Szacowanie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych

• Autorzy: Przelaskowska Anna , Zagórska Urszula , Mroczkowska-Szerszeń Maja , Ziemianin Konrad

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.04.01

Warianty tytułu

EN

Total organic carbon (TOC) quantification based on trace elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wiele pierwiastków śladowych wykazuje związki z materią organiczną TOC. Zależności te pozwalają na wykorzystanie pomiarów składu chemicznego do modelowania zawartości TOC. Celem przedstawionej pracy była ocena możliwości szacowania ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych takich jak: Ni, Cu, Mo, U, V, Zn, Cr, Sr, Pb i Co dla głębokomorskich łupków sylurskich. Przebadano związki korelacyjne pomiędzy poszczególnymi pierwiastkami i zawartością materii organicznej. Następnie utworzono modele pozwalające na wyliczenie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków, dla których zaobserwowano znaczące związki z TOC. Wykorzystano zarówno bardziej dokładne badania składu chemicznego wykonane metodą spektrometrii masowej ICP-MS, jak i pomiary o niższej wykrywalności wykonane przenośnym spektrometrem fluorescencji rentgenowskiej EDXRF. Stwierdzono zależności pomiędzy zawartością pierwiastków śladowych a ilością materii organicznej TOC dla pierwiastków takich jak: V, Cu, U, Ni, Mo, Cr (metoda ICP-MS) oraz V, Cu, Cr i Ni (metoda XRF). Za pomocą metody regresji wielorakiej skonstruowano modele o współczynnikach determinacji R2 od 0,84 do 0,92 (dla metody ICP-MS) i od 0,75 do 0,78 (dla metody XRF) umożliwiające szacowanie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych. Uzyskane modele matematyczne pozwalają na wyliczanie zawartości materii organicznej TOC dla głębokomorskich, bogatych w materię organiczną łupków sylurskich na bazie pomiarów pierwiastków śladowych wykonanych metodą spektrometrii masowej ICP-MS oraz metodą fluorescencji rentgenowskiej XRF. Szczególnie istotna jest możliwość wykorzystania pomiarów przeprowadzonych przenośnym spektrometrem fluorescencji rentgenowskiej. Badania te są szybkie, mogą być prowadzone na próbkach okruchowych w trakcie trwania wiercenia. Modele oparte na wynikach XRF pozwalają więc w szybki sposób modelować zawartość TOC jeszcze w trakcie wiercenia.

EN

Many trace elements are associated with organic matter. The total organic carbon (TOC) content can be thus calculated basing on the chemical composition measurements. The aim of the presented paper was to evaluate the possibility of estimating the organic matter amount on the basis of trace elements such as: Ni, Cu, Mo, U, V, Zn, Cr, Sr, Pb and Co, for Silurian black shales. Correlations between individual elements and total organic carbon were analysed. Next, mathematical models allowing to calculate the amount of organic matter based on the content of elements significantly related to TOC were constructed. Both more accurate chemical composition analyses (ICP-MS mass spectrometry method) and measurements of lower detectability performed with portable X-ray fluorescence spectrometer EDXRF were used. The relationships between the content of trace elements and the total organic carbon content TOC were found for such elements as: V, Cu, U, Ni, Mo, Cr (ICP-MS) and V, Cu , Cr and Ni (XRF). Mathematical models allowing for TOC quantification based on trace elements, characterized by determination coefficients R2 from 0.84 to 0.92 (for ICP MS method) and from 0.75 to 0.78 (for XRF method) were obtained with the use of the multiple regression method. The mathematical models allow to calculate the content of organic matter TOC for Silurian black shales on the basis of trace element data obtained by both mass spectrometry ICP-MS and X-ray fluorescence spectrometry EDXRF. The possibility of using measurements made with a portable X-ray fluorescence spectrometer is particularly important. Such measurements are fast and can be carried out on cuttings during the drilling process. Models based on XRF results therefore allow for quick modelling of the TOC content during the drilling process.

Słowa kluczowe

PL

zawartość materii organicznej (TOC); pierwiastki śladowe; regresja wieloraka; modele matematyczne

EN

total organic carbon (TOC) content; trace elements; multiple regression; mathematical models

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 4
• Strony: 219--226
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Przelaskowska Anna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Zagórska Urszula

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Mroczkowska-Szerszeń Maja

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Ziemianin Konrad

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Algeo T.J., Maynard J.B., 2004. Trace-element behavior and redox facies in core shales of Upper Pennsylvanian Kansas-type cyclothems. Chemical Geology, 206: 289–318. DOI:10.1016/j.chemgeo.2003.12.009.
• Alnahwi A., Loucks R.G., 2019. Mineralogical composition and total organic carbon quantification using X-ray fluorescence data from the Upper Cretaceous Eagle Ford Group in southern Texas. AAPG Bulletin, 103, 2891–2907. DOI:10.1306/04151918090.
• Craigie N., 2018. Principles of Elemental Chemostratigraphy. A Practical User Guide. Wyd. Springer.
• Liu X., Colman S.M., Brown E.T., Minor E.C., Li H., 2013. Estimation of carbonate, total organic carbon, and biogenic silica content by FTIR and XRF techniques in lacustrine sediments. Journal of Paleolimnology, 50: 387–398. DOI: 10.1007/s10933-013-9733-7.
• Marsala A.F., Loermans T., Shen S., Scheibe C., Zereik R., 2011. Real-time mineralogy, lithology and chemostratigraphy while drilling using energy-dispersive x-ray fluorescence. SPE EUROPEC/EAGE Annual Conference and Exhibition, Vienna, Austria, May 23–26, 2011. SPE-143468-MS. DOI: 10.2118/143468-MS.
• Matyasik I. (red.), 2017. Polskie Technologie dla Gazu Łupkowego Blue Gas. Metodologia wyznaczania sweet spotów na podstawie własności geochemicznych, petrofizycznych, geomechanicznych w oparciu o korelację wyników badań laboratoryjnych z pomiarami geofizycznymi i model generacyjny 3D. Archiwum Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• Matyasik I., Janiga M., Spunda K., 2020. Ewaluacja sweet spotów w polskich formacjach łupkowych w odniesieniu do wybranych parametrów geochemicznych. Nafta-Gaz, 2: 76–90. DOI: 10.18668/NG.2020.02.02.
• Matyasik I., Kierat M., Brzuszek P., Bieleń W., 2016. Ocena zdolności skał paleozoicznych do generowania określonego typu węglowodorów na podstawie wyników badań geochemicznych uzyskanych w ramach realizacji projektu Blue Gas. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, wyd. konferencyjne, 209: 443–447.
• Morse J.W., Luther III G.W., 1999. Chemical influences on trace metal-sulfide interactions in anoxic sediments. Geochim. Cosmochim. Acta, 63: 3373–3378. DOI: 10.1016/S0016-7037(99)00258-6.
• Pailler D., Bard E., Rostek F., Zheng Y., Mortlock R., van Geen A., 2002. Burial of redox-sensitive metals and organic matter in the equatorial Indian Ocean linked to precession. Geochim. Cosmochim. Acta, 66: 849–865. DOI:10.1016/S0016-7037(01)00817-1.
• Saez A., Valero-Garcés B.L., Giralt S., Moreno A., Bao R., Pueyo J.J., Hernández A., Casas D., 2009. Glacial to Holocene climate changes in Easter Island (SE Pacific, 27S). Quaternary Science Reviews, 28: 2743–2759. DOI: 10.1016/j.quascirev.2009.06.018.
• Skupio R., 2014. Wykorzystanie przenośnego spektrometru XRF do pomiarów składu chemicznego skał. Nafta-Gaz, 11: 771–777.
• Skupio R., Zagórska U., Kowalska S., 2020. Kalibracja wyników analiz chemicznych piaskowców czerwonego spągowca wykonanych przenośnym spektrometrem XRF. Nafta-Gaz, 1: 12–17. DOI: 18668/NG.2020.01.02.
• Tribovillard N., Algeo T.J., Lyons T., Riboulleau A., 2006. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies: An update. Chemical Geology, 232: 12–32. DOI:10.1016/j.chemgeo.2006.02.012.
• Tyson R.V., Pearson T.H., 1991. Modern and ancient continental shelf anoxia: an overview. [W:] Tyson R.V., Pearson T.H. (eds.). Modern and ancient continental shelf anoxia. Geol. Soc. Spec. Publ., 58: 1–26. DOI: 10.1144/GSL.SP.1991.058.01.01.

Uwagi

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