NL8902196A - AUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES. - Google Patents

AUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES. Download PDF

Info

Publication number
NL8902196A
NL8902196A NL8902196A NL8902196A NL8902196A NL 8902196 A NL8902196 A NL 8902196A NL 8902196 A NL8902196 A NL 8902196A NL 8902196 A NL8902196 A NL 8902196A NL 8902196 A NL8902196 A NL 8902196A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
objects
mineral
sample
bse
ray
Prior art date
Application number
NL8902196A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Shell Int Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shell Int Research filed Critical Shell Int Research
Publication of NL8902196A publication Critical patent/NL8902196A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2206Combination of two or more measurements, at least one measurement being that of secondary emission, e.g. combination of secondary electron [SE] measurement and back-scattered electron [BSE] measurement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/088Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry

Description

GEAUTOMATISEERDE WERKWIJZE VOOR HET IDENTIFICEREN VAN MINERALEN EN HET KARAKTERISEREN VAN GESTEENTENAUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES

Deze uitvinding heeft betrekking op een geautomatiseerde werkwijze voor het identificeren van mineralen en het karakteriseren van gesteenten.This invention relates to an automated method for mineral identification and rock characterization.

In het algemeen is informatie over mineralen van grote betekenis voor vele boor- en winningstechnieken voor olie en gas, bijvoorbeeld voor het onder controle houden van de reservoir-kwaliteit, en de wisselwerking tussen gesteente en fluïdum tijdens winningswerkzaamheden, enz.In general, mineral information is of great significance for many drilling and extraction techniques for oil and gas, for example, to control reservoir quality, and the interaction between rock and fluid during extraction operations, etc.

Zulke informatie over de mineralogische samenstelling van een monster, bijvoorbeeld een zandsteenmonster, wordt gewoonlijk verkregen door het onderzoeken van een dun segment onder toepassing van een optische microscoop. Aanvankelijk zal de geoloog alleen geschatte hoeveelheden van de aanwezige mineralen aangeven. Indien nauwkeuriger gegevens nodig zijn, wordt het monster gewoonlijk onderzocht volgens een bepaalde puntentelling. Dit is een arbeidsintensieve techniek en omvat het identificeren van de mineralen die aanwezig zijn op ongeveer twee- of driehonderd punten per dun segment. Met deze techniek wordt elk afzonderlijk punt geanalyseerd op basis van zijn kleur en structuur. Een dergelijke methode geeft echter nog steeds alleen semi-kwantitatieve informatie, in het bijzonder over mineralen die in kleine hoeveelheden aanwezig zijn. Daar het segment een beperkte dikte heeft (30 μια), worden ook problemen ondervonden wanneer er punten op korrelranden vallen. Op zulke punten is het moeilijk vast te stellen welk mineraal (of welke porie) geteld dient te worden, hetgeen kwantitatieve analyse nog verder beperkt.Such information about the mineralogical composition of a sample, for example a sandstone sample, is usually obtained by examining a thin segment using an optical microscope. Initially, the geologist will only indicate estimated amounts of the minerals present. If more accurate data is required, the sample is usually examined according to a certain point count. This is a labor-intensive technique and involves identifying the minerals that are present at about two or three hundred points per thin segment. This technique analyzes each individual point based on its color and structure. However, such a method still only provides semi-quantitative information, in particular on minerals that are present in small amounts. Since the segment has a limited thickness (30 μια), problems are also encountered when points fall on grain edges. At such points it is difficult to determine which mineral (or which pore) should be counted, which further limits quantitative analysis.

Een automatische analysemetode volgens de recente stand der techniek heeft geleid tot een automatische puntentellingmethode waarbij een monster zodanig door een elektronenbundel wordt af getast dat een grof rooster van 50 x 50 punten wordt verkregen.An automatic prior art analysis method has resulted in an automatic point counting method in which a sample is scanned by an electron beam such that a coarse grid of 50 x 50 points is obtained.

Op elk punt wordt een volledig röntgenspectrum verzameld en geanalyseerd. Teneinde de mineralogische samenstelling van elk punt in het rooster te identificeren, worden röntgentellingen in twaalf energiegebieden vergeleken met genormaliseerde waarden in genoemde gebieden van gangbare vergelijkingsmaterialen, waarbij het kleinste verschil tussen het onbekende spectrum en één van de vergelijkingsspectra op mineralogische wijze het betreffende punt bepaalt.A full X-ray spectrum is collected and analyzed at each point. In order to identify the mineralogical composition of each point in the grid, X-ray counts in twelve energy regions are compared to normalized values in said ranges of common reference materials, with the smallest difference between the unknown spectrum and one of the comparison spectra determining the respective point in mineralogy.

Methoden voor het karakteriseren van gesteenten zijn ook bekend, in het bijzonder die welke betrekking hebben op het analyseren van reservoirporiëncomplexen. De recente stand van de techniek geeft een beschrijving van een geautomatiseerde aftastende elektronenmicroscoop (*= scanning electron microscope -SEM) afbeeldingsmethode, waarbij terugverstrooide elektronen (= back-scattered electrons - BSE) een beeld vormen van een gepolijst mineraalmonster door het ontwikkelen van analoge signalen die in de tijd variërende voltages weergeven welke evenredig zijn aan de helderheid ter plekke. Bij deze methode worden, voorafgaand aan analyse, de poriën gevuld met epoxyhars, dat totaal anders reageert dan de zwaardere minerale korrels.Rock characterization methods are also known, particularly those involving the analysis of reservoir pore complexes. The recent state of the art describes an automated scanning electron microscope (* = scanning electron microscope -SEM) imaging method, in which backscattered electrons (= back-scattered electrons - BSE) form an image of a polished mineral sample by developing analog signals displaying time-varying voltages proportional to the brightness on site. In this method, prior to analysis, the pores are filled with epoxy resin, which reacts completely differently from the heavier mineral grains.

De aldus verkregen beelden kunnen op verscheidene manieren worden verwerkt. De SEM-beelden worden, bijvoorbeeld, afgetast door een videoscanner, waarna het verkregen analoge televisiesignaal wordt omgezet in een digitale vorm. In zulk een digitale weergave is het geobserveerde veld elektronisch gerangschikt in een opstelling van roosterpunten of zogenaamde pixels (« picture elements - beeldelementen) die met tussenruimten op een "grijs niveau" ("gray level") schaal zijn geplaatst. De afzonderlijk pixels van een zulk een digitaal beeld worden geklassificeerd als gesteente of als porie.The images thus obtained can be processed in various ways. The SEM images are, for example, scanned by a video scanner, after which the obtained analog television signal is converted into a digital form. In such a digital display, the observed field is electronically arranged in an arrangement of grid points or so-called pixels (picture elements) which are spaced on a "gray level" scale. The individual pixels of such a digital image are classified as either rock or pore.

In een ander voorbeeld worden kleurenfilterbeelden van mineraalmonsters verkregen, geïmpregneerd met gepigmenteerde, in het bijzonder blauwe, epoxy. Zulke filters produceren ook verdelingen van pixel-reeksen. Aan elk kleurbeeld worden waarden van "één" en "nul" toegekend teneinde onderscheid aan te brengen tussen poriën en andere materie.In another example, color filter images of mineral samples are obtained, impregnated with pigmented, in particular blue, epoxy. Such filters also produce pixel array distributions. Values of "one" and "zero" are assigned to each color image to distinguish between pores and other matter.

Bij verdere analyse van de op bovengenoemde wijze verkregen beelden worden erosie- en dilatietechnieken gebruikt, waarmee poriëncomplexeigenschappen kunnen worden bepaald.In further analysis of the images obtained in the above manner, erosion and dilation techniques are used, with which pore complex properties can be determined.

Met behulp van BSE-analyse kan slechts beperkte mineralo-gische informatie worden verkregen. Het probleem is gelegen in het feit dat er een grijs niveau-overlapgebied kan zijn voor de verschillende mineralen; ook mineralen (kleisoorten) met een variabele samenstelling kunnen een grijs niveau-overlapgebied veroorzaken, dat een belemmering vormt voor een nauwkeurige mineralogische identificatie.Only limited mineralological information can be obtained using BSE analysis. The problem lies in the fact that there may be a gray level overlap area for the different minerals; Minerals (clays) with a variable composition can also cause a gray level overlap area, which hinders accurate mineralogical identification.

De bovengenoemde onderzoektechnieken zij lastig, in die zin dat daarbij tamelijk gecompliceerde verwerkingstechnieken en indirecte afbeeldingstechnieken worden gebruikt.The aforementioned research techniques are troublesome in that they involve rather complicated processing techniques and indirect imaging techniques.

Met de bovengenoemde mineralenidentificeringsmethode worden slechts enkele monsterpunten geanalyseerd. Tussenliggende monstergebieden en tussenruimten worden onvoldoende onderzocht. Korrelrand- en poriënwandeigenschappen kunnen op die wijze helemaal niet worden bepaald.With the above mineral identification method, only a few sample points are analyzed. Intermediate sample areas and gaps are not sufficiently investigated. Grain edge and pore wall properties cannot be determined at all in this way.

Met de bovengenoemde methoden voor gesteentekarakterisering worden de benodigde kenmerkende gegevens slechts verkregen na het uitvoeren van tussenliggende stappen, zoals het aftasten van het BSE-beeld en het daarna filteren van het afgetaste beeld.With the above rock characterization methods, the necessary characterization data is obtained only after performing intermediate steps such as scanning the BSE image and then filtering the scanned image.

Een hoofddoel van de onderhavige uitvinding is het verbeteren van de hierboven beschreven mineralenidentificerings-methoden, in het bijzonder het verschaffen van een werkwijze waarbij het gehele monster wordt bekeken, en meer in het bijzonder het verschaffen van een voll.edig geautomatiseerde methode waarmee zowel mineralenklassificering als geometrische karakterisering van gesteente en poriënnetwerk mogelijk is, bij welke werkwijze geen tussenkomst van een bedieningsman is vereist.A main object of the present invention is to improve the mineral identification methods described above, in particular to provide a method of viewing the entire sample, and more particularly to provide a fully automated method that allows both mineral classification and geometric characterization of rock and pore network is possible, in which method no intervention of an operator is required.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verbeteren van de bovengenoemde mineralenklassificeringsmethode.Another object of the present invention is to improve the above mineral classification method.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het uitvoeren van poriënnetwerk- en gesteentematrixmethoden die op directe wijze BSE-informatiegegevens verwerken.Yet another object of the present invention is to perform pore network and rock matrix methods that directly process BSE information data.

Teneinde de bovengenoemde doeleinden te bereiken, de besproken tekortkomingen te overwinnen en genoemde doeleinden te volbrengen, betreft de onderhavige uitvinding een computergestuurde werkwijze voor het analyseren en karakteriseren van gepolijste mineraalmonsters, welke werkwijze de stappen omvat van geautomatiseerd verzamelen, opslaan in geheugen, lezen, visueel weergeven en verwerken van monstergegevens, door gebruik te maken van afbeeldingsmethoden met behulp van terugverstrooiing van elektronen (back-scattered electron -= BSE) van ten minste één inspectieveld van genoemd monster, waardoor BSE-informatiegegevens worden verkregen voor verdere verwerking, en onder toepassing van inelastische elektronenverstrooiingsröntgen-bemons tering van genoemd veld ter bepaling van de minerale samenstelling van genoemd veld van genoemd monster, en waarbij genoemde BSE-informatiegegevens worden gedigitaliseerd en direct worden omgezet in grijs niveau-informatiegegevens voor het verkrijgen van informatiegegevens betreffende gesteentematrix en poriënnetwerk, en waarbij met een mineralenidentificeringsmethode ten aanzien van genoemd veld afzonderlijke objecten worden bepaald in een automatische bepalingsstap uitgaande van genoemde BSE-informatie- gegevens, en welke bepaalde objecten worden onderzocht door genoemde objecten elk in zijn geheel bloot te stellen aan röntgenobjectaftasting met behulp van inelastische elektronenverstrooiing van hoog oplossend vermogen, waardoor röntgenspectrumgegevens worden verkregen van atoomelementen in genoemde objecten, met behulp waarvan verhoudingsklassificatie-gegevens worden afgeleid voor het bepalen van de hoeveelheden mineralen in genoemd monster.In order to achieve the aforementioned objectives, to overcome the shortcomings discussed and to accomplish said objectives, the present invention relates to a computerized method for analyzing and characterizing polished mineral samples, which method comprises the steps of automated collection, memory storage, reading, visual displaying and processing sample data, using electron backscattered electron (BSE) imaging methods from at least one inspection field of said sample, thereby obtaining BSE information data for further processing, and inelastic electron scattering X-ray sampling of said field to determine the mineral composition of said field of said sample, and wherein said BSE information data is digitized and directly converted into gray level information data to obtain information data concerning the rock matrix and pore network, and whereby with a mineral identification method with regard to said field individual objects are determined in an automatic determination step based on said BSE information data, and which specific objects are examined by exposing said objects each in its entirety to X-ray object scanning using high-resolution inelastic electron scattering, which provides X-ray data of atomic elements in said objects, using which ratio classification data is derived to determine the amounts of minerals in said sample.

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze waarbij de genoemde grijs niveau-informatiegegevens verder worden verwerkt door de volgende opeenvolgende stappen: het segmenteren van grijs niveaus; het onderscheiden van afzonderlijk objecten in het inspectieveld, t.w. poriën of korrels, door het opsporen van donkere en niet-donkere fasen; het van elkaar scheiden van genoemde objecten door verscherping van contouren; het reconstrueren van genoemde objecten; het bepalen van zowel gesteentematrix als poriënnetwerk; en het evalueren van de aldus verkregen informatiegegevens over gesteentematrix en poriënnetwerk, teneinde parameters betreffende gesteentematrix en poriënnetwerk te verkrijgen.The invention also relates to a method wherein said gray level information data is further processed by the following successive steps: segmenting gray levels; distinguishing individual objects in the inspection field, i.e. pores or granules, by detecting dark and non-dark phases; separating said objects from each other by sharpening contours; reconstructing said objects; determining both rock matrix and pore network; and evaluating the information matrix and pore network information data thus obtained, in order to obtain parameters concerning the rock matrix and pore network.

Volgens een ander aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze voorgesteld waarbij genoemde verhoudingsklassifi-catiegegevens worden samengesteld door elementenverhoudingen van onderzochte objecten, en waarbij genoemde elementenverhoudingen worden vergeleken met de verhoudingen van prototype-mineralen ter bepaling van de minerale samenstelling van de onderzochte objecten.In accordance with another aspect of the present invention, a method is proposed in which said ratio classification data is compiled by element ratios of investigated objects, and wherein said element ratios are compared to prototype mineral ratios to determine the mineral composition of the investigated objects.

Nog een ander aspect van de onderhavige uitvinding heeft betrekking op een systeem voor het analyseren en karakteriseren van gepolijste mineraalmonsters, omvattende het gebruik van een aftastende elektronenmicroscoop (SEM) die een versnelde elektronenbundel produceert en een detector voor het aftasten van terugverstrooide elektronen (BSE), een energiedispersieröntgen (energy dispersive X-ray = EDX) analyseerinrichting voor het analyseren van de minerale samenstelling van genoemde monsters door inelastische elektronenverstrooiing, en een beeld-verwerkingssysteem (image processing system = IPS).Yet another aspect of the present invention pertains to a system for analyzing and characterizing polished mineral samples, comprising the use of an accelerated electron microscope (SEM) producing an accelerated electron beam and a backscattered electron detector (BSE) detector, an energy dispersive X-ray (EDX) analyzer for analyzing the mineral composition of said samples by inelastic electron scattering, and an image processing system (IPS).

Een bepaald voordeel is de nauwkeurige klassificering van de mineralen, zelfs wanneer er kleine veranderingen in de samenstelling van het te analyseren monster optreden.A particular advantage is the accurate classification of the minerals, even when small changes in the composition of the sample to be analyzed occur.

Het belangrijkste kenmerk van de bovengenoemde werkwijze ligt echter in de combinatie van de BSE- en EDX-technieken. Met de verbeterde BSE-methode worden de te analyseren objecten nauwkeurig afgebakend. Met genoemde EDX-techniek wordt een in hoge mate verbeterde mineralenklassificatie bereikt, en bovendien leidt het maken van afbeeldingen van genoemde methode tot een algehele karakterisering van een monster, hetgeen een groot voordeel oplevert voor de gebruikers ervan, zowel op het gebied van boor- en winningstechnieken voor olie en gas, als voor mijnbouw en bodemonderzoek.However, the main feature of the above method is in the combination of the BSE and EDX techniques. With the improved BSE method, the objects to be analyzed are precisely defined. With said EDX technique, a greatly improved mineral classification is achieved, and in addition, imaging of said method leads to an overall characterization of a sample, which is of great benefit to its users, both in the field of drilling and extraction techniques for oil and gas, as well as for mining and soil research.

Verdere aspecten, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving en de bijbehorende tekeningen, waarbij:Further aspects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings, wherein:

Figuur 1 een systeem toont waarmee de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt uitgevoerd;Figure 1 shows a system with which the method according to the present invention is carried out;

Figuur 2 op schematische wijze de mineralenidentificerings-methode van de onderhavige uitvinding toont;Figure 2 schematically shows the mineral identification method of the present invention;

Figuren 3A tot en met 3D verscheidene verwerkingsstappen tonen van de mineralenidentificeringsmethode volgens de onderhavige uitvinding;Figures 3A through 3D show various processing steps of the mineral identification method of the present invention;

Figuren 4A en 4B resultaten tonen van klassificatiemethoden, welke respectievelijk bekend zijn uit de bestaande techniek (A) en de techniek volgens de onderhavige uitvinding (B);Figures 4A and 4B show results of classification methods known respectively from the prior art (A) and the technique of the present invention (B);

Figuur 5 een schematische weergave toont van de karakteri-seringsmethode voor poriënnetwerk en gesteentematrix volgens de onderhavige uitvinding; enFigure 5 shows a schematic representation of the pore network and rock matrix characterization method of the present invention; and

Figuur 6 een uitgewerkt voorbeeld toont van een monster dat geanalyseerd en gekarakteriseerd is volgens de onderhavige uitvinding.Figure 6 shows a worked example of a sample analyzed and characterized according to the present invention.

In de Figuren 2 en 5 zijn voor overeenkomstige processtappen dezelfde verwijzingscijfers gebruikt.In Figures 2 and 5, the same reference numerals are used for corresponding process steps.

Figuur 1 toont een systeem waarmee de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt uitgevoerd. Het systeem bestaat uit drie hoofddelen die onderling verbonden zijn via verscheidene koppelingsonderdelen (niet getoond; duidelijkheidshalve zijn deze koppelingsonderdelen weergegeven door één enkel blok met elektronica voor het bundelen, aftasten en afbeelden): een aftastende elektronenmicroscoop (scanning electron microscope — SEM) 1, een energiedispersieröntgenanalyseerinrichting (energy dispersive X-ray analyser - EDX) 2 en een beeldverwerkingssysteem (image processing system - IPS) 3.Figure 1 shows a system with which the method according to the present invention is carried out. The system consists of three main parts that are interconnected through several coupling parts (not shown; for clarity, these coupling parts are represented by a single block of electronics for bundling, scanning and imaging): a scanning electron microscope (SEM) 1, a energy dispersive X-ray analyzer (EDX) 2 and an image processing system (IPS) 3.

De SEM 1 omvat een SEM-kolom 10 en gebruikt een versnelde elektronenbundel (tot 30 kV) onder hoog vacuum omstandigheden, voor het aftasten van het te onderzoeken monster. Voor het hier beschreven werk worden monsters geïmpregneerd met hars, in het bijzonder een epoxyhars, gesneden en in hoge mate gepolijst teneinde een vlak oppervlak te verkrijgen. Daarna worden zij voorzien van een geleidende laag van koolstof teneinde opbouw van elektrische lading te voorkomen. De verschillende soorten van elektronen en fotonen die opgewekt worden op het invalspunt van de elektronenbundel op het monsteroppervlak worden afzonderlijk waargenomen. Daar de elektronenbundel het monster aftast, kan de respons van elk van deze detectors worden gebruikt voor het opbouwen van een karakteristiek beeld van het oppervlak ervan. De detector die gewoonlijk gebruikt wordt bij het hieronder beschreven werk is een terugverstrooide-elektronendetector 14.The SEM 1 comprises a SEM column 10 and uses an accelerated electron beam (up to 30 kV) under high vacuum conditions, to scan the sample to be examined. For the work described here, samples impregnated with resin, especially an epoxy resin, are cut and highly polished to obtain a flat surface. They are then coated with a conductive carbon layer to prevent build-up of electric charge. The different types of electrons and photons generated at the point of impact of the electron beam on the sample surface are observed separately. As the electron beam scans the sample, the response of any of these detectors can be used to build a characteristic image of its surface. The detector commonly used in the work described below is a backscattered electron detector 14.

In Figuur 1 zijn verscheidene bundelconditioneringsfuncties, zoals vergroting, grootte van de lichtvlek, aftastmethode, detector en brandpunt weergegeven door één enkele lijn 12, en X-en Y-sturing door een lijn 13. Ook bundelstabiliseringsmiddelen zijn opgenomen in de weergegeven SEM-kolom (duidelijkheidshalve niet getoond).In Figure 1, several beam conditioning functions, such as magnification, size of the light spot, scanning method, detector and focal point, are represented by a single line 12, and X and Y control by a line 13. Beam stabilizing means are also included in the shown SEM column ( not shown for clarity).

Op een platform 15 wordt een monster 16 opgesteld, of er kunnen meer monsters worden opgesteld, zodat het monster/de monsters desgewenst kan/kunnen worden verplaatst en vervangen. Voor elk monster zal ten minste één inspectieveld, d.w.z. een door een bundel bestreken gebied, worden afgetast. Er kunnen voor één monster ook meer inspectievelden worden afgetast, bijvoorbeeld acht velden. Op zulk een wijze wordt een meer representatieve bemonstering verkregen, hetgeen tot een nauwkeuriger identificatie van het mineraal en/of karakterisering van het monster leidt. In het algemeen zijn de te onderzoeken monsters mineralen, zoals gesteenten.A sample 16 is arranged on a platform 15, or more samples can be arranged, so that the sample (s) can be moved and replaced if desired. At least one inspection field, i.e. a beam-covered area, will be scanned for each sample. More inspection fields can also be scanned for one sample, for example eight fields. In such a way, a more representative sampling is obtained, which leads to a more precise identification of the mineral and / or characterization of the sample. In general, the samples to be examined are minerals, such as rocks.

Opgemerkt wordt dat bovengenoemde functies worden bestuurd door een elektronisch schakelsysteem, in de tekening aangegeven door een blok 17, net elektronica voor het bundelen, aftasten en afbeelden.It is noted that the above functions are controlled by an electronic switching system, indicated in the drawing by a block 17, just electronics for bundling, scanning and imaging.

De energiedispersieröntgen-(EDX)-detector en analyseer-inrichting bestaat uit een detector en analyseerinrichting 20 die ook verbonden zijn met genoemd blok 17. De analyseerinrichting detecteert de röntgenstralen die opgewekt worden door de wisselwerking tussen de elektronenbundel en het monster met een detector, terwijl de röntgenenergie wordt gemeten voor het verkrijgen van kwalitatieve en kwantitatieve informatie over de chemische samenstelling van het monster. Dit is mogelijk omdat elk atoomelement in het monster zijn eigen, specifieke energie-verdeling van uitgezonden röntgenstralen vertoont.The energy dispersion X-ray (EDX) detector and analyzer consists of a detector and analyzer 20 also connected to said block 17. The analyzer detects the X-rays generated by the interaction between the electron beam and the sample with a detector, while the x-ray energy is measured to obtain qualitative and quantitative information about the chemical composition of the sample. This is possible because each atomic element in the sample has its own specific energy distribution of emitted X-rays.

Het beeldverwerkingssysteem (image processing system - IPS) 3 omvat een centrale verwerkingseenheid (central processing unit - CPU) 31, gebaseerd op een zeer snelle reeksverwerker (array processor), en is geschikt voor het met hoge snelheid uitvoeren van beeldverwerking, versterking, reconstructie en analyse. De te verwerken beelden worden verkregen van de SEM 1, terwijl de röntgengegevens, die nodig zijn voor het identificeren van de mineralen, worden verkregen van de EDX. De SEM, EDX en het IPS zijn met elkaar verbonden door middel van een interface. Bij volledig geautomatiseerde bedrijfsvoering bestuurt de CPU van het IPS alle van toepassing zijnde functies van de microscoop en de röntgenanalyseerinrichting. Zoals hierboven reeds is vermeld, kunnen functies zoals vergroting, instelling van bundelgrootte, aftestmethode, detectorkeuze, automatische brandpuntinstelling en spiraaltoevoer van de SEM worden bestuurd, alsmede die voor het EDX-systeem en het verzamelen en verwerken van röntgengegevens.The image processing system (IPS) 3 comprises a central processing unit (CPU) 31, based on a high-speed array processor (array processor), and is suitable for high-speed image processing, amplification, reconstruction and analysis. The images to be processed are obtained from the SEM 1, while the X-ray data required to identify the minerals are obtained from the EDX. The SEM, EDX and the IPS are interconnected through an interface. In fully automated operation, the IPS CPU controls all applicable functions of the microscope and X-ray analyzer. As mentioned above, functions such as magnification, beam size adjustment, test method, detector selection, automatic focal adjustment and spiral feed of the SEM can be controlled, as well as those for the EDX system and the collection and processing of X-ray data.

Het IPS 3 omvat ook een bedieningseeriheid (met beeldscherm) 32 welke door bedieningspersoneel wordt gebruikt voor het op gang brengen en instellen van de vereiste functies en werkzaamheden.The IPS 3 also includes an operating interface (with display) 32 which is used by operating personnel to initiate and set up the required functions and operations.

Het zal duidelijk zijn dat met een geautomatiseerd systeem zoals hier beschreven de bedrijfstijd aanzienlijk zal worden verkort.It will be clear that with an automated system as described here the operating time will be considerably shortened.

In Figuur 2 is de mineralenidentificeringsmethode volgens de onderhavige uitvinding schematisch weergegeven.Figure 2 shows the mineral identification method according to the present invention schematically.

Voor het bepalen van de mineralogische samenstelling worden, onder toepassing van een SEM/EDX-systeem, twee hoofdtechnieken gebruikt, namelijk de afbeeldingsmethode met behulp van terugverstrooide elektronen (back-scattered electron » BSE) en de röntgenanalyse. Eerst zal hieronder een ruwe schets van de grondbeginselen van deze technieken worden gegeven. Daarna zal er een gedetailleerde beschrijving met betrekking tot de verschillende procedurestappen worden gegeven onder verwijzing naar de Figuren 2 en 3A-D.Two main techniques are used to determine the mineralogical composition using an SEM / EDX system, namely the imaging method using back-scattered electron (BSE) and the X-ray analysis. First, a rough outline of the basics of these techniques will be given below. Thereafter, a detailed description regarding the various procedure steps will be given with reference to Figures 2 and 3A-D.

Als gevolg van de primaire elektronenbundelaftasting van het monster, worden terugverstrooide elektronen opgewekt. De detector voor deze elektronen (14 in Figuur 1) is gemonteerd in de SEM vlak boven het monster. De signalen die door de terugverstrooide-elektronendetector worden geleverd als BSE-informatiegegevens, weerspiegelen de gemiddelde atoomdichtheid op de plaats van inslag op het monster en verschaffen aldus informatie over de gemiddelde samenstelling op die plaats. Als regel is het oplossend vermogen van BSE-beelden voor minerale monsters, zoals gesteenten, ongeveer 1 micron bij een versnellingsspanning van 20 kV. Bij SEM-onderzoeken wordt de BSE-afbeeldingsmethode hoofdzakelijk gebruikt voor het verkrijgen van informatie over de ruimtelijke verdeling van mineralen, korrels en poriën.As a result of the primary electron beam scan of the sample, backscattered electrons are generated. The detector for these electrons (14 in Figure 1) is mounted in the SEM just above the sample. The signals provided by the backscattered electron detector as BSE information data reflect the average atomic density at the impact site on the sample and thus provide information about the average composition at that location. As a rule, the resolving power of BSE images for mineral samples, such as rocks, is about 1 micron at an accelerating voltage of 20 kV. In SEM studies, the BSE imaging method is mainly used to obtain information about the spatial distribution of minerals, grains and pores.

Figuur 3A toont een BSE-beeld van een zandsteenmonster waarbij het grijs niveau betrekking heeft op het gemiddelde atoomnummer van het mineraal. Hoe zwaarder het mineraal, des te helderder zal het in het BSE-beeld te zien zijn. De poriën zijn donker omdat zij gevuld zijn met een epoxyhars welke een lage dichtheid heeft. Uitgaande van een dergelijk beèld, kan de bëeldanalyseerinrichting bepaalde groepen van mineralen herkennen door alleen die gebieden te detecteren waarvan de grijs niveaus binnen een specifiek gebied vallen. De methode wordt segmentatie genoemd. Aangezien onderling van elkaar verschillende mineralen echter nagenoeg gelijke atoomnummers kunnen hebben (bijvoorbeeld kwarts, dolomiet en natriumveldspaat) is de segmentatie echter alleen geschikt voor het maken van partieel onderscheid. Teneinde zulke mineralen verder van elkaar te onderscheiden, moet röntgen-analyse worden toegepast.Figure 3A shows a BSE image of a sandstone sample where the gray level refers to the average atomic number of the mineral. The heavier the mineral, the brighter it will be seen in the BSE image. The pores are dark because they are filled with a low density epoxy resin. Starting from such an image, the image analyzer can recognize certain groups of minerals by detecting only those areas whose gray levels fall within a specific area. The method is called segmentation. However, since mutually different minerals can have substantially the same atomic numbers (for example quartz, dolomite and sodium feldspar), the segmentation is only suitable for making partial distinctions. To further distinguish such minerals from each other, X-ray analysis should be used.

Het röntgenanalysesysteem meet het röntgenenergiespectrum, d.w.z. de intensiteit en de energie van de röntgenstraling. In een SEM worden röntgenstralen opgewekt tijdens inelastlsche verstrooiing van primaire (bundel) elektronen. Deze röntgenstralen worden gevormd door twee duidelijk verschillende processen: (1) de vertraging van de bundelelektronen in het Coulomb-veld van de atoomkern geeft een continu achtergrondspectrum ("Brems-strahlung") en (2) de wisselwerking tussen een bundelelektron en elektronen van de binnenste schil leiden tot karakteristieke lijnen in het spectrum. Het continue (achtergrond)deel van het spectrum wordt niet gebruikt bij de mineralenidentificerings-methode. Detectie en klassificatie van de karakteristieke röntgenlijnen maken identificatie van de atomen (elementen) in het aangeslagen monstervolume mogelijk. Ook het aantal door elk element uitgezonden stralen is gerelateerd aan de concentratie van dat element.The X-ray analysis system measures the X-ray energy spectrum, i.e. the intensity and energy of the X-rays. In an SEM, X-rays are generated during inelastic scattering of primary (beam) electrons. These X-rays are formed by two distinctly different processes: (1) the delay of the beam electrons in the Coulomb field of the atomic nucleus gives a continuous background spectrum ("Brems-strahlung") and (2) the interaction between a beam electron and electrons of the inner shell lead to characteristic lines in the spectrum. The continuous (background) part of the spectrum is not used in the mineral identification method. Detection and classification of the characteristic X-ray lines allow identification of the atoms (elements) in the excited sample volume. The number of rays emitted by each element is also related to the concentration of that element.

De minimumconcentratie van een element die kan worden waargenomen door middel van micro-röntgenanalyse is in de beste gevallen 0,1%, en in het algemeen minder dan 1%. Voor de meeste gesteenten is het ruimtelijk oplossend vermogen ongeveer 1 micron.The minimum concentration of an element that can be observed by micro-X-ray analysis is at best 0.1%, and generally less than 1%. For most rocks, the spatial resolution is about 1 micron.

De geautomatiseerde mineralenidentificeringsmethode omvat in principe het herkennen van afzonderlijke objecten (t.w. korrels, diagenetische mineralen, kleisoorten) in het monster. Elk object wordt onderworpen aan röntgenanalyse teneinde röntgenspectrum-gegevens van in het monster aanwezige elementen te verkrijgen, hetgeen kan worden aangeduid als mineralogie. Het heeft voordeel röntgenspectra van negen elementen te verkrijgen. De volledige procedure 40 bestaat uit een aantal stappen 41-50 die hieronder in detail worden beschreven en die weergegeven zijn in Figuur 2.The automated mineral identification method basically involves recognizing individual objects (i.e. granules, diagenetic minerals, clays) in the sample. Each object is subjected to X-ray analysis to obtain X-ray spectrum data from elements contained in the sample, which may be referred to as mineralogy. It is advantageous to obtain X-ray spectra of nine elements. The complete procedure 40 consists of a number of steps 41-50 which are described in detail below and are shown in Figure 2.

Teneinde een beeld van de SEM te verkrijgen, neemt het IPSIn order to obtain an image of the SEM, it takes IPS

verscheidene functies van de microscoop onder controle. Eerst wordt een inspectieveld op een monster uitgekozen, d.w.z. een door een aftastende lichtbundel te onderzoeken gebied, weergegeven door een blok 41. Daarna worden in een BSE-beeldvormende stap 42 de juiste detector en vergroting gekozen en wordt het aftasten van de elektronenbundel op het monster geregeld. Terwijl de SEM het monster aftast, zet het IPS de binnenkomende BSE-informatiegegevens in een grijs-niveau-onderscheidingsstap 43 om in digitale vorm en slaat het op in een videogeheugen. Een opgeslagen beeld heeft bijvoorbeeld een standaardformaat van 512 x 512 punten (of pixels), waarbij elk punt een waarde van 0 tot 255 kan hebben, getoond als grijs niveau-informatiegegevens. Voor mineraalmonsters variëren de grijs-waarden met voordeel van 0, hetgeen overeenkomt met zwart (poriën), via grijs (kwarts) tot 25.5, hetgeen overeenkomt met wit (zware mineralen). Opgemerkt wordt dat met geavanceerde informatieverwerkingsapparatuur meer gedetailleerde beeldinformatie kan worden verkregen. Toenemende onderzoeksvoorzieningen, bijvoorbeeld oplopend tot 10 bit x 10 bit pixels per beeld met 4 byte grijs-waarden voor elke pixel, zijn thans mogelijk.various functions of the microscope under control. First, an inspection field on a sample is selected, ie an area to be examined by a scanning light beam, represented by a block 41. Then, in a BSE imaging step 42, the appropriate detector and magnification are selected and the scanning of the electron beam on the sample is selected regularly. While the SEM scans the sample, the IPS converts the incoming BSE information data into a gray level discriminating step 43 into digital form and stores it in a video memory. For example, a stored image has a standard format of 512 x 512 points (or pixels), each point can have a value from 0 to 255, shown as gray level information data. For mineral samples, the gray values advantageously range from 0, which corresponds to black (pores), through gray (quartz) to 25.5, which corresponds to white (heavy minerals). It is noted that more sophisticated image information can be obtained with advanced information processing equipment. Increasing research facilities, for example up to 10 bit x 10 bit pixels per image with 4 byte gray values for each pixel, are now possible.

Zodra de gegevens door het IPS zijn opgeslagen in een videogeheugen, is er een groot aantal beeldverwerkingsfuncties beschikbaar voor het versterken van het beeld. Deze functies kunnen worden gebruikt voor het wegfilteren van ruis, het verbeteren van het contrast, het verscherpen van contouren, het onderscheiden, het afscheiden en identificeren van bepaalde objecten in het beeld, zoals aangeduid door een blok 44 in Figuur 2.Once the data is stored in a video memory by the IPS, a large number of image processing functions are available to enhance the image. These functions can be used to filter out noise, improve contrast, sharpen contours, distinguish, separate and identify certain objects in the image, as indicated by a block 44 in Figure 2.

In BSE-beelden van zandsteenmonsters hebben de randen van korrels en de punten waar korrels elkaar raken dikwijls een donkerdere kleur dan het inwendige van de korrel (Figuur 3A). Indien deze donkerdere rand aanwezig zou zijn rond de volledige korrel, dan zou elke korrel kunnen worden onderscheiden van de andere korrel door middel van een eenvoudige grijs niveau-segmentatiemethode. De raakpunten tussen de korrels zijn soms echter niet over de volledige lengte zichtbaar, en derhalve is er behoefte aan een meer geavanceerde korreldetectiemethode. Dit impliceert ook weer segmentering van het BSE-beeld, waardoor een binair beeld wordt verkregen waarin bijvoorbeeld de korrels wit zijn en de porieruimte zwart is. In dit beeld zullen nog steeds groepen van twee of meer korrels overblijven die niet "gescheiden" zijn maar die elkaar bij vernauwingen raken, zoals getoond in Figuur 3B. Deze vernauwingen worden verwijderd onder toepassing van verschillende morfologische methoden, hetgeen tot afzonderlijke "gescheiden” objecten leidt, zie Figuur 3G.In BSE images of sandstone samples, the edges of grains and the points where grains meet often have a darker color than the interior of the grain (Figure 3A). If this darker edge were present around the entire grain, each grain could be distinguished from the other grain by a simple gray level segmentation method. However, the tangent points between the grains are sometimes not visible over the full length, and therefore a more advanced grain detection method is needed. This again implies segmentation of the BSE image, resulting in a binary image in which, for example, the grains are white and the pore space is black. In this image, groups of two or more grains will still remain that are not "separated" but that touch each other at narrowings, as shown in Figure 3B. These constrictions are removed using different morphological methods, resulting in separate "separated" objects, see Figure 3G.

Zodra de objecten (t.w. afgescheiden korrels) in het beeld zijn herkend en geïdentificeerd, zijn de coördinaten van alle punten die tot een object behoren bekend. Het IPS neemt dan de besturing van de elektronenbundel in de microscoop voor zijn rekening, en de bundel tast het gebied van elk object achtereenvolgens af. Gedurende deze procedure worden röntgenstralen opgewekt. Er kan een probleem ontstaan wanneer twee objecten met een verschillende samenstelling van elementen met elkaar in contact zijn. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat er röntgenpulsen worden gedetecteerd die opgewekt zijn door een ander object dan dat wat onderzocht wordt. Teneinde dit te voorkomen, worden alle objecten mathematisch geërodeerd, d.w.z. pixels afkomstig van de objectgrenzen worden weggelaten, waardoor het feitelijke aftast-gebied waaruit de röntgenpulsen worden gedetecteerd kleiner wordt, zoals getoond in Figuur 3D. Een dergelijk procedure, zoals in Figuur 2 is aangeduid met blok 45, zal leiden tot de verwij-dering van kleine objecten uit het beeld. Derhalve zullen alleen die objecten welke met deze methode niet verdwijnen, worden afgetast. Met de onderhavige methode wordt, met voordeel, een róntgenspectrum van elk object verkregen in een objectaftaststap 46 onder toepassing van negen vooraf bepaalde energievensters, waarbij elk venster een element voorstelt. De röntgentellingen worden genormaliseerd en naar het IPS gezonden als een vector van negen elementen. In het IPS wordt de bijdrage van de achtergrond verwijderd voorafgaand aan het klassificeren van de mineralen.Once the objects (i.e. separated grains) in the image have been recognized and identified, the coordinates of all points belonging to an object are known. The IPS then takes care of the control of the electron beam in the microscope, and the beam scans the area of each object successively. X-rays are generated during this procedure. A problem may arise when two objects with different composition of elements are in contact with each other. For example, it is possible to detect X-rays generated by an object other than the one being examined. In order to prevent this, all objects are eroded mathematically, i.e., pixels from the object boundaries are omitted, thereby reducing the actual scanning area from which the X-ray pulses are detected, as shown in Figure 3D. Such a procedure, as indicated by block 45 in Figure 2, will lead to the removal of small objects from the image. Therefore, only those objects that do not disappear with this method will be scanned. With the present method, an X-ray spectrum of each object is advantageously obtained in an object scanning step 46 using nine predetermined energy windows, each window representing an element. The X-ray counts are normalized and sent to the IPS as a vector of nine elements. In the IPS, the contribution is removed from the background prior to the classification of the minerals.

Zodra de röntgengegevens zijn verzameld en naar de beeld-analyseerinrichting zijn gezonden, kan worden getracht elk object of korrel te klassificeren in een klassificatiestap 47. Dit wordt gedaan door de vector van röntgenpulsen die verkregen zijn van een object te vergelijken met vectors die eerder verkregen zijn van bekende mineralen of "prototypen". Deze methode kan worden beschouwd als een "absolute methode", als gevolg van het gebruik van absolute waarden bij genoemde klassificering. Wanneer de vector van het onbekende mineraal voldoende gelijkenis vertoont met die van het prototype, dan kan het onbekende mineraal worden geklassificeerd.Once the X-ray data has been collected and sent to the image analyzer, an attempt can be made to classify any object or grain in a classifying step 47. This is done by comparing the vector of X-ray pulses obtained from an object to vectors previously obtained. of known minerals or "prototypes". This method can be considered an "absolute method", due to the use of absolute values in said classification. When the vector of the unknown mineral is sufficiently similar to that of the prototype, the unknown mineral can be classified.

Een methode die bekend is uit de bestaande techniek is getoond in Figuur 4A, waarbij de concentraties aan Si en Al (ruwweg gelijk aan de röntgenpulsen bij de juiste energie) alleen worden gebruikt voor het klassificeren van enkele silicaat-houdende mineralen. Met genoemde klassificeringsmethode wordt een vector van negen elementen (Na, Mg, Al, Si, P/Zr (gecombineerd), K, Ca, Ti/Ba (gecombineerd) en Fe) samengesteld teneinde onderscheid te kunnen maken tussen een groter aantal mineralen. De elementen P/Zr en Ti/Ba worden gecombineerd vanwege piekover-lapping in het röntgenspectrum. Deze methode werkt voor veel mineralen met succes, maar er worden problemen ondervonden wanneer mineralen worden geklassificeerd waarvan de samenstelling enigszins varieert. Dolomiet, bijvoorbeeld, kan kleine hoeveelheden ijzer bevatten. Wanneer de röntgenpulsen van zulke korrels worden vergeleken met die van een "zuivere" dolomiet, dan kunnen de vectors te veel verschillen om een goede klassificering van het mineraal mogelijk te maken. Het definiëren van een proto-type-samenstelling voor elk enigszins verschillend mineraal zou een buitengewoon moeilijke, zo niet onmogelijke taak zijn. Een ander probleem met deze absolute methode is de hoeveelheid analyseringstijd die nodig is voor het reduceren van statistische schommelingen in de gegevens, hetgeen tot onjuiste klassificering van sommige mineralen kan leiden.A method known from the prior art is shown in Figure 4A, where the concentrations of Si and Al (roughly equal to the X-rays at the correct energy) are used only for classifying some silicate-containing minerals. With said classification method, a vector of nine elements (Na, Mg, Al, Si, P / Zr (combined), K, Ca, Ti / Ba (combined) and Fe) is composed in order to distinguish between a larger number of minerals. The elements P / Zr and Ti / Ba are combined due to peak overlap in the X-ray spectrum. This method works successfully for many minerals, but problems are encountered when classifying minerals whose composition varies slightly. Dolomite, for example, can contain small amounts of iron. When the X-ray pulses of such granules are compared to that of a "pure" dolomite, the vectors may differ too much to allow proper classification of the mineral. Defining a proto-type composition for any slightly different mineral would be an extremely difficult if not impossible task. Another problem with this absolute method is the amount of analysis time required to reduce statistical fluctuations in the data, which can lead to incorrect classification of some minerals.

Gezien de bovengenoemde problemen volgens de onderhavige uitvinding, worden de verhoudingen tussen de elementen van de onbekende korrel vergeleken met die van de bekende prototype-mineralen. Figuur 4B toont deze methode, die beschouwd dient te worden als een "verhoudingsmethode", voor dezelfde silicaat-houdende mineralen als die van Figuur 4A. Op deze wijze hebben statistische schommelingen minder invloed op de klassificerings-methode, hetgeen tot een nauwkeuriger klassificatie leidt. De analysetijd per korrel is ongeveer 1-2 seconden. Het is ook mogelijk om rekening te houden met geringe variaties in samenstelling zonder dat het nodig is een groot aantal prototype-samenstellingen voor elk mineraal te definiëren. De resultaten van het klassificeren van de korrels die gedetecteerd zijn uit het BSE-beeld van Figuur 3A kunnen worden weergegeven in kleur, waarbij de verschillende kleuren de verschillende mineraalsoorten voorstellen, zoals aangegeven in Figuur 4A, B. Verdere verwerking van zulk een beeld is noodzakelijk voordat men kan proberen de percentages aan mineralen te kwantificeren.In view of the above problems of the present invention, the ratios between the elements of the unknown grain are compared to those of the known prototype minerals. Figure 4B shows this method, which is to be considered a "ratio method", for the same silicate-containing minerals as those of Figure 4A. In this way, statistical fluctuations have less influence on the classification method, which leads to a more accurate classification. The analysis time per grain is about 1-2 seconds. It is also possible to account for slight variations in composition without the need to define a large number of prototype compositions for each mineral. The results of classifying the grains detected from the BSE image of Figure 3A can be shown in color, the different colors representing the different mineral types, as indicated in Figure 4A, B. Further processing of such an image is necessary before attempting to quantify mineral percentages.

Ten gevolge van de aanvankelijke erosie van de korrels, toegepast om randinvloeden in de aftastprocedure van het object te voorkomen, gaan de oorspronkelijke objectgrenzen verloren. Voordat de percentages aan mineralen in het beeld worden gemeten, moeten de objecten in een reconstructiestap 48 in hun oorspronkelijke vorm worden hersteld. Voor deze herstellingsprocedure wordt een soortgelijke techniek gebruikt als die welke wordt toegepast voor het scheiden van objecten. Voor een homogeen monster is het meten van het gebiedspercentage van een mineraal op 2-D segmenten een goede schatting voor het volumepercentage ervan in de grote massa van gesteenten. Hoe groter het totale onderzoeksgebied van het segment, des te beter de schatting. Het meten van de gebiedspercentages van de poriën en de verschillende mineralen in een evaluatiestap 49 is een eenvoudige en snelle methode waarbij gebruik wordt gemaakt van beeldanalyse. Tenslotte kan de mineralogische samenstelling van genoemd monster worden verkregen in een mineralogische bepalingsstap 50, welke genoemde mineralogische bepaling aanzienlijk verbeterd is ten opzichte van die van de bestaande techniek door toepassing van de bovengenoemde "verhoudingsmethode".Due to the initial erosion of the grains used to prevent edge influences in the object scanning procedure, the original object boundaries are lost. Before measuring the mineral percentages in the image, the objects must be restored to their original shape in a reconstruction step 48. A similar technique to that used to separate objects is used for this repair procedure. For a homogeneous sample, measuring the area percentage of a mineral on 2-D segments is a good estimate of its volume percentage in the large mass of rocks. The larger the total research area of the segment, the better the estimate. Measuring the area percentages of the pores and the various minerals in an evaluation step 49 is a simple and fast method using image analysis. Finally, the mineralogical composition of said sample can be obtained in a mineralogical determination step 50, said mineralogical determination being significantly improved over that of the prior art using the above "ratio method".

De bovengenoemde methoden zijn allemaal aan elkaar gekoppeld en kunnen worden toegepast voor één bepaald inspectieveld. Teneinde echter analyse van meer inspectievelden mogelijk te maken, is het nodig dat het monster wordt verplaatst. Dit wordt uitgevoerd door een met motor aangedreven aftastplatform (zoals getoond in Figuur 1) dat op de SEM is gemonteerd, welke op afstand kan worden bediend door het IPS. Voordat met deze procedure wordt begonnen, worden de coördinaten van de vereiste analyseposities opgeslagen in het geheugen van het IPS. Dit betekent dat automatische analyse van een aantal inspectievelden of monsters kan worden uitgevoerd in één methode, zonder dat een bedieningsman nodig is (bijvoorbeeld gedurende de nacht).The above methods are all linked together and can be applied for one specific inspection field. However, in order to allow analysis of more inspection fields, it is necessary to move the sample. This is performed by a motor driven scanning platform (as shown in Figure 1) mounted on the SEM which can be remotely controlled by the IPS. Before starting this procedure, the coordinates of the required analysis positions are stored in the IPS memory. This means that automatic analysis of a number of inspection fields or samples can be performed in one method, without the need for an operator (e.g. overnight).

Behalve de analyse van hoeveelheden mineralen, is ook het bepalen van verschillende parameters betreffende korrelstructuur (bijvoorbeeld grootte, vorm, enzovoort) van de monsters van belang. Dit kan worden gedaan voor de volledige afslijtings-verzameling of alleen voor bepaalde mineralen (bijvoorbeeld kwarts). Er staan de gebruiker verschillende parameters betreffende grootte en vorm ter beschikking (bijvoorbeeld gebied, maximum of minimum diameter, elliptische vormfactor (t.w. verhouding tussen kleine en grote ellips-assen)) en desgewenst kunnen ook andere parameters worden gedefinieerd. Voordat deze analyses kunnen worden uitgevoerd, is het noodzakelijk om die korrels van het beeld te verwijderen welke de rand van het inspectieveld raken, omdat hun geometrische parameters niet nauwkeurig kunnen worden bepaald.In addition to the analysis of mineral quantities, it is also important to determine various parameters regarding grain structure (eg size, shape, etc.) of the samples. This can be done for the complete attrition collection or only for certain minerals (e.g. quartz). Different parameters of size and shape are available to the user (e.g. area, maximum or minimum diameter, elliptical shape factor (i.e. ratio between small and large ellipse axes)) and other parameters can be defined if desired. Before these analyzes can be performed, it is necessary to remove those grains from the image that touch the edge of the inspection field, because their geometric parameters cannot be accurately determined.

Een andere methode die gemakkelijk kan worden uitgevoerd na het identificeren van mineralen, is het bepalen van de poriën-wandmineralogie. De bepaling van de korrelstructuurparameters en de poriënwandmineralogie voegen weinig toe aan de totale analyse.Another method that can be easily performed after mineral identification is to determine the pore wall mineralalogy. The determination of the grain structure parameters and the pore wall mineralology add little to the overall analysis.

In Figuur 5 is de methode volgens de uitvinding voor het karakteriseren van het poriënnetwerk en het gesteente, aangeduid met het getal 60, schematisch weergegeven. Bij genoemde methode wordt ook gebruik gemaakt van een BSE-beeld van een geïmpregneerd en gepolijst gesteentemonster, verzameld en overgebracht als genoemde BSE-informatiegegevens van de SEM naar de CPU. Teneinde voldoende statistische nauwkeurigheid bij de analyse te verkrijgen, wordt voor elk monster een aantal inspectievelden met een geschikte vergroting verzameld. In het bijzonder dient de gekozen vergroting klein genoeg te zijn om statistische verstrooiing te voorkomen, maar groot genoeg om kleine poriën en kleine mineraaldeeltjes te definiëren. Zoals hierboven reeds is besproken met betrekking tot de mineralenidentificeringsmethode, in het bijzonder met betrekking tot de stappen 41, 42 en 43, geeft een BSE-beeld een bepaalde hoeveelheid mineralogische informatie, waarbij zwaardere (hoge atoomdichtheid) mineralen helderder zijn. De poriën worden gevuld met epoxyhars van lage dichtheid en zien er in tegenstelling zeer donker uit. Het BSE-beeld wordt verbeterd door gebruik te maken van de zogenaamde grijs-niveau-verwerkingstechniek, zoals filtering van plaatselijke ruis.Figure 5 shows schematically the method according to the invention for characterizing the pore network and the rock, indicated by the number 60. Said method also uses a BSE image of an impregnated and polished rock sample, collected and transferred as said BSE information data from the SEM to the CPU. In order to obtain sufficient statistical accuracy in the analysis, a number of inspection fields are collected for each sample at an appropriate magnification. In particular, the chosen magnification should be small enough to avoid statistical scattering, but large enough to define small pores and small mineral particles. As discussed above with regard to the mineral identification method, in particular with regard to steps 41, 42 and 43, a BSE image provides a certain amount of mineralogical information, with heavier (high atomic density) minerals being brighter. The pores are filled with low density epoxy resin and in contrast look very dark. The BSE image is improved by using the so-called gray level processing technique, such as local noise filtering.

De poriën worden daarna in het beeld onderscheiden van de minerale bestanddelen door alleen de donkere fasen te detecteren. Met mathematische morfologietechnieken, voorgesteld door de opeenvolgende stappen 61, 62 en 63, is het mogelijk individuele poriën af te bakenen, waarbij de poriehalzen worden gedefinieerd als vernauwingen in het 2-D poriënnetwerk (poriën die de randen van het beeld raken worden van de analyse uitgesloten omdat hun geometrische eigenschappen niet nauwkeurig kunnen worden bepaald).The pores are then distinguished from the mineral constituents in the image by detecting only the dark phases. Mathematical morphology techniques, proposed by successive steps 61, 62 and 63, allow to delineate individual pores, defining the pore necks as constrictions in the 2-D pore network (pores hitting the edges of the analysis excluded because their geometrical properties cannot be accurately determined).

Een soortgelijke procedure, voorgesteld door de opeenvolgende stappen 64, 65 en 66, wordt toegepast om de gesteente-matrix uit het BSE-beeld te herleiden, waarbij de korrels worden onderscheiden van de poriën door alleen niet-donkere fasen te detecteren. Poriëngebied en poriënhalslengteverdeling worden gemeten, alsmede het tweedimensionele coördinatengetal (t.w. het gemiddelde aantal poriënhalzen per individuele porie). Uitgaande van het gesteentematrixbeeld, worden korreldiameter (korrel- grootte), korrelgladheid en aspeetverhouding (korrelvorm) gemeten.A similar procedure, proposed by successive steps 64, 65 and 66, is used to derive the rock matrix from the BSE image, distinguishing the grains from the pores by detecting non-dark phases only. Pore area and pore neck length distribution are measured, as well as the two-dimensional coordinate number (i.e. the average number of pore necks per individual pore). Starting from the rock matrix image, grain diameter (grain size), grain smoothness and asparagus ratio (grain shape) are measured.

In het schema zoals getoond in Figuur 5 zijn de twee benaderingswijzen voor de karakteriseringsmethode duidelijk aangegeven. Wanneer er gegevens over poriënnetwerk en gesteente-matrix zijn verkregen, dan zullen er afbeeldingen worden gemaakt waarna de gegevens over gesteentematrix en poriënnetwerk afzonderlijk dienen te worden afgebeeld. Daarna wordt een "def." afbeeldingsstap 67 uitgevoerd teneinde deze beelden afzonderlijk te definiëren.In the scheme shown in Figure 5, the two approaches for the characterization method are clearly indicated. When data on pore network and rock matrix have been obtained, images will be taken and the data on rock matrix and pore network must be displayed separately. Then a "final." imaging step 67 performed to define these images individually.

De laatste twee stappen van deze methode omvatten het evalueren van de beeldgegevens in een evaluatiestap 68 en het meten van poriënnetwerk- en gesteentematrixparameters in een stap 69, zoals aangegeven in Figuur 5.The last two steps of this method include evaluating the image data in an evaluation step 68 and measuring pore network and rock matrix parameters in a step 69, as indicated in Figure 5.

Als voorbeeld zijn de resultaten van het identificeren en het karakteriseren van het monster, zoals boven vermeld, t.w. de resultaten verzameld over acht inspectievelden, getoond in Figuur 6, hetgeen het grote voordeel illustreert van het combineren van de hierboven vermelde methoden voor het maken van BSE-beelden en het nemen van röntgenmonsters.As an example, the results of identifying and characterizing the sample, as noted above, i.e. the results collected over eight inspection fields, shown in Figure 6, illustrating the great advantage of combining the above methods for taking BSE images and taking X-ray samples.

Voor deskundigen zal het duidelijk zijn dat het hierboven uitgewerkte voorbeeld, en de toegepaste methoden kunnen worden uitgebreid tot, respectievelijk, andere parametermetingen en andere methoden die op dit moment niet worden gebruikt, zoals neutronenverstrooiingsmethoden en 3D-analyse.It will be apparent to those skilled in the art that the example elaborated above, and the methods employed, may be extended to, respectively, other parameter measurements and other methods not currently used, such as neutron scattering methods and 3D analysis.

Het is nauwelijks nodig te vermelden dat de hier besproken werkwijze en het gevolgde systeem kunnen worden gemodificeerd en gewijzigd zonder daarbij buiten het kader van de onderhavige uitvinding te geraken.It is hardly necessary to mention that the method discussed here and the system followed can be modified and modified without departing from the scope of the present invention.

Claims (6)

1. Computergestuurde werkwijze voor het analyseren en karakteriseren van gepolijste mineraalmonsters, welke werkwijze de stappen omvat van geautomatiseerd verzamelen, opslaan in geheugen, lezen, visueel weergeven en verwerken van monster-gegevens, door gebruik te maken van afbeeldingsmethoden met behulp van terugverstrooiing van elektronen (back-scattered electron - BSE) van ten minste één inspectieveld van genoemd monster, waardoor BSE-informatiegegevens worden verkregen voor verdere verwerking, en onder toepassing van inelastische elektronenverstrooiingsröntgenbemonstering van genoemd veld ter bepaling van de minerale samenstelling van genoemd veld van genoemd monster, en waarbij genoemde BSE-informatiegegevens worden gedigitaliseerd en direct worden omgezet in grijs niveau-informatiegegevens voor het verkrijgen van informatiegegevens betreffende gesteentematrix en poriënnetwerk, en waarbij met een mineralenidentificeringsmethode ten aanzien van genoemd veld afzonderlijke objecten worden bepaald in een automatische bepalingsstap uitgaande van genoemde BSE-informatiegegevens, en welke bepaalde objecten worden onderzocht door genoemde objecten elk in zijn geheel bloot te stellen aan röntgenobjectaftasting met behulp van inelastische elektronenverstrooiing van hoog oplossend vermogen, waardoor röntgenspectrumgegevens worden verkregen van atoomelementen in genoemde objecten, met behulp waarvan verhoudingsklassificatiegegevens worden afgeleid voor het bepalen van de hoeveelheden mineralen in genoemd monster.A computer-aided method for analyzing and characterizing polished mineral samples, which method comprises the steps of automated collection, memory storage, reading, visual display and processing of sample data, using electron backscatter imaging methods ( back-scattered electron (BSE) of at least one inspection field of said sample, thereby obtaining BSE information data for further processing, and using inelastic electron scattering X-ray sampling of said field to determine the mineral composition of said field of said sample, and wherein said BSE information data is digitized and directly converted into gray level information data for obtaining information data regarding rock matrix and pore network, and with a mineral identification method regarding said field separate objects n are determined in an automatic determination step based on said BSE information data, and which particular objects are examined by exposing said objects each in its entirety to X-ray object scanning using high-resolution inelastic electron scattering, thereby obtaining X-ray data from atomic elements in said objects, using which ratio classification data is derived for determining the amounts of minerals in said sample. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde grijs niveau-informatiegegevens verder worden verwerkt door de volgende opeenvolgende stappen: het segmenteren van grijs niveaus, het onderscheiden van afzonderlijke objecten in het inspectieveld, t.w. poriën of korrels, door het opsporen van donkere en niet-donkere fasen; het van elkaar scheiden van genoemde objecten door verscherping van contouren; het reconstrueren van genoemde objecten; het bepalen van zowel gesteentematrix als poriënnetwerk; en het evalueren van de aldus verkregen informatiegegevens over gesteentematrix en poriënnetwerk, teneinde parameters betreffende gesteentematrix en poriënnetwerk te verkrijgen.The method of claim 1, wherein said gray level information data is further processed by the following successive steps: segmenting gray levels, distinguishing individual objects in the inspection field, i.e. pores or granules, by detecting dark and non-dark phases; separating said objects from each other by sharpening contours; reconstructing said objects; determining both rock matrix and pore network; and evaluating the information matrix and pore network information data thus obtained, in order to obtain parameters concerning the rock matrix and pore network. 3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij genoemde parameters omvatten: poriëngebied, poriënhalslengte, verdeling van genoemd poriëngebied en poriënhalslengte, en coördinatie-getal.The method of claim 2, wherein said parameters include: pore area, pore neck length, distribution of said pore area and pore neck length, and coordination number. 4. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij korrelkenmerken worden berekend uitgaande van de volgende parameters: korreldiameter, korrelgladheid en aspectverhouding.The method of claim 2, wherein grain characteristics are calculated from the following parameters: grain diameter, grain smoothness and aspect ratio. 5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij genoemde verhoudings-klassificatiegegevens worden gevormd door elementenverhoudingen van de onderzochte objecten, welke genoemde elementenverhoudingen worden vergeleken met verhoudingen van prototype-mineralen, teneinde de minerale samenstelling van genoemde onderzochte objecten te bepalen.The method of claim 1, wherein said ratio classification data is constituted by element ratios of the examined objects, said element ratios compared with prototype mineral ratios, to determine the mineral composition of said examined objects. 6. Systeem voor het analyseren en karakteriseren van gepolijste mineraalmonsters, omvattende een aftastende elektronenmicroscoop (scanning electron microscope - SEM) die een versnelde elektronenbundel produceert, en een detector voor het aftasten van terugverstrooide elektronen (back-scattered electrons = BSE), een energiedispersieröntgen (energy dispersive X-ray = EDX) analyseerinrichting voor het analyseren van de minerale samenstelling van genoemde monsters door inelastische elektronenverstrooiing, en een beeldverwerkingssysteem (image processing system = IPS).System for analyzing and characterizing polished mineral samples, comprising a scanning electron microscope (SEM) that produces an accelerated electron beam, and a detector for scanning backscattered electrons (BSE), an energy dispersion X-ray ( energy dispersive X-ray = EDX) analyzer for analyzing the mineral composition of said samples by inelastic electron scattering, and an image processing system (IPS).
NL8902196A 1988-09-06 1989-08-31 AUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES. NL8902196A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8820897 1988-09-06
GB8820897A GB2223842B (en) 1988-09-06 1988-09-06 Automated mineral identification and rock characterization process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8902196A true NL8902196A (en) 1990-04-02

Family

ID=10643145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8902196A NL8902196A (en) 1988-09-06 1989-08-31 AUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES.

Country Status (4)

Country Link
CA (1) CA1314632C (en)
GB (1) GB2223842B (en)
NL (1) NL8902196A (en)
NO (1) NO302717B1 (en)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPN226295A0 (en) * 1995-04-07 1995-05-04 Technological Resources Pty Limited A method and an apparatus for analysing a material
AUPR485301A0 (en) * 2001-05-09 2001-05-31 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Apparatus and method for composition measurement
DE102004027769B3 (en) * 2004-06-08 2006-02-09 Deutsche Montan Technologie Gmbh Method and apparatus for testing core samples
EA018767B1 (en) * 2008-08-20 2013-10-30 Минтек Method for identifying platinum group metals
US9778215B2 (en) * 2012-10-26 2017-10-03 Fei Company Automated mineral classification
US9194829B2 (en) * 2012-12-28 2015-11-24 Fei Company Process for performing automated mineralogy
EP2960865A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Fei Company Blend modes for mineralogy images
AU2015229467B9 (en) * 2014-03-11 2017-08-10 Fei Company Blend modes for mineralogy images
US9183656B2 (en) 2014-03-11 2015-11-10 Fei Company Blend modes for mineralogy images
US10502863B2 (en) 2015-02-13 2019-12-10 Schlumberger Technology Corporation Diagenetic and depositional rock analysis
WO2017123196A1 (en) * 2016-01-11 2017-07-20 Carl Zeiss X-Ray Microscopy Inc. Multimodality mineralogy segmentation system and method
CN106168585A (en) * 2016-08-02 2016-11-30 华北理工大学 Method for fluid-rock interaction test
CN108318515A (en) * 2018-01-09 2018-07-24 南京大学 A kind of individual particle mineral facies automatic identification and quantitative analysis method based on sem energy spectrum analysis
EP4049233A2 (en) * 2019-10-24 2022-08-31 Carl Zeiss Microscopy GmbH Grain-based minerology segmentation system and method
CN111398323A (en) * 2020-03-10 2020-07-10 浙江中科锐晨智能科技有限公司 Calculation method for automatically acquiring X-ray analysis position in mineral automatic analysis system
CN112345415B (en) * 2020-10-27 2023-10-27 核工业北京化工冶金研究院 Detection method for uranium ore particle internal pore crack evolution in heap leaching process
EP4067888A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-05 FEI Company Multiple image segmentation and/or multiple dynamic spectral acquisition for material and mineral classification
CN114034727B (en) * 2022-01-10 2022-04-01 中国科学院地质与地球物理研究所 Rapid identification and quantitative detection method for niobium-rich minerals
CN115356363B (en) * 2022-08-01 2023-06-20 河南理工大学 Pore structure characterization method based on wide ion beam polishing-scanning electron microscope
CN115931948B (en) * 2022-11-15 2023-07-21 中国石油大学(华东) Quantitative parameter analysis method for characterization of diagenetic phase characteristics

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1170375A (en) * 1980-06-11 1984-07-03 Alan F. Reid Method and apparatus for material analysis

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE COMPENDEX Accession Number EIX88020028938 *
MAINWARING P. R., PETRUK W.: "AUTOMATIC ELECTRON MICROPROBE IMAGE ANALYSIS: APPLICATIONS TO MINERAL PROCESSING", PARTICULATE AND MULTIPHASE PROCESSES., XX, XX, 1 January 1987 (1987-01-01), XX, pages 433 - 441., XP002040937 *
MILLER P. R., REID A. F., ZUIDERWIJK M. A.: "QEM*SEM IMAGE ANALYSIS IN THE DETERMINATION OF MODAL ASSAYS, MINERAL ASSOCIATIONS AND MINERAL LIBERATION", PREPRINTS - INTERNATIONAL MINERAL PROCESSING CONGRESS WORLDWIDEINDUSTRIAL APPLICATION OF MINERAL PROCESSING TECHNOLOGY., XX, XX, 17 October 1982 (1982-10-17), XX, pages 3.1 - 3.20., XP002040936 *
W. PETRUK: "The capabilities of the microprobe Kontron image analysis system: application to mineral beneficiation", SCANNING MICROSCOPY, vol. 2, no. 3, September 1988 (1988-09-01), pages 1247 - 1256, XP002040935 *

Also Published As

Publication number Publication date
NO302717B1 (en) 1998-04-14
NO893545L (en) 1990-03-07
CA1314632C (en) 1993-03-16
GB8820897D0 (en) 1988-10-05
GB2223842B (en) 1993-02-03
GB2223842A (en) 1990-04-18
NO893545D0 (en) 1989-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL8902196A (en) AUTOMATED METHOD FOR IDENTIFYING MINERALS AND CHARACTERIZING STONES.
CN110662961B (en) Analysing rock samples
CA1161271A (en) Method and apparatus for measuring mean cell volume of red blood cells
EP2546638B1 (en) Clustering of multi-modal data
Randle Electron backscatter diffraction: Strategies for reliable data acquisition and processing
AU2012201146A1 (en) Method of material analysis by means of a focused electron beam using characteristic X-rays and back-scattered electrons and the equipment to perform it
JP3581149B2 (en) Method and apparatus for identifying an object using a regular sequence of boundary pixel parameters
CA2850799A1 (en) Dual image method and system for generating a multi-dimensional image of a sample
AU599851B2 (en) Process and system for digital analysis of images applied to stratigraphic data
JP6769402B2 (en) Electron microanalyzer and data processing program
EP2835817B1 (en) Method for semi-automated particle analysis using a charged particle beam
Köse et al. Statistical methods for segmentation and quantification of minerals in ore microscopy
JP2010060389A (en) Particle analyzer, data analyzer, x-ray analyzer, particle analysis method and computer program
Camalan et al. Assessment of chromite liberation spectrum on microscopic images by means of a supervised image classification
Chopard et al. Automated sulfides quantification by multispectral optical microscopy
RP et al. An effective SEM-based image analysis system for quantitative mineralogy
Leroy et al. Optical analysis of particle size and chromite liberation from pulp samples of a UG2 ore regrinding circuit
JP2011038939A (en) Spectrum classification method and apparatus of energy-dispersive x-ray spectroscope
Kursun Particle size and shape characteristics of kemerburgaz quartz sands obtained by sieving, laser diffraction, and digital image processing methods
CZ309309B6 (en) A method of analyzing materials by a focused electron beam using characteristic X-rays and back-reflected electrons and the equipment for this
Howard et al. Characterisation of gold ores by X-ray computed tomography–Part 1: Software for calibration and quantification of mineralogical phases
Boulyga et al. Automation system for optical counting of nuclear tracks
US20230143112A1 (en) Method and system for analytical X-ray calibration, reconstruction and indexing using simulation
Fens et al. Automated mineral identification of sandstone samples using SEM/image analysis techniques
Madiba et al. Procedure for quantitative evaluation of mineral liberation

Legal Events

Date Code Title Description
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed