CLSM (Spektrale Fluoreszenz) zur Reifeableitung in marinen Tonsteinen

Land / Region: Deutschland / Ausgewählte Regionen

Projektanfang: 01.03.2020

Projektende: 01.03.2024

Projektstand: 01.03.2021

CLSM Aufnahme von Tasmanites (fossile, einzellige Alge). Punktförmige Öffnungen im Mikrometerbereich mit maximaler Emissionsintensität an den Rändern Quelle: BGR

In vitrinitarmen oder -freien Sedimenten kann das normierte Standardverfahren zur Durchführung von Reflexionsmessungen an Vitriniten nach DIN 22020-5 (2005) nur eingeschränkt zur Bestimmung der thermischen Reife eingesetzt werden. Vitrinite sind lichtmikroskopisch erfassbare Einzelbestandteile des fossilen, pflanzlichen Ausgangsmaterials (humose Stoffe), die durch biochemische und geochemische Umwandlungsprozesse infolge von Absenkungen der Ablagerungsräume entstanden sind und der sogenannten Vitrinit-Maceral-Gruppe angehören. Neben der Vitrinit-Maceral-Gruppe werden lichtmikroskopisch auch Macerale der Inertinit und Liptinit-Gruppe in vitrinitarmen oder -freien Sedimenten beobachtet.
Im Rahmen dieses Projektes sollen u.a. Reifeinformationen in Mazeralen der Liptinit-Gruppe anhand verschiedener spektraler Fluoreszenzparameter abgeleitet werden. Derartige Reifeinformationen sind für die folgenden BGR-Themenfelder relevant: Energierohstoffe, Endlagerung radioaktiver Abfälle, Nutzung des tieferen Untergrunds, sowie Polargeologie. Die Grundlagen dazu liefern spektrale Fluoreszenzmessungen an unterschiedlichen Maceralen der Liptinit-Gruppe mit Hilfe von konventioneller Auflichtmikroskopie (z.B.: Teichmüller and Durand, 1983; Araujo et al., 2014) und CLSM (Kus et al., 2012; Hackley et al., 2013; Hackley and Kus, 2015; Kus, 2015; Kus et al., 2016). Ein solches CLSM wird in der Organischen Petrographie und Organischen Geochemie seit einigen Jahren betrieben. Mittels der CLSM-basierten Methode werden spektrale fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen an ausgewählten Tonsteinen in Deutschland durchgeführt. Der Vergleich zwischen bestehenden Reflexionsmessungen an Vitriniten und den CLSM-assoziierten spektralen Fluoreszenzparametern in untersuchten Gesteinsproben soll die Übereinstimmung beider Parameter erforschen und eine CLSM-basierte Reifeuntersuchung in vitrinitarmen Tonsteinen ermöglichen.
Mit dem Anstieg der thermischen Reife lassen sich für die Macerale der Liptinit-Gruppe Veränderungen der spektralen Fluoreszenzeigenschaften vom unreifen bis überreifen Stadium der dispersen organischen Substanz erkennen.
Die Entwicklung der CLSM-basierten Methode zur Abschätzung der thermischen Reife in vitrinitarmen Gesteinsproben soll in enger Kooperation mit Petrographen am USGS (USA) und am State Key Laboratory in Guangzhou (China) durchgeführt werden. Darüber hinaus soll die Zusammenarbeit mit dem Internationalen Komitee für Kohle und Organische Petrographie (ICCP) im Bereich der Standardisierung von spektralen Fluoreszenzmessungen weiter fortgeführt werden.

Literatur:

• Araujo, C. V., Borrego, A. G., Cardott, B., das Chagas, R. B. A., Flores, D., Gonçalves, P., et al. (2014). Petrographic maturity parameters of a Devonian shale maturation series, Appalachian Basin, USA. ICCP Thermal Indices Working Group interlaboratory exercise. International Journal of Coal Geology 130, 89-101.
• DIN 22020-5:2005-02, 2005. Rohstoffuntersuchungen im Steinkohlenbergbau - Mikroskopische Untersuchungen an Steinkohle, Koks und Briketts - Teil 5: Reflexionsmessungen an Vitriniten. DIN Deutsches Institut für Normung e.V. Beuth Verlag GmbH, p. 1-21.
• Hackley et al., 2013. Application of excitation-emission fluorescence microscopy to thermal maturity of geological samples. Geological Society of America [abs.], 45(7), p. 650.
• Hackley and Kus, 2015. Thermal maturity of Tasmanites microfossils from confocal laser scanning fluorescence microscopy. Fuel 143, 343-350.
• Kus et al., 2012. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) applied to microstructural analysis of Tasmanites in the Huron Member of the Ohio Shale, Appalachian Basin, USA. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, [abs.], 80, p. 432.
• Kus, J. 2015. Application of confocal laser-scanning microscopy (CLSM) to autofluorescent organic and mineral matter in peat, coals and siliciclastic sedimentary rocks — A qualitative approach. International Journal of Coal Geology 137, 1-18.
• Kus et al. 2016. Solid bitumen, bituminite and thermal maturity of the Upper Jurassic-Lower Cretaceous Chia Gara Formation, Kirkuk Oil Field, Zagros Fold Belt, Kurdistan, Iraq. International Journal of Coal Geology 165, 28-48.
• Teichmüller. M., Durand B., 1983. Fluorescence microscopical rank studies on liptinites and vitrinites in peat and coals, and comparison with results of the Rock-Eval pyrolysis. International Journal of Coal Geology 2, 197-230.