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

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).

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).