Zastosowanie metody Rietvelda do ilościowego oznaczania składu mineralnego skał łupkowych – implikacje do poszukiwań i eksploatacji niekonwencjonalnych złóż gazu ziemnego (gazu "łupkowego")

• Autorzy: Gąsiński A. , Poszytek A. , Poprawa P.

Warianty tytułu

EN

The use of the Rietveld method for quantitative determination of the mineral composition of shale rock – implications for exploration and production of unconventional natural gas (shale gas)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania nad ilościowym składem mineralnym łupków są prowadzone od ponad 100 lat, a ich wyniki nabrały praktycznego znaczenia w ostatnich latach, gdy skały łupkowe zaczęły być szczegółowo badane pod kątem możliwości pozyskiwania z nich węglowodorów (tzw. niekonwencjonalne złoża ropy naftowej i gazu ziemnego). Skład mineralny łupków jest niezwykle ważnym parametrem, mającym zasadniczy wpływ na szereg właściwości fizycznych i chemicznych skał. Wzajemne proporcje minerałów o różnym składzie chemicznym, wielkościach ziaren, pokroju oraz właściwościach powierzchniowych decydują o porowatości skały, jej przepuszczalności, teksturze, a co za tym idzie – podatności na szczelinowanie i działanie chemiczne roztworów szczelinujących na skały. W pracy przedstawiono wyniki badań składu ilościowego utworów sylursko-ordowickich z basenu bałtyckiego (północna Polska). W badaniach wykorzystano obserwacje mikroskopowe oraz proszkowe badania rentgenodyfrakcyjne, uzupełnione o ilościową analizę Rietvelda. Badania potwierdziły, że analiza Rietvelda może być skuteczną metodą określania ilościowego składu mineralnego badanych próbek. Dodatkowym atutem tej metody jest krótki czas rejestracji i opracowania wyników (w odróżnieniu od innych dostępnych analiz rentgenodyfrakcyjnych).

EN

Studies on the quantitative mineral composition of shales are being carried out for more than 100 years. The results have taken practical importance in recent years, when the shale rocks began to be examined in detail as a possible source of hydrocarbons (unconventional oil and gas). The mineral composition of shales is a very important parameter which has a significant impact on a number of physical and chemical properties of rocks. The relative proportions of minerals and different chemical composition, particle sizes, and surface properties determine the porosity and permeability of the rock, and thus its susceptibility to fracturing. This paper presents the results of the quantitative composition of Sylurian-Ordovician shales from the Baltic Basin (Northern Poland). The study used microscopic observations and X-Ray Powder Diffraction (XRD), supplemented with quantitative Rietveld analysis. Studies have confirmed that a Rietveld analysis can be an effective method for the quantitative determination of the mineral composition of the samples. Another advantage of this method is the short time recording and processing of the results (as opposed to other available XRD methods).

Słowa kluczowe

PL

skład mineralny; gaz łupkowy; skały łupkowe; analiza ilościowa; metoda Rietvelda; badania mineralogiczne

EN

mineral composition; shale gas; shale rocks; quantitative analysis; Rietveld method; mineralogical research

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 69, nr 3
• Strony: 213--219
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il.

Twórcy

autor

Gąsiński A.

• Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa

autor

Poszytek A.

• Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, Warszawa

autor

Poprawa P.

• Instytut Studiów Energetycznych, Warszawa

Bibliografia

• [1] Bish D. L., Post J. E.: Quantitative mineralogical analysis using the Rietveld full-pattern fitting method. „American Mineralogist” 1993, vol. 78, s. 932–940.
• [2] Blanc P., Legendre O., Gaucher E.C.: Estimate of clay minerals amounts from XRD pattern modeling: The Arquant model. „Physics and Chemistry of the Earth” 2007, vol. 32, s. 135–144.
• [3] Dermatas D., Dadachov M. S.: Rietveld quantification of montmorillonites in lead-contaminated soils. „Applied Clay Science” 2003, vol. 23, s. 245– 255.
• [4] Hiller S.: Accurate quantitative analysis of clay and other minerals in sandstones by XRD: comparison of a Rietveld and a reference intensity ratio (RIR) method and the importance of sample preparation. „Clay Minerals” 2000, vol. 35, s. 291–302.
• [5] Kahle M., Kleber M., Jahn R.: Review of XRD-based quantitative analyses of clay minerals in soils: the suitability of mineral intensity factors. „Geoderma” 2002, vol. 109, s. 191–205.
• [6] Mahieux P.-Y., Aubert J.-E., Cyr M., Coutand M., Husson B.: Quantitative mineralogical composition of complex mineral wastes – Contribution of the Rietveld method. „Waste Management” 2010, vol. 30, s. 378–388.
• [7] Modliński Z. (red. nauk.): Słupsk IG 1. „Profile głębokich otworów wiertniczych” 2007, z. 116.
• [8] Modliński Z. (red. nauk.): Darżlubie IG 1. „Profile głębokich otworów wiertniczych” 2011, z. 128.
• [9] Oerter E.J., Brimhall G.H., Redmond J., Walker B.: A method for quantitative pyrite abundance in mine rock piles by powder X-ray diffraction and Rietveld refinement. „Applied Geochemistry” 2007, vol. 22, s. 2907–2925.
• [10] Ouhadi V. R., Yong R. N.: Impact of clay microstructure and mass absorption coefficient on the quantitative mineral identification by XRD analysis. „Applied Clay Science” 2003, vol. 23, s. 141–148.
• [11] Petrick K., Diedel R., Peuker M., Kuch P., Kaden R., Krolla-Sidenstein P., Schuhmann R., Emmerich K.: Character and amount of I-S mixed-layer minerals and physical-chemical parameters of two ceramic clays from Westerwald, Germany: Implications for processing properties. „Clays and Clay Minerals” 2011, vol. 59, s. 58–74.
• [12] Poprawa P.: Potencjał występowania złóż gazu ziemnego w łupkach dolnego paleozoiku w basenie bałtyckim i lubelsko-podlaskim. „Przegląd Geologiczny” 2010, vol. 58, s. 226–249.
• [13] Poprawa P.: System węglowodorowy z gazem ziemnym w łupkach – północnoamerykańskie doświadczenia i europejskie perspektywy. „Przegląd Geologiczny” 2010, vol. 58, s. 216–225.
• [14] Rodriguez-Carvajal J.: Recent Advances in Magnetic Structure Determination by Neutron Powder Diffraction. „Physica B” 1993, vol. 192, s. 55–69.
• [15] Ruan C.-R., Ward C. R.: Quantitative X-ray powder diffraction analysis of clay minerals in Australian coals using Rietveld methods. „Applied Clay Science” 2002, vol. 21, s. 227–240.
• [16] Sitepu H., O’Connor B. H., Li D. Y.: Deriving the bulk modulus of a single-phase powder from the March preferred orientation parameter. „Physica B” 2004, vol. 350, s. 577–580.
• [17] Środoń J., Drits V. A., McCarty D. K., Hsieh J. C. C., Eberl D.: Quantitative X-Ray diffraction analysis of clay-bearing rocks from random preparations. „Clays and Clay Minerals” 2001, vol. 49, s. 514–528.
• [18] Ufer K., Roth G., Kleeberg R., Stanjek H., Dohrmann R., Bergmann J.: Description of X-ray powder pattern of turbostratically disordered layer structures with a Rietveld compatible approach. „Zeitschrift für Kristallographie” 2004, vol. 219, s. 519–527.
• [19] Ural S.: Quantification of crystalline (mineral) matter in some Turkish coals using interactive Rietveld-based X-ray diffractometry. „International Journal of Coal Geology” 2007, vol. 71, s. 176–184.
• [20] Van Oort E.: On the physical and chemical stability of shales. „Journal of Petroleum Science and Engineering” 2003, vol. 38, s. 213–235.
• [21] Ward C.R., Taylor J.C., Matulis C.E., Dale L. S.: Quantification of mineral matter in the Argonne Premium Coals using interactive Rietveld-based X-ray diffraction. „International Journal of Coal Geology” 2001, vol. 46, s. 67–82.
• [22] Webster J.R., Kight R. P., Winburn R. S., Cool C.A.: Heavy mineral analysis of sandstones by Rietveld analysis. „Advances in X-ray Analysis” 2003, vol. 46, s. 198–203.
• [23] Yaalon D. H.: Mineral composition of the average shale. „Clay Minerals Bulletin” 1962, vol. 5, s. 31–36.
• [24] Zabala S. M., Conconi M. S., Alconada M., Torres SanchezR. M.: The Rietveld method applied to the quantitative mineralogical analysis of some soil samples from Argentina. „Ciencia del Suelo” 2007, vol. 25, s. 65–73.