SEM Automated Mineralogy applied for the quantification of mineral and textural sorting in submarine sediment gravity flows

SEM Automated Mineralogy (SEM-AM) is an analytical system based on a scanning electron microscope (SEM) with backscattered electron detector and an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). This automated tool enables to quantify mineralogy, size and geometry of solid matter components. The paper presents a SEM-AM application in detection of mineralogical and textural sediment sorting on the example of a submarine gravity flow record from the Cergowa sandstones (Lower Oligocene) in the Polish Outer Carpathians. Analysis of high quality backscattered electron (BSE) imagery in combination with EDX spectra discriminates mineral phases in polished samples. These data are then processed by the mineral liberation analysis (MLA) software in order to extract size and shape information, and combine, compare and group components for further examination. Automated data extraction provides highly representative measurement statistics devoid of manual work bias. The Cergowa sandstones were prepared for the analysis as non-granular samples in coated thin sections and granular samples in epoxy mounts. The former samples provide mineralogical data whereas the latter additionally generate textural parameters, both essential in interpretation of variability of flow competence. Comparisons between samples from an individual bed and between different beds of the measured sections give insights into the spatial and temporal flow development at a given locality. On the other hand, a comparison of different sections and regions of the formation will provide basis for the reconstruction of submarine flow events throughout the sedimentary basin and contribute to the characterisation of the provenance areas. Highly detailed quantitative data generated by this procedure have great potential in helping to recognise complex relationships between mineralogical and textural sorting by depositional processes.

Zautomatyzowana mineralogia SEM jest analitycznym systemem bazującym na skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM) wyposażonym w detektor elektronów wstecznie rozproszonych oraz spektrometr dyspersji energii (EDX). To zautomatyzowane narzędzie umożliwia kwantyfikację mineralogii, wielkości i geometrii komponentów ciał stałych. W artykule przedstawiono zastosowanie zautomatyzowanej mineralogii SEM w analizie mineralogicznego i teksturalnego sortowania osadów zdeponowanych przez podmorskie spływy grawitacyjne, na przykładzie piaskowców cergowskich (dolny oligocen) z polskich Karpat zewnętrznych. Analiza obrazów wysokiej rozdzielczości, generowanych przez elektrony wstecznie rozproszone (BSE), w połączeniu z zarejestrowanymi widmami EDX, pozwala określić fazy mineralne występujące w badanych próbkach. Te dane są następnie przetwarzane przez oprogramowanie Mineral Liberation Analysis (MLA) w celu ekstrakcji informacji o wielkości i kształcie komponentów, a także łączeniu, porównywaniu i grupowaniu wygenerowanych informacji do dalszych badań. Zautomatyzowana ekstrakcja danych dostarcza wysoce reprezentatywnych statystyk pomiarowych pozbawionych błędu pracy ręcznej. Piaskowce cergowskie zostały przygotowane do analizy jako zgłady w formie płytek cienkich oraz zatopione w żywicy wyseparowane ziarna. Pierwszy rodzaj próbek dostarcza danych o składzie mineralogicznym, natomiast drugi rodzaj dodatkowo pozwala wygenerować parametry teksturalne, oba istotne w interpretacji zmienności kompetencji podmorskich spływów grawitacyjnych. Porównania pomiędzy próbkami z tej samej warstwy oraz z różnych warstw profilu dają wgląd w przestrzenny i czasowy rozwój przepływu w danym miejscu. Natomiast porównanie próbek z różnych profilów i regionów formacji dostarcza informacji do rekonstrukcji podmorskich przepływów grawitacyjnych w basenie sedymentacyjnym i przyczynia się do charakterystyki obszarów proweniencji. Wysoko szczegółowe dane ilościowe generowane w MLA mają duży potencjał w rozpoznaniu złożonych zależności pomiędzy mineralogicznym i teksturalnym sortowaniem przez procesy depozycyjne.