2D3DFusion – Spektroskopische mineralogische und chemische Analyse von Bohrkernen: Entwicklung schneller 2D LIBS, EDXRF und hyperspektraler Scanverfahren mit Anwendung zu offenen Fragen der lagigen Intrusion des Bushveld Komplexes

Land / Region: Südafrika

Projektanfang: 01.07.2021

Projektende: 30.06.2024

Projektstand: 10.05.2022

Der Einsatz flächendeckender, hoch-ortsauflösender, bildgebender Verfahren wie laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS), hyperspektrale Bildanalyse (HSI) und energiedispersive Mikro-Röntgenfluoreszenzanalyse (μEDXRF) bei der Untersuchung von Bohrkernen eröffnet neue Möglichkeiten der quasi zerstörungsfreien Informationsbereitstellung zur Interpretation von magmatischen lagigen Intrusionen. Die Kombination aus diesen Analysemethoden soll zur kontinuierlichen mineralogischen, chemischen und texturellen Charakterisierung mono-mineralischer Lagen aus Magnetit der Upper Zone und Chromit der Critical Zone des Bushveld Komplexes angewandt werden (Abb. 1). Ein weiterer Schwerpunkt dieser Untersuchung ist der Einfluss von Restschmelzen und Fluiden auf die Bildung von spätmagmatischen und sekundären Mineralen im Intrusionskörper.

Abb. 1: Vereinfachte geologische Karte des Bushveld Komplexes (links) und Stratigrafie des Eastern Lobe (rechts). Der in diesem Projekt zur Verfügung gestellte Bereich ist in Schwarz gekennzeichnet, der neue vorgeschlagene Bohrabschnitt in Blau Quelle: Trumbull et al., 2015

Durch den Aufbau einer spektralen Datenbank wird die Grundlage für eine objektive Auswertung langer Bohrkernstrecken bereitgestellt. Die Visualisierung des Modalbestandes mit Akzessorien, von Gefüge bis hin zu mineralchemischen Änderungen in Mischkristallen auf LIBS bzw. μEDXRF Basis ermöglicht eine Mustererkennung auf der Mesoskalenebene im Vorfeld mikroskopischer bzw. submikroskopischer Untersuchungen. Zudem lässt sich die chemische Variation der Magnetite, Chromite und der Begleitphasen über die gesamte untersuchte Bohrkernstrecke aufzeigen. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die LIBS-basierte Information zur Verteilung leichter Spurenelemente wie Li, Be, B etc. im Bohrkern als möglicher Indikator hydrothermaler Beeinflussung, um ggf. dessen Auswirkung auf mineralogische und chemische Veränderungen zu definieren. Durch hyperspektrale Untersuchungen mittels VNIR, SWIR und LWIR können viele Phasen identifiziert werden. Es ist ein zentrales Ziel, den Informationsgewinn bis zu diesem Punkte weitgehend automatisiert über künstliche Intelligenz basierte überwachte Klassifikation und Auswertung bereitzustellen.

Mittels optischem Mikroskop, Elektronenstrahl-Mikrosonde, Rasterelektronenmikroskopie, Raman Spektroskopie werden chemische Eigenschaften detailliert untersucht und zur Validierung von LIBS, HSI und μEDXRF herangezogen. Über Spurenelementverteilungsmuster, texturelle Besonderheiten und Nachbarschaftsbeziehungen werden bekannte Genesemodelle für die Entstehung von mono-mineralischen Lagen überprüft und ggf. verworfen bzw. modifiziert. Der Einfluss hydrothermaler Überprägung auf die Genese mono-mineralischer Lagen wird hier gesondert betrachtet. Hier steht die Abschätzung der Auswirkungen der hydrothermalen Überprägung auf Pauschal- und Mineralchemie mit besonderem Fokus auf den Spurenelementbereich im Blickfeld. Am Beispiel dieser Untersuchung an Bohrkernabschnitten soll die Einsatzfähigkeit und das Potential der quasi nicht destruktiven Scanverfahren LIBS, HSI, μEDXRF, etc. für die bereits vorliegenden Bohrungen, insbesondere aber auch für die geplante Durchteufung des Bushveld Komplexes aufgezeigt werden.

Literatur:

• Meima, J.A., Rammlmair, D., Junge, M., 2022, The use of Laser Induced Breakdown Spectroscopy for the mineral chemistry of chromite, orthopyroxene and plagioclase from Merensky Reef and UG-2 chromitite, Bushveld Complex, South Africa, Chemical Geology 589, 120686. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120686
• Nikonow, W., Rammlmair, D., Meima, J.A. et al., 2019, Advanced mineral characterization and petrographic analysis by μ-EDXRF, LIBS, HSI and hyperspectral data merging. Mineralogy and Petrology 113, 417–431. https://doi.org/10.1007/s00710-019-00657-z
• Trumbull, R. B., L. D. Ashwal, S. J. Webb and I. V. Veksler, 2015, Drilling through the largest magma chamber on Earth: Bushveld Igneous Complex Drilling Project (BICDP). Sci. Dril. 19: 33-37.

Partner:

• Leibniz Universität Hannover
• Mineralogische Staatssammlung München
  

Förderungsnummer:

DFG 457479532