Zastosowanie analizy planimetrycznej w badaniach geologicznych – eksperymenty i spostrzeżenia

• Autorzy: Ziemianin Konrad

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.08.01

Warianty tytułu

EN

Application of planimetric analysis in geological research – experiments and observations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analiza planimetryczna jest dobrze znaną i powszechnie stosowaną metodą służącą do określania udziału danego składnika na obszarze analizowanej powierzchni preparatu. W geologii wykorzystuje się ją do ustalenia zarówno składu mineralnego, jak i macerałowego, a otrzymane wyniki są pomocne w rozwiązywaniu szerokiego spektrum problemów badawczych. Celem niniejszej pracy było sprawdzenie, w jaki sposób uzyskany wynik analizy planimetrycznej zależy od przyjętej gęstości siatki pomiarowej, co pozwoli na jej dostosowanie do konkretnych sytuacji spotykanych w próbkach geologicznych i na optymalizację stosunku dokładności wyniku do czasu analizy. Badania podzielono na dwa etapy – w pierwszym pracowano na modelach, w drugim oparto się na próbkach. W etapie pierwszym stworzono wirtualną sieć punktów pomiarowych o wymiarach 100 na 100 punktów, co łącznie dawało 10 000 punktów. Po stworzeniu modelu siatki pomiarowej ustalono 102 scenariusze, różniące się zawartością składnika A, poddawanego analizie. Była to zawartość na poziomie 0,1%, 0,5% oraz od 1% do 100%. W każdym z przyjętych scenariuszy przeprowadzono 100 losowań, tak aby układ punktów na siatce pomiarowej odpowiadający składnikowi A był przypadkowy. Następnie stopniowo zmniejszano liczbę punktów pomiarowych z pierwotnych 10 000 do 100 i każdorazowo obliczano zmodyfikowany udział składnika A. Uzyskane wartości średniego udziału składnika A w większości przypadków jedynie nieznacznie różniły się od pierwotnie założonego udziału, czego nie można powiedzieć o wartościach minimalnych i maksymalnych – tu obserwowano zmienność w szerszym przedziale. W etapie drugim wykorzystano 3 fragmenty węgla o różnym stopniu skomplikowania składu macerałowego, na które narzucono siatkę pomiarową o wymiarach 100 na 100 punktów. Pierwotną gęstość siatki stopniowo zmniejszano (do 144 punktów) i każdorazowo obliczano skład macerałowy. Wyniki uzyskane zarówno z modeli, jak też z próbek wskazują na wyraźny trend zmniejszenia dokładności wraz ze zmniejszeniem gęstości punktów pomiarowych. Uzyskane wyniki przeanalizowano również pod kątem ustalonych kryteriów akceptacji, za które przyjęto zawartość składnika różniącą się od jego udziału opartego na siatce 10 000 punktów o maksymalnie 5%, 10% lub 30% wartości oryginalnej. Wydaje się, że analiza związku pomiędzy dokładnością otrzymanego wyniku a czasem przeprowadzenia analizy wskazuje, że wybór siatki pomiarowej opartej na 500 punktach jest optymalny.

EN

Planimetric analysis is a well-known and commonly used method for determining the content of a given component in the area of the analyzed surface. In geology, it is used to determine both the mineral and maceral composition, and its results are helpful in solving a wide range of research problems. The aim of this study was to investigate the relationships between the obtained results of planimetric analysis and the density of the measurement grids, which can be adapted to specific situations in geological samples in order to optimize the ratio of the accuracy of the result to the time of analysis. The research was divided into two stages. Models were used in the first stage, while in the second, coal samples were investigated. In the first stage, a virtual grid of measurement points with dimensions of 100 by 100 points was created, which gave a total of 10 000 points. After creating the measurement grid model, 102 scenarios were established, differing in the content of the analyzed component A (0.1%, 0.5% and from 1 to 100%). In each of the adopted scenarios, 100 combinations were carried out so that the arrangement of points on the measurement grid corresponding to component A was random. Then, the number of measuring points was reduced several times from the original 10 000 to 100 and each time content of component A was calculated. The obtained average component A content in most cases turned out to be only slightly different from the original, which cannot be stated in the case of both minimum and maximum values – here a wider range of results is observed. In the second stage, 3 coal samples of varying maceral composition complexity were investigated and a measurement grid of 100 by 100 points was used. The original grid density was gradually reduced (down to 144 points) and maceral composition was calculated each time. Results obtained from models as well as from samples show a clear trend of decreasing accuracy with decreasing density of the measuring grid. The obtained results were also analyzed in terms of the established acceptance criteria for which the content of the component was assumed to be different from its content based on a grid of 10 000 points by up to 5%, 10% or 30% of the original value. The analysis of the relationship between the accuracy of the obtained results and the time of conducting the analysis seems to indicate that the choice of the measurement grid based on 500 points is optimal.

Słowa kluczowe

PL

analiza planimetryczna; modele; węgiel; macerały

EN

planimetric analysis; models; coal; macerals

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 8
• Strony: 499--511
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Ziemianin Konrad

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Ayinlaa H.A., Abdullah W.H., Makeen Y.M., Abubakar M.B., Jauro A., Yandoka B.M.S., Abidin N.S.Z., 2017. Petrographic and geochemical characterization of the Upper Cretaceous coal and mudstones of Gombe Formation, Gongola sub-basin, northern Benue trough Nigeria: Implication for organic matter preservation, paleodepositional environment and tectonic settings. International Journal of Coal Geology, 180: 67–82. DOI: 10.1016/j.coal.2017.06.010.
• Bechtel A., Reischenbacher D., Sachsenhofer R.F., Gratzer R., Lücke A., Püttmann W., 2007. Relations of petrographical and geochemical parameters in the middle Miocene Lavanttal lignite (Austria). International Journal of Coal Geology, 70: 325–349. DOI:10.1016/j.coal.2006.07.002.
• Bielowicz B., 2013. Petrographic composition of Polish lignite and its possible use in a fluidized bed gasification process. International Journal of Coal Geology, 116–117: 236–246. DOI: 10.1016/j.coal.2013.07.003.
• Chalmers G.R.L., Bustin R.M., 2017. A multidisciplinary approach in determining the maceral (kerogen type) and mineralogical composition of Upper Cretaceous Eagle Ford Formation: Impact on pore development and pore size distribution. International Journal of Coal Geology, 171: 93–110. DOI: 10.1016/j.coal.2017.01.004.
• Dohnalik M., Ziemianin K., 2020. Charakterystyka utworów czerwonego spągowca w aspekcie badań rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej i mikroskopii optycznej. Nafta-Gaz, 11: 765–773. DOI: 10.18668/NG.2020.11.01. DOI.
• Dwiantoro M., Notosiswoyo S., Anggayana K., Widayat A.H., 2013. Paleoenvironmental Interpretation based on Lithotype and Macerals Variation from Ritan’s Lignite, Upper Kutai Basin, East Kalimantan. Procedia Earth and Planetary Science, 2013: 155–162. DOI:10.1016/j.proeps.2013.01.021.
• Gorbanenko O.O., Ligouis B., 2014. Changes in optical properties of liptinite macerals from early mature to post mature stage in Posidonia Shale (Lower Toarcian, NW Germany). International Journal of Coal Geology, 133: 47–59. DOI: 10.1016/j.coal.2014.09.007.
• Guo Q., Littke R., Sun Y., Zieger L., 2020. Depositional history of low-mature coals from the Puyang Basin, Yunnan Province, China. International Journal of Coal Geology, 221: 103428. DOI: 10.1016/j.coal.2020.103428.
• Gürdal G., Yalçın M.N., 2001. Pore volume and surface area of the Carboniferous coals from the Zonguldak basin (NW Turkey) and their variations with rank and maceral composition. International Journal of Coal Geology, 48: 133–144. DOI: 10.1016/S0166-5162(01)00051-9.
• Hou H., Shao L., Li Y., Li Z., Wang S., Zhang W., Wang X., 2017. Influence of coal petrology on methane adsorption capacity of the Middle Jurassic coal in the Yuqia Coalfield, northern Qaidam Basin, China. Journal of Petroleum Science and Engineering, 149: 218–227. DOI: 10.1016/j.petrol.2016.10.026.
• Hower J.C., Wagner N.J., O’Keefe J.M.K., Drew J.W., Stucker J.D., Richardson A.R., 2012. Maceral types in some Permian southern African coals. International Journal of Coal Geology, 100: 93–107. DOI: 10.1016/j.coal.2012.06.007.
• Izart A., Sachsenhofer R.F., Privalov V.A., Elie M., Panova E.A., Antsiferov V.A., Alsaab D., Rainer T., Sotirov A., Zdravkov A., Zhykalyak M.V., 2006. Stratigraphic distribution of macerals and biomarkers in the Donets Basin: Implications for paleoecology, paleoclimatology and eustacy. International Journal of Coal Geology, 66: 69–107. DOI: 10.1016/j.coal.2005.07.002.
• Kruszewska K.J., 2003. Fluorescing macerals in South African coals. International Journal of Coal Geology, 54: 79–94. DOI:10.1016/S0166-5162(03)00025-9.
• Lei Z., Wenli L., Dongpo M., 2014. Preparation and coking properties of coal maceral concentrates. International Journal of Mining Science and Technology, 24: 93–98. DOI: 10.1016/j.ijmst.2013.12.016.
• Li Y., Cao D., Wu P., Niu X., Zhang Y., 2017. Variation in maceral composition and gas content with vitrinite reflectance in bituminous coal of the eastern Ordos basin, China. Journal of Petroleum Science and Engineering, 149: 114–125. DOI: 10.1016/j.petrol.2016.10.018.
• López-Días V., Urbańczyk J., Blanco C.G., Borrego Á.G., 2016. Maceral composition and molecular markers of two condensed Middle Holocene peat profiles in N Spain. International Journal of Coal Geology, 168: 55–70. DOI: 10.1016/j.coal.2016.09.009.
• Mastalerz M., Schimmelmann A., Lis G.P., Drobniak A., Stankiewicz A., 2012. Influence of maceral composition on geochemical characteristics of immature shale kerogen: Insight from density fraction analysis. International Journal of Coal Geology, 103: 60–69. DOI:10.1016/j.coal.2012.07.011.
• Meher J., Das D., Samal A.K., Misra K.P., 2019. Role of Maceral Composition on the Formulation of Concentrated Coal-Water Slurry Using a Natural Surfactant. Materialstoday: Proceedings, 9: 542–550. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.10.374.
• Pan J., Meng Z., Hou Q., Ju Y., Cao Y., 2013. Coal strength and Young’s modulus related to coal rank, compressional velocity and maceral composition. Journal of Structural Geology, 54: 129–135. DOI: 10.1016/j.jsg.2013.07.008.
• Rimmer S.M., Rowe H.D., Taulbee D.N., Hower J.C., 2006. Influence of maceral content on δ13C and δ15N in a Middle Pennsylvanian coal. Chemical Geology, 225: 77–90. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2005.08.012.
• Rojas G., Patricia O., Blandón A., Perea C., Mastalerz M., 2020. Petrographic characterization, variations in chemistry, and paleoenvironmental interpretation of Colombian coals. International Journal of Coal Geology, 227: 103516. DOI: 10.1016/j.coal.2020.103516.
• Ziemianin K., 2020. Characteristics of dispersed organic matter in selected lithostratigraphic divisions within the Skole Unit (Carpathian Mts., SE Poland). Nafta-Gaz, 10: 669–678. DOI: 10.18668/NG.2020.10.01.
• Životić D., Stojanović K., Gržetić I., Jovančićević B., Cvetković O., Šajnović A., Simić V., Stojaković R., Scheeder G., 2013. Petrological and geochemical composition of lignite from the D field, Kolubara basin (Serbia). International Journal of Coal Geology, 111: 5–22. DOI: 10.1016/j.coal.2012.10.014.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ASTM D2799-13 Standard Test Method for Microscopical Determination of the Maceral Composition of Coal.
• ASTM E562-19 Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).