</li>
<li>Doornhof, D., Kristiansen, T. G., Nagel, N. B., Pattillo, P. D., Sayers, C. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/40e4/33ecc9d15e0d01bd77dc8606a93aed0e2564.pdf">Compaction and subsidence.</a> Oilfield rev. 18 (3), 50-68 (2006).</li>
<li>Durham, W. B., Weidner, D. J., Karato, S. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/rimg/article-abstract/51/1/21/87434/new-developments-in-deformation-experiments-at">New developments in deformation experiments at high pressure.</a> Rev. Mineral. Geochem. 51 (1), 22-49 (2002).</li>
<li>Fyfe, W. S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009254178900682">The evolution of the Earth's crust: modern plate tectonics to ancient hot spot tectonics.</a> Chemical Geology. (1-4), 89-114 (1978).</li>
<li>Gerward, L., Mo, S., Topso, H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.322714">Particle size and strain broadening in energy-dispersive -ray powder patters.</a> J. Appl. Phys. 47 (3), 822-825 (1976).</li>
<li>Heap, M. J., Farquharson, J. I., Baud, P., Lavallée, Y., Reuschlé, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture+and+compaction+of+andesite+in+a+volcanic+edifice%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+volcanology%22%5BJournal%5D)">Fracture and compaction of andesite in a volcanic edifice.</a> Bulletin of volcanology. 77 (6), 55(2015).</li>
<li>Lavina, B., Dera, P., Downs, R. T. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/110f/462d8b072458d713959665e778409e4dff3f.pdf">Modern X-ray diffraction methods in mineralogy and geosci.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 78 (1), 1-31 (2014).</li>
<li>Leinenweber, K. D., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/97/2-3/353/45562/cell-assemblies-for-reproducible-multi-anvil">Cell assemblies for reproducible multi-anvil experiments (the COMPRES assemblies).</a> American Mineralogist. 97 (2-3), 353-368 (2012).</li>
<li>Li, L., Weidner, D. J., Raterron, P., Chen, J., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920104000688">Stress measurements of deforming olivine at high pressure.</a> Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 357-367 (2004).</li>
<li>Li, L., Weidner, D. J., Chen, J., Vaughan, M. T., Davis, M., Durham, W. B. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1738532">X-ray strain analysis at high pressure: Effect of plastic deformation in MgO.</a> J. App. Phys. 95 (12), 8357-8365 (2004).</li>
<li>Minkoff, S. E., Stone, C. M., Bryant, S., Peszynska, M., Wheeler, M. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410503000214">Coupled fluid flow and geomechanical deformation modeling.</a> J. Petroleum Sci. and Engineering. 38 (1), 37-56 (2003).</li>
<li>Miyagi, L., et al. <a target="_blank" href="https://utah.pure.elsevier.com/en/publications/deformation-and-texture-development-in-cairo3-post-perovskite-pha">Deformation and texture development in CalrO 3 post-perovskite phase up to 6 GPa and 1300 K.</a> Earth and Planetary. 268 (3), 515-525 (2008).</li>
<li>Morton, R. A., Bernier, J. C., Barras, J. A. <a target="_blank" href="https://pubs.er.usgs.gov/publication/70030503">Evidence of regional subsidence and associated interior wetland loss induced by hydrocarbon production, Gulf Coast region, USA.</a> Environmental Geology. 50 (2), 261(2006).</li>
<li>Nagel, N. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1464189501000151">Compaction and subsidence issues within the petroleum industry: From Wilmington to Ekofisk and beyond.</a> Phys. And Chem. of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy. 26 (1-2), 3-14 (2001).</li>
<li>Nichols, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNichols%2C+G+%22Sedimentology+and+Stratigraphy%22">Sedimentology and Stratigraphy</a>. , John Wiley & Sons. (2009).</li>
<li>Nicolas, A., Fortin, J., Regnet, J. B., Dimanov, A., Guéguen, Y. <a target="_blank" href="https://academic.oup.com/gji/article/206/1/438/2606525">Brittle and semi-brittle behaviours of a carbonate rock: influence of water and temperature.</a> Geophysical Journal International. 206 (1), 438-456 (2016).</li>
<li>Nishiyama, N., Wang, Y., Sanehira, T., Irifune, T., Rivers, M. L. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08957950802250607">Development of the multi-anvil assembly 6-6 for DIA and DDIA type high-pressure apparatuses.</a> High Pressure Research. 28 (3), 307-314 (2008).</li>
<li>Nur, A., Walder, J. <a target="_blank" href="https://www.nap.edu/read/1346/chapter/9">Time-dependent hydraulics of the Earth's crust.</a> The role of fluids in crustal processes. , 113-127 (1990).</li>
<li>Paterson, M. S. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM056p0187/summary">Rock deformation experimentation. The brittle-ductile transition in rocks. The Heard Volume.</a> The American Geophysical Union, Geophys. Monograph. 56, 187-194 (1990).</li>
<li>Peng, S. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/1365160971900098">Stresses within elastic circular cylinders loaded uniaxially and triaxially.</a> Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abst. 78 (1), 399-432 (1971).</li>
<li>Raterron, P., Merkel, S., Holyoke, C. W. III <a target="_blank" href="Axial temperature and gradient and stress measurements in the deformation D-DIA cell using alumina pistons ">Axial temperature and gradient and stress measurements in the deformation D-DIA cell using alumina pistons.</a> Rev. of Sci. Instr. 84 (4), 043906(2013).</li>
<li>Raghavan, R., Chin, L. Y. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-88870-PA">Productivity changes in reservoirs with stress-dependent permeability.</a> SPE Annual Technical Conference and Exhibition. , Soc. of Petroleum Engineers. (2002).</li>
<li>Reynolds, C. A., Menke, H., Andrew, M., Blunt, M. J., Samuel, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+fluid+connectivity+during+steady-state+multiphase+flow+in+a+sandstone%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+National+Academy+of+Sci%22%5BJournal%5D)">Dynamic fluid connectivity during steady-state multiphase flow in a sandstone.</a> Proceedings of National Academy of Sci. 114 (31), 8187-8192 (2017).</li>
<li>Scholle, P. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScholle%2C+PA+%22A+color+illustrated+guide+to+constituents%2C+textures%2C+cements%2C+and+porosities+of+sandstones+and+associated+rocks%22">A color illustrated guide to constituents, textures, cements, and porosities of sandstones and associated rocks</a>. , AAPG Memoir 28 (1979).</li>
<li>Scholle, P. A., Ulmer-Scholle, D. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScholle%2C+PA+%22A+Color+Guide+to+the+Petrography+of+Carbonate+Rocks%3A+Grains%2C+Textures%2C+Porosity%2C+Diagenesis%22">A Color Guide to the Petrography of Carbonate Rocks: Grains, Textures, Porosity, Diagenesis</a>. , AAPG Memoir 77 (2003).</li>
<li>Scholz, C. H. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JB073i004p01447/abstract">Experimental study of the fracturing process in brittle rock.</a> J. Geophys. Res. 73 (4), 1447-1454 (1968).</li>
<li>Schutjens, P. M. T. M., et al. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-88441-PA">Compaction-induced porosity/permeability reduction in sandstone reservoirs: Data and model for elasticity-dominated deformation.</a> SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 7 (3), 202-216 (2004).</li>
<li>Simmons, G., Wang, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSimmons%2C+G+%22Single+Crystal+Elastic+Constants+and+Calculated+Aggregate+Properties%22">Single Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties</a>. , MIT Press. Cambridge, MA. 135-160 (1971).</li>
<li>Singh, A. K., Balasingh, C., Mao, H. K., Hemley, R. J., Shu, J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.367872">Analysis of lattice strains measured under nonhydrostatic pressure.</a> J. Applied physics. 83 (12), 7567-7575 (1998).</li>
<li>Terzaghi, K. V. <a target="_blank" href="http://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkposzje))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=790257">Die berechnung der durchlassigkeitsziffer des tones aus dem verlauf der hydrodynamischen spanningsercheinungen.</a> Sitzungsberichte der Akademie der Wissenschften in Wein. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse. Abteilung lla. 132, 125-138 (1923).</li>
<li>Wang, Y., Durham, W. B., Getting, I. C., Weidner, D. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1570948">The deformation D-DIA: a new apparatus for high temperature triaxial deformation to pressures up to 15 GPa.</a> Rev. Sci. Instrum. 74 (6), 3002-3011 (2003).</li>
<li>Wang, Y., Hilairet, N., Dera, P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s12583-010-0124-y">Recent advances in high pressure and temperature rheological studies.</a> J. Earth Sci. 21 (5), 495-516 (2010).</li>
<li>Weidner, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM067p0013/summary">Characterisation of Stress, Pressure, and Temperature in SAM85, a DIA Type High Pressure Apparatus.</a> Geophys. Monogr. Ser. AGU. , Washington, D.C. 13-17 (1992).</li>
<li>Weidner, D. J., Wang, Y., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17816686">Strength of diamond.</a> Sci. 266 (5184), 419-422 (1994).</li>
<li>Weidner, D. J. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/rimg/article-abstract/37/1/493/87402/rheological-studies-at-high-pressure">Rheological studies at high pressure.</a> Rev. in Mineralogy and Geochemistry. 37 (1), 493-524 (1998).</li>
<li>Weidner, D. J., Wang, Y., Chen, G., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM101p0473/summary">Rheology measurements at high pressure and temperature.</a> Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. AGU. , Washington, D.C. 473-482 (1998).</li>
<li>Weidner, D. J., Vaughan, M. T., Wang, L., Long, H., Li, L., Dixon, N. A., Durham, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+stress+measurements+with+white+synchrotron+x+rays%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+of+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Precise stress measurements with white synchrotron x rays.</a> Rev. of Sci. Instrum. 81 (1), 013903(2010).</li>
<li>Weidner, D. J., Li, L., Whitaker, M., Triplett, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JB014753/abstract">Ultrasonic Acoustic Velocities During Partial Melting of a Mantle Peridotite KLB-1.</a> J. Geophys. Res: Solid Earth. , (2018).</li>
<li>Whitaker, M. L., Baldwin, K. J., Huebsch, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DIASCoPE%3A+Directly+integrated+acoustic+system+combined+with+pressure+experiments-A+new+method+for+fast+acoustic+velocity+measurements+at+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">DIASCoPE: Directly integrated acoustic system combined with pressure experiments-A new method for fast acoustic velocity measurements at high pressure.</a> Rev. Sci. Instrum. 88 (3), 034901(2017).</li>
</ol>

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Nous présentons la procédure détaillée pour la réalisation d’expériences de DRX utilisant la cellule à enclume multiples à 6-BM-B. Peut-être les étapes plus critiques et encore plus difficiles, au protocole précité concernent en optimisant la qualité de l’échantillon. Telle importance sur la qualité de l’échantillon s’applique à presque tous les rock et expériences de déformation minéral. Tout d’abord, il est essentiel pour la surface de la fin des carottes rocher plat, avec les deux extrémités parallèles les uns aux aut...

La logique de la méthode présentée dans cet article est de quantifier la distribution des contraintes dans les roches et minéraux échantillons globaux au cours de la compression et du compactage ultérieur. Comprendre le compactage dans les roches et les agrégats minéraux est d’une grande importance au réservoir et géotechnique de8,17,18,19,20,28 ,,33. Compactage prend des mesures pour réduire la porosité et par conséquent, conduit à une augmentation de la pression interstitielle. L’augmentation de la pression interstitielle conduit à une diminution de la pression effective35. La conséquence est qu’il va affaiblir considérablement la roche réservoir et peut donc être soumis à une défaillance prématurée à basse tension. Quelques exemples des conséquences résultants de la déformation d’inélastique dans la sous-surface comprennent : échec dans financièrement la production à long terme dans le pétrole et le gaz réservoirs28,33, subsidence8, de surface 18 , 19 , modification des écoulements de fluides modèles17et 20. Par conséquent, une connaissance approfondie de la compaction des processus dans les roches et les agrégats minéraux pourraient aider à réduire la possibilité de telles conséquences potentiellement négatives.
Le grand avantage de l’utilisation de la méthode a mis en évidence ici est qu’il fournit un moyen de quantifier la distribution des contraintes à l’intérieur un géomatériaux5,6 par rapport à la moyenne dans le monde extérieur appliqué pression12 , 22. en outre, comme une expérience in situ , l’évolution de la distribution des contraintes est résolue dans le temps. Les pressions appliquées extérieurement considéré comme gamme de valeurs relativement faibles (des dizaines de mégapascals) à des valeurs élevées (plusieurs gigapascals). Le stress au sein de l’échantillon est mesuré indirectement en utilisant l’espacement de trellis atomiques dans les grains minéraux individuels comme une mesure de la déformation élastique locale5,6. L’espacement du réseau atomique est déterminée à l’aide de rayons x, généralement en soit le mode de rayons x blanc ou monochrome. Pour le mode blanc aux rayons x (par exemple, dia à beamline 6BM-B de l’Advanced Photon Source (APS), Argonne National Laboratory), l’intensité du faisceau diffracté radiographie est déterminée par non pas un seul, mais par un ensemble de détecteurs de Ge 10 éléments ( Figure 1) répartis le long d’un cercle fixe à angle azimutal de 0 °, 22,5 °, 45 °, 67,5 °, 90 °, 112,5 °, 135 °, 157,5 °, 180 °, 270 °. Pour le mode monochrome de rayons x, le modèle diffracté est inscrit à l’aide d’un CCD détecteur (p. ex., dia-30 à beamline 13-ID-D du GSECARS, APS, Argonne National Laboratory)18,23. Les deux modes de rayons x permettent de quantification sur comment le stress varie dans différentes orientations. Cette approche est fondamentalement différente de toutes les études antérieures de compactage dans les géomatériaux.
Dans les études de compactage typique, un échantillon cylindrique est comprimé par une force axiale qui est appliquée dans l’ensemble de la section transversale de l' actionneur25. Dans ces conditions, l’ampleur de l’amplitude de la contrainte appliquée est généralement calculée en divisant simplement la force axiale (mesurée par une cellule de charge) de la section transversale initiale de l’échantillon. Il est à noter que cette amplitude de contrainte appliquée est simplement une valeur moyenne, en vrac et, comme tel, ne pas réaliste représente comment l’état des contraintes locales varie ou est distribué, au sein d’un matériau complex, hétérogène, granulaire. Les roches sédimentaires détritiques, qui sont des exemples de matériaux granulaires complexes, sont forment par agrégation de grains de minéraux qui sont ensuite compactés et cimenté par le biais de processus sédimentaires et diagénétique1,7, 21 , 30 , 31. ces agrégats héritent naturellement les pores qui composent les espaces vides entre les grains, qui sont intrinsèques de la géométrie de l’emballage de grain modifié par dissolution secondaire. Par conséquent, toute application d’une contrainte devrait être pris en charge par et concentré aux contacts de grain au grain et disparaissent aux interfaces de grain-pore.
En plus de la complexité de ces variations de contraintes dans un matériau granulaire, autres facteurs plus compliquent compactage étudier dans ces scénarios. Tout d’abord, le champ de contraintes locales est vulnérable à tout changement en raison des artefacts microstructures (p. ex., forme des grains, préexistant des fractures) qui sont inévitablement présents dans toutes les roches sédimentaires détritiques. Deuxièmement, bien que l’amplitude de la contrainte appliquée sur les surfaces de l’échantillon peut être entièrement quantifié, la répartition des contraintes dans le corps de l’échantillon est restée mal limitée. Un effet de fin32 — une limite l’effet par lequel la contrainte moyenne est concentrée près du contact entre les béliers de chargement et les échantillons en raison de frottement à l’interface — est bien connu pour être exposées dans des échantillons cylindriques chargés en compression. À titre d’exemple, Peng26 démontré souche hétérogénéité au sein de granit uniaxialement compressé échantillons soumis à diverses conditions de fin. Par conséquent, pour calculer avec précision le la distribution des contraintes locales en matériau granulaire, nous présentons le protocole détaillé suivant pour réaliser des expériences de diffraction des rayons x (DRX) sur les rochers et les agrégats minéraux, utilisant un appareil multi-enclume déformation à 6-BM-B de la source de rayonnement de l’APS à l’Argonne National Laboratory.

<table><tbody><tr><td>Outil rotatif Poste de travail Perceuse à colonne avec clé</td><td>Dremel</td><td>220-01</td><td></td></tr><tr><td>Mandrin sans clé MultiPro</td><td>Dremel</td><td>4486</td><td></td></tr><tr><td>Outil rotatif à vitesse variable&nbsp ;</td><td>Dremel</td><td>4000-6/50</td><td></td></tr><tr><td>Super petit foret à carottes diamantées - 2,5 mm</td><td>Dad’s Rock Shop</td><td>SDCD</td><td></td></tr><tr><td>Liquide de refroidissement</td><td>NBK</td><td>JK-A-NBK-000-020</td><td>Concentré de fluide de broyage US 5 gal / 20 L</td></tr><tr><td>progiciel commercial et codes pour le contrôle de l’instrument et l’acquisition de données</td><td>IDL EPICS et SPEC</td><td></td><td>installés sur l’ordinateur à la ligne de faisceau</td></tr><tr><td>CCD Caméra</td><td>Allied Vision</td><td>Prosilica GT</td><td>installé sur la ligne de faisceau</td></tr></tbody></table>

distribution des contraintes lors de la compression froide des roches et des agrégats de minéraux à l’aide de la diffraction des rayons x axés sur le rayonnement synchrotron

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

Nous rapportons des procédures détaillées pour réaliser des expériences de compression sur les rochers et les agrégats minéraux dans un appareil de déformation enclumes multiples (D-DIA) couplé avec synchrotron à rayons x. Un assemblage d’échantillons cubiques est préparé et compressé à température ambiante, par un ensemble de quatre enclumes de diamant fritté transparent aux rayons x et deux enclumes de carbure de tungstène, dans le secondaire et les plans verticaux, respectivement. Tous les six enclumes sont logés au sein d’une presse hydraulique de 250 tonnes et conduits vers l’intérieur en même temps par deux blocs de guidage coincé. Un faisceau de rayons x dispersif en énergie horizontal est projeté à travers et diffracté par l’Assemblée de l’échantillon. Le faisceau se trouve généralement dans le mode de rayons x monochromatique ou blanc. Dans le cas de blanc aux rayons x, les rayons diffractés sont détectés par un tableau de détecteur à semi-conducteurs qui recueille le patron de diffraction dispersive énergétique qui en résulte. Dans le cas des rayons x monochromatique, le modèle diffracté est enregistré à l’aide d’un détecteur de deux dimensions (2d), comme une plaque d’imagerie ou d’un détecteur de dispositif à couplage de charge (CCD). La diffraction de 2D est analysées pour obtenir des espacements de treillis. Les souches élastiques de l’échantillon sont issus de l’espacement du réseau atomique dans les grains. Le stress est alors calculé en utilisant le module d’élasticité prédéterminée et la déformation élastique. En outre, la distribution des contraintes en deux dimensions permettent de comprendre comment le stress est distribué dans des orientations différentes. En outre, un scintillateur dans le chemin d’accès x-ray donne une image de lumière visible de l’environnement de l’échantillon, qui permet la mesure précise des changements de longueur échantillon pendant l’expérience, ce qui donne une mesure directe de la souche de volume sur l’échantillon. Ce type d’expérience permet de quantifier la distribution des contraintes dans les géomatériaux, qui peut finalement faire la lumière sur le mécanisme responsable de compactage. Cette connaissance a le potentiel d’améliorer considérablement notre compréhension des processus à la mécanique des roches, la géotechnique, minérale physique et applications de la science des matériaux où le processus de compactage sont importantes.

Nous montrons un exemple de résultat représentatif à une expérience de DRX (expérience SIO2_55) courir dans la presse multi enclume à 6BM-B sur un composé de quartz total5,6 et novaculite core sample6. La taille des grains de l’agrégat de quartz et novaculite est ~ 4 µm et ~ 6 – 9 µm, respectivement de5,6. Sélectionné diffraction spectres collectés ...

Nous rapportons des procédures détaillées pour des expériences de compression sur les rochers et les agrégats minéraux dans un appareil multi-enclume déformation couplé avec synchrotron à rayons x. Ces expériences permettent de quantifier la distribution des contraintes dans les échantillons, qui a finalement fait la lumière sur le processus de compactage dans les géomatériaux.

Distribution des contraintes lors de la Compression froide des roches et des agrégats de minéraux à l’aide de la Diffraction des rayons x axés sur le rayonnement Synchrotron

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la géomécanique sur les processus de compactage dans les roches. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet de mesurer quantitativement le champ élastique local au sein des agrégats rocheux et minéraux. Bien que cette méthode puisse fournir un aperçu de la distribution des contraintes dans les échantillons pendant la compression à froid, elle peut également être appliquée à d’autres techniques telles que la compression à haute température.En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode ont des difficultés en raison des difficultés rencontrées lors de la préparation de l’échantillon et de l’assemblage des cellules. Les préparations d’échantillons et d’assemblages de cellules sont difficiles à apprendre sans démonstration visuelle en raison de la petite taille et de la délicatesse des échantillons individuels et des parties de l’assemblage de cellules. Pour commencer à préparer un échantillon d’agrégat minéral, broyez environ 15 grammes d’un spécimen de roche ou d’une poudre préexistante, en grains d’environ 4 microns de diamètre, à l’aide d’un mortier et d’un pilon, ou d’un outil rotatif avec une tête de broyage.Versez les grains minéraux dans une colonne de décantation de 20 centimètres contenant de l’éthanol. Laissez les grains se décanter pendant une durée appropriée à leur densité. Divisez ensuite la suspension par hauteur en trois béchers.Laissez le contenu des béchers sécher à l’air libre pendant la nuit. Mesurez le diamètre moyen des grains de chaque lot et sélectionnez le lot dans lequel le diamètre moyen des grains est le plus proche de quatre micromètres. Ensuite, meulez les extrémités d’une tige d’alumine pour qu’elles soient plates en parallèle à 0,5 degré près.Nettoyez la tige dans un anneau d’alumine par sonication dans de l’éthanol pendant 10 secondes. Laissez les composants sécher sur une tâche délicate. En travaillant sur une surface propre, couvrez une extrémité du trou dans un cube d’assemblage de cellules D-DIA avec du ruban adhésif.Insérez un manchon en nitrate de bore dans le cube d’assemblage. Ensuite, à l’aide d’une pince à épiler, faites glisser un anneau en graphite dans l’anneau en alumine sur la tige d’alumine. Placez la tige et les anneaux d’alumine dans le cube d’assemblage avec l’anneau en graphite au fond.Assurez-vous que la tige et les anneaux sont installés au fond du trou avec l’anneau en graphite en contact avec le ruban. Marquez le coin du cube qui sera finalement aligné avec le faisceau de rayons X entrant. Ensuite, coupez un morceau de feuille de tantale de 1,5 millimètre sur 17 millimètres et pliez-le en forme de U.Insérez la feuille dans le cube avec la feuille alignée de manière à ce que la projection 2D de la feuille soit minimisée par rapport à la direction du faisceau de rayons X. À l’aide d’une épingle, appuyez doucement le papier d’aluminium contre les bords de l’espace. Insérez la carotte de roche ou l’échantillon de référence d’agrégat minéral précédemment préparé dans le cube d’assemblage de la cellule.Posez un morceau de feuille de tantale de 1,7 millimètre sur 1 millimètre à plat sur l’échantillon de référence, le côté long de la feuille étant perpendiculaire au faisceau de rayons X. Ensuite, emballez soigneusement l’échantillon d’agrégats minéraux dans le cube d’assemblage de cellules à l’aide d’une petite spatule. Laissez 1,4 millimètre d’espace dans le cube au-dessus de l’échantillon emballé.Retirez délicatement les grains en excès adhérant aux parois de l’espace cylindrique avec de l’air. Utilisez une goupille et des pieds à coulisse pour confirmer que la hauteur finale de l’échantillon a été atteinte. Placez un autre morceau de feuille de tantale de 1,7 millimètre sur 1 millimètre sur l’échantillon emballé.Ensuite, broyez les extrémités d’une autre tige d’alumine pour qu’elles soient plates en parallèle et nettoyez la tige dans un anneau d’alumine. Utilisez une pince à épiler pour fixer l’anneau en alumine et un anneau en graphite sur la tige. Placez la tige sur les échantillons de manière à ce que l’anneau en graphite soit sur le dessus.Enfin, scellez la tige d’alumine exposée à chaque extrémité du cube avec un ciment à base de poudre de zircone, en prenant soin de ne pas utiliser d’excès de ciment. Coupez la feuille de tantale exposée une fois que le ciment a séché. Collecter et analyser un motif de diffraction à partir d’un étalon d’alumine.Retirez l’étalon d’alumine et collectez un spectre de rayons X à presse ouverte avec un temps d’exposition de 500 secondes pour mesurer le bruit de fond sans assemblage d’échantillons. Après avoir nettoyé les enclumes, insérez l’échantillon préparé au centre de l’installation de l’expérience, en vous assurant qu’il est correctement aligné avec le faisceau de rayons X. Abaissez lentement les paires opposées d’enclumes latérales simultanément.Poussez doucement les enclumes dans l’alignement de manière à ce qu’elles soient de niveau et que les enclumes inférieure et latérale soient en contact avec l’ensemble de l’échantillon. Relâchez ensuite le loquet de sécurité et insérez l’entretoise dans la presse hydraulique. Fermez la niche et activez l’obturateur pour permettre au faisceau de rayons X de pénétrer dans la niche.Allumez la pompe basse pression. Déplacez ensuite le vérin supérieur vers le haut jusqu’à ce qu’il repose contre l’entretoise. Guidés par l’imagerie radiographique en temps réel, remontez lentement et soigneusement le long du vérin inférieur jusqu’à ce que les enclumes apparaissent dans la radiographie.Laissez un espace fin afin que l’échantillon ne soit pas surchargé avant l’expérience. Ensuite, désactivez toutes les commandes du contrôleur de pompe basse pression et fermez la vanne sous pression. Dans le logiciel contrôlé par la pompe hydraulique haute pression, déplacez l’ensemble d’échantillon parallèlement au faisceau de sorte que le centre de l’échantillon d’agrégat minéral soit aligné avec le repère de foyer de diffraction.Prélever un spectre de diffraction de l’échantillon avec un temps d’exposition de 500 secondes. Capturez une radiographie avec un temps d’exposition de six millisecondes. Ensuite, déplacez l’ensemble pour centrer l’échantillon de référence de la carotte de roche dans le repère de foyer de diffraction.Acquérir le spectre de diffraction dans une radiographie dans les mêmes conditions. Ensuite, démarrez le moteur de la pompe hydraulique pour entraîner les enclumes vers l’intérieur. Réglez la charge cible à 50 tonnes et activez le retour d’information avec une cadence d’une seconde et un gain de 20.Réglez la limite supérieure de la vitesse à sept pour obtenir la compression la plus lente possible. Les moteurs de la pompe hydraulique entraînent les enclumes vers l’intérieur pour fournir une pression nécessaire à la compression de la cellule expérimentale. Dans la fenêtre de collecte de données, définissez les emplacements de la référence de carotte de roche dans l’échantillon d’agrégat minéral en termes d’emplacements de presse x et y.Assurez-vous que le temps d’exposition est réglé sur 500 secondes. Réglez le nombre de cycles requis sur zéro, afin que la collecte de données se répète en continu. Lancez ensuite la collecte des données.Au fur et à mesure que la compression progresse, mettez à jour les emplacements de l’échantillon et de référence dans le logiciel si nécessaire. Une fois la charge cible atteinte, arrêtez la collecte de données. Réglez la limite inférieure de la commande de vitesse à moins 10 et la charge cible à zéro tonne pour décompresser l’échantillon.Collecter manuellement les spectres de diffraction dans les radiographies pour la carotte et l’agrégat après le déchargement. Ensuite, ouvrez la vanne sous pression sur le panneau de la pompe basse pression. Allumez la pompe basse pression et abaissez les vérins supérieur et inférieur jusqu’à ce que le voyant de descente s’allume.Déplacez le bras d’espacement en position de sortie et poussez le vérin supérieur vers le haut jusqu’à ce que le verrou de sécurité s’enclenche. Ensuite, désactivez les commandes de l’unité de commande du moteur de la pompe. Déplacez lentement les enclumes latérales vers l’extérieur manuellement et retirez l’ensemble d’échantillon.À la pression ambiante, les spectres de diffraction d’un agrégat de quartz d’une granulométrie d’environ 4 micromètres et d’un échantillon de référence de novaculite d’une granulométrie de six à neuf micromètres étaient similaires en intensité avec la position finale. Le spectre des agrégats de quartz a commencé à s’élargir avec l’augmentation de la pression. Le pic de quartz a continué à s’élargir du côté de l’énergie supérieure à mesure que la pression augmentait, tandis que la forme du pic de novaculite était essentiellement inchangée.Les positions des pics de quartz et de novaculite se sont déplacées dans la direction d’énergie supérieure, ce qui correspond à un espacement D plus bas. L’agrégat de quartz a montré une quantité significative de contrainte différentielle dans les directions axiale et transversale, avec près de deux fois plus de contrainte dans la direction transversale que dans la direction axiale. Cela indiquait que la direction transversale supportait une charge nettement plus importante que la direction axiale.L’élargissement modeste sur les côtés à faible énergie des pics axiaux et transversaux de quartz a indiqué qu’une quantité considérable de grains est restée sans contrainte dans les deux sens, ce qui ne peut se produire que si un nombre significatif de grains avaient au moins une partie de leur surface délimitée par des vides supportant une pression nulle tout au long de l’expérience. Une fois maîtrisée, cette expérience peut être réalisée en 16 heures si elle est réalisée correctement. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la mécanique des roches, de la physique minérale, de l’ingénierie géotechnique et de la science des matériaux pour explorer la distribution des contraintes dans les matériaux d’intérêt.Lorsque vous essayez cette procédure, n’oubliez pas d’avoir les contacts de la surface d’extrémité à plat afin que la charge appliquée puisse être répartie uniformément sur toute la surface. En suivant cette procédure, cette méthode peut être utilisée pour des applications à haute température et des mesures de vitesse du son par ultrasons afin de déterminer d’autres informations sur les propriétés rhéologiques et élastiques de l’intérieur de la terre. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de caractériser la distribution des contraintes locales dans les agrégats minéraux à l’aide d’un appareil de déformation à plusieurs enclumes avec rayonnement X synchrotron.

stress-distribution-during-cold-compression-rocks-mineral-aggregates

Research

Recherche

JoVE Journal

Environment

Environnement

L'chauffée cellule à enclume de diamant laser combinée à des techniques de micro-diffraction synchrotron permet aux chercheurs d'explorer la nature et les propriétés de nouvelles phases de la matière à une pression extrême et de la température des conditions (PT). Échantillons hétérogènes peuvent être...

Synthèse et Microdiffraction à des pressions et des températures extrêmes

Dans ce rapport, nous décrivons des procédures détaillées pour la réalisation d'expériences de diffraction de cristal aux rayons X unique avec une cellule à enclume de diamant au GSECARS 13-BM-C ligne de lumière à l'Advanced Photon Source. programmes ATREX et RSV sont utilisés pour analyser les données.

High Pressure Monocristal Diffraction PX ^ 2

Déformation de la roche doit être quantifié à haute pression. Une description de la procédure pour réaliser des expériences de déformation dans un appareil de type Griggs nouvellement conçu solide-moyen est ici donnée. Cela fournit une base technologique pour de futures études rhéologiques à des pressions jusqu'à 5 GPa.

Expérience de déformation à haute pression, haute température à l’aide de l’appareil de type Griggs nouvelle génération

Nous décrivons une configuration de source de rayonnement destinée à transporter la cartographie du rapide radiographie bidimensionnelle fluorescence et des rayons x de la microdiffraction des échantillons individuels de cristaux ou de poudre à l’aide de Laue (rayonnement polychromatique) ou des poudres (rayonnement monochromatique). Les cartes qui en résultent donnent des informations sur la souche, l’orientation, distribution de phase et déformation plastique.

Microdiffraction de rayon x de synchrotron et imagerie de Fluorescence des échantillons de roches et de minéraux

Le protocole décrit les procédures visant à acquérir des images de tomographie calculée à haute résolution spatiale (CT) d'un sol granulaire pendant la compression triaxiale, et à appliquer des techniques de traitement d'image à ces images CT pour explorer le comportement mécanique à l'échelle du grain de le sol en charge.

Visualisation de l'échec et du comportement mécanique associé à l'échelle des grains des sols granulaires sous cisaillement à l'aide de la micro-tomographie synchrotron à rayons X

Ces travaux portent sur le protocole standard de préparation de la cellule d’enclume de diamant chauffée à l’extérieur (EHDAC) pour générer des conditions de haute pression et de haute température (HPHT). L’EHDAC est utilisé pour étudier les matériaux dans la Terre et les intérieurs planétaires dans des conditions extrêmes, qui peuvent également être utilisés dans des études de physique et de chimie à l’état solide.

Une cellule d’enclume de diamant chauffée extérieurement pour la synthèse et la détermination d’élasticité d’un cristal unique de glace-VII aux conditions de haute pression-température

In planta, la mesure des flux de nutriments et de toxiques est essentielle à l’étude de la nutrition et de la toxicité des plantes. Ici, nous couvrons les protocoles de radiotraceurs pour la détermination de l’afflux et de l’efflux dans les racines intactes des plantes, en utilisant les flux de potassium (K+) et d’ammoniac/ammonium (NH3/NH4+) comme exemples. Les avantages et les limites de ces techniques sont discutés.

Mesurer les flux d&#39;éléments nutritifs et des substances toxiques minéraux dans les usines avec Traceurs radioactifs

Une méthodologie pour obtenir des informations de structure de la racine visuelle et quantitative à partir des données de tomographie à rayons X calculée acquises dans le sol est présenté.

Extraction Metrics pour les systèmes de racines en trois dimensions: Volume et surface Analyse de In-sol X-ray tomodensitométrie données

Nous démontrons l’utilité des données de télédétection et du nouveau logiciel de modélisation assistée de l’habitat (SAHM) pour prédire la présence d’espèces envahissantes dans le paysage. Un ensemble de modèles prédictifs a produit des cartes très précises de l’invasion de tamaris (Tamarix spp.) dans le sud-est du Colorado, aux États-Unis, lorsqu’ils ont été évalués à l’aide de validations ultérieures sur le terrain.

L&#39;intégration de la télédétection avec des espèces distribution modèles; Cartographie Tamaris Invasions Utilisation du logiciel pour Assisted Habitat Modeling (SAHM)

Des pousses adventives peuvent être induites sur les segments internodales d’ipéca sans traitement phytohormone. Pour évaluer la dynamique phytohormone au cours de la formation de pousses adventives, nous avons mesuré endogène auxine et cytokinine dans des segments internodales par LC-MS/MS.

Quantification de l’endogène auxine et cytokinine durant la Culture entre-nœud d’ipéca

Découvrez la mesure de la distribution des contraintes dans les roches et agrégats minéraux par compression froide avec rayonnement synchrotron. Cette méthode permet d'analyser quantitativement le champ élastique local.

Distribution des contraintes lors de la Compression froide des roches et des agrégats de minéraux à l’aide de la Diffraction des rayons x axés sur le rayonnement Synchrotron (Vidéo) | JoVE Journal

Distribution des contraintes lors de la Compression froide des roches et des agrégats de minéraux à l’aide de la Diffraction des rayons x axés sur le rayonnement Synchrotron

Explorer plus de vidéos