Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zastosowanie metod statystycznych do określenia związków pomiędzy minerałami a pierwiastkami jako wprowadzenie do analizy chemostratygraficznej

Przelaskowska Anna, Zagórska Urszula

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 4

191--201

PL

Chemostratygrafia to technika korelacji oparta na danych geochemii nieorganicznej. Polega na dobraniu odpowiednich wskaźników korelacyjnych (pierwiastków / stosunków pierwiastków) pozwalających na wyodrębnienie charakterystycznych poziomów chemostratygraficznych w profilu otworu. Dla prawidłowego doboru wskaźników chemostratygraficznych niezbędne jest ustalenie związków między minerałami a pierwiastkami, ponieważ wiele pierwiastków może wchodzić w skład różnych minerałów. Celem pracy było zastosowanie analizy statystycznej do scharakteryzowania związków między minerałami a pierwiastkami dla próbek piaskowców czerwonego spągowca. W pracy wykorzystano takie metody jak: analiza korelacyjna oparta na interpretacji macierzy korelacji (CC) i wykresach korelacyjnych oraz analiza głównych składowych (PCA). PCA służy do redukcji liczby zmiennych opisujących zjawiska oraz do odkrycia prawidłowości między zmiennymi. Uzyskane wyniki pozwoliły na wyróżnienie kilku grup pierwiastków wzajemnie ze sobą powiązanych, kumulujących się w podobnych minerałach. Wyodrębniono szereg grup związanych z różnymi minerałami, między innymi z minerałami ciężkimi, minerałami ilastymi i dodatkami z płuczki. Pierwiastki ziem rzadkich (REE) rozdzieliły się na dwie grupy: lekkie ziemie rzadkie (LREE) i ciężkie ziemie rzadkie (HREE), co świadczy o tym, że mogą być związane z nieco innymi asocjacjami minerałów ciężkich. Analiza korelacyjna potwierdziła wnioski uzyskane na podstawie analizy PCA, jak również pozwoliła na uszczegółowienie niektórych zależności. Podsumowując, w ramach pracy scharakteryzowano związki pomiędzy pierwiastkami a minerałami w profilu otworu Pł 3. Zaprezentowano właściwy sposób analizy danych geochemicznych, który jest podstawą budowania podziału chemostratygraficznego.

EN

Chemostratigraphy is a correlation technique based on inorganic geochemistry data. It involves the selection of appropriate correlation indices (elements/element ratios) that allow to determine characteristic chemozones in the borehole profile. Determination of element-mineral links is necessary for the correct selection of chemostratigraphic indices, as many elements can be part of different minerals. The purpose of this study was to apply statistical analysis to characterize the relationships between minerals and elements for Rotliegend sandstone samples. The following methods were used in the study: correlation analysis based on interpretation of correlation matrix (CC), correlation plots and principal component analysis (PCA). Principal component analysis (PCA) is used to reduce the number of variables describing phenomena and to discover regularities between them. The results made it possible to distinguish several groups of elements related to each other, accumulating in similar minerals. A number of groups associated with various minerals were distinguished, including, among others, heavy minerals, clay minerals and mud additives. Rare earth elements (REEs) separated into two groups: light rare earths (LREE) and heavy rare earths (HREE), indicating that they may be associated with slightly different heavy mineral associations. The correlation analysis confirmed the conclusions obtained from the PCA analysis and allowed for a more detailed analysis of some relationships. In conclusion, the paper characterizes the relationships between elements and minerals in the profile of the Pł 3 borehole. The correct method of analysing geochemical data, which is the basis for building a chemostratigraphic division, was presented.

2

Mineralogical characteristics of the heterolithic formations from the Carpathian Foredeep Miocene sediments, south-eastern Poland

Przelaskowska Anna, Zagórska Urszula, Urbaniec Andrzej, Łykowska Grażyna, Klaja Jolanta, Grela Jacek, Kędracka Katarzyna

Geology, Geophysics and Environment

|

2022

|

Vol. 48, no. 3

219--242

EN

Heterolithic complexes from the Carpathian Foredeep are a subject of growing attention as many natural gas accumulations of industrial importance have been discovered in such formations during the last decades. The aim of the presented work was to determine lithotypes of different lithology and mineralogical composition in the heterolithic sequences. Individual lithotypes were distinguished of macroscopic observations of cores, X-ray diffraction analysis (XRD) and X-ray fluorescence method (XRF). Preliminary distinction between the lithotypes was based on macroscopic observations of the core samples. Correlation plots between the contents of particular minerals (XRD analyses) and corresponding elements (XRF analyses) were used for verification of the lithotypes distinguished based on macroscopic observations. Swelling properties of the investigated rocks were determined using the cation exchange capacity (CEC) values. The following lithotypes were identified: medium- to fine-grained sandstones, fine- to very fine-grained sandstones, clayey sandstones, sand-dominated heteroliths, heteroliths with approx. equal proportions of sandstones and mudstones, mud-dominated heteroliths, mudstones, clayey shales. Such division provides a basis for precise petrophysical characterization of the analyzed profiles, that is assignment of particular petrophysical parameters values to individual lithotypes. More reliable petrophysical parameters in the geophysical interpretation of heterolithic sequences allow for a more precise determination of zones characterized by good reservoir parameters.

3

Szacowanie ilości materii organicznej na podstawie zawartości pierwiastków śladowych

Przelaskowska Anna, Zagórska Urszula, Mroczkowska-Szerszeń Maja, Ziemianin Konrad

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 4

219--226

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.

4

Crystallization of simonkolleite (Zn5Cl2(OH)8 · H2O) in powder samples prepared for mineral composition analysis by quantitative X-ray diffraction (QXRD)

Zagórska Urszula, Kowalska Sylwia

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 5

293--298

EN

The analysis of mineralogical composition by quantitative X-ray diffraction (QXRD) is one of the standard research methods used in hydrocarbon exploration. In order to improve it and to obtain better results, the methodology of quantitative analysis used at Well Logging Department is being periodically (more or less) modified. After the introduction of the improvements, comparative analyses were performed on archival samples. Reflections from an unidentified phase which did not occur in the tested Rotliegend sandstone samples were noticed on X-ray diffractograms of archival samples. Reflections of a mineral called simonkolleite were identified in the X-ray diffraction database. Chemically it is a hydrated zinc chloride of the formula: Zn5Cl2(OH)8  H2O. Analysis of the composition of samples in which simonkolleite crystallised, indicated that the mineral is being formed in the result of the slow reaction of zinc oxide with halite (NaCl) and water vapour. An attempt was made to determine the influence of the presence of this mineral on the results of the quantitative analysis of mineralogical composition. The above methodology was applied on a group of ten samples. The results of the quantitative analysis conducted for archival samples stored with added zincite standard containing simonkolleite and for new, freshly grinded (without artifact) samples were compared. The comparison of the obtained results showed a slight influence of this mineral on the quantitative composition of the remaining components. The difference between the results usually did not exceed the method error. At the same time a significant difference in the calculated content of the internal standard was noted – on average 1% less in archival than in new samples. This shows that the reaction occurring in the archival samples will affect the evaluation of the quality of the obtained quantitative analysis, at the same time excluding the possibility of determining the rock’s amorphous substance content with the internal standard method.

PL

Analiza ilościowa składu mineralogicznego (QXRD) jest jedną z podstawowych analiz mineralogicznych przeprowadzanych w celu rozpoznania skał przewiercanych w czasie poszukiwania złóż węglowodorów. Do metodyki analizy ilościowej stosowanej w Zakładzie Geofizyki Wiertniczej okresowo wprowadzane są (mniejsze lub większe) zmiany mające na celu jej udoskonalenie i uzyskiwanie lepszych rezultatów. Po tego rodzaju zmianach wykonywane są analizy porównawcze na próbkach archiwalnych. W trakcie przeprowadzania takiej serii analiz próbek archiwalnych – na dyfraktogramach rentgenowskich zauważono refleksy od niezidentyfikowanej fazy, która nie występowała w badanych próbkach czerwonego spągowca. Po przeszukaniu bazy danych dyfrakcji rentgenowskiej zidentyfikowano refleksy minerału o nazwie simonkolleit. Chemicznie jest to uwodniony chlorek cynku o wzorze Zn5Cl2(OH)8  H2O. Po przeanalizowaniu składu próbek, w których doszło do krystalizacji simonkolleitu, stwierdzono, że powstaje on wskutek powolnej reakcji tlenku cynku z halitem (NaCl) przy obecności pary wodnej. Na grupie 10 próbek wykonano próbę określenia wpływu obecności tego minerału na wyniki analizy ilościowej składu mineralogicznego według stosowanej metodyki. Porównano wyniki analizy ilościowej dla preparatów archiwalnych przechowywanych z dodanym wzorcem, w których występował simonkolleit, oraz dla preparatów nowych po powtórnym zmieleniu nowej porcji próbki (bez artefaktu). Zestawienie uzyskanych wyników pokazało niewielki wpływ obecności tego minerału na ilościowy skład pozostałych składników badanych próbek. Błąd pomiędzy analizami zazwyczaj mieścił się w granicach błędu metody. Jednocześnie zauważono istotną różnicę w obliczonej zawartości wzorca wewnętrznego – średnio o 1% mniej. To pokazuje, że zachodząca reakcja w próbkach archiwalnych będzie wpływała na ocenę jakości uzyskanych wyników analizy ilościowej i jednocześnie wyklucza możliwość określenia metodą wzorca wewnętrznego zawartości substancji amorficznej w skale.

5

Możliwości wykorzystania profili litologicznych opracowywanych na podstawie wyników pomiarów składu chemicznego metodą pXRF na próbkach rdzeniowych i okruchowych

Kubik Benedykt, Kowalska Sylwia, Skupio Rafał, Zagórska Urszula, Wolański Krzysztof

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2020

|

R. 23, Nr 2 (256)

4--8

PL

Określenie profilu litologicznego na podstawie pomiarów geofizycznych składu chemicznego sondami typu GEM lub LithoScaner staje się coraz częściej wykorzystywanym narzędziem interpretacji geofizycznej. Analogiczny do pomiarów GEM profil chemiczny, można uzyskać na podstawie pomiarów wykonywanych przenośnym spektrometrem pXRF. Artykuł przedstawia metodykę określania składu mineralnego przewiercanych skał na podstawie tanich i szybkich pomiarów pXRF, w oparciu o modele łączące wyniki analizy składu chemicznego z wynikami badań składu mineralnego (XRD). Dużą zaletą proponowanej metody jest możliwość jej stosowania na próbkach okruchowych, jak również na archiwalnych rdzeniach. Profile litologiczne wykonywane na podstawie analizy składu chemicznego mogą być również stosowane przy profilowaniu geologicznym, dzięki czemu równolegle z opisem sedymentologicznym możemy śledzić zmiany składu mineralnego analizowanych skał, mogą stanowić podstawę interpretacji w ośrodkach cienkowarstwowych, czy wspomagać sterowanie trajektorią otworów kierunkowych.

EN

Determination of lithological profile on the basis of geophysical measurements of chemical composition with GEM or LithoScaner probes is becoming a more and more frequently used tool for geophysical interpretation. A chemical profile analogous to GEM measurements can be obtained on the basis of measurements performed with a portable pXRF spectrometer. The paper presents a methodology for determining the mineral composition of drilled rocks on the basis of cheap and fast pXRF measurements, based on models combining the results of chemical composition analysis with the results of mineral composition tests (XRD). A great advantage of the proposed method is the possibility to use it on aggregate samples, as well as on archival cores. Lithological profiles made on the basis of chemical composition analysis can also be used in geological profiling, so that parallel to sedimentological description we can track changes in mineral composition of analyzed rocks. They can be the basis for interpretation in thin-layer centers or support trajectory control of directional holes.

6

Kalibracja wyników analiz chemicznych piaskowców czerwonego spągowca wykonanych przenośnym spektrometrem XRF

Skupio Rafał, Zagórska Urszula, Kowalska Sylwia

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 1

12--17

PL

Przenośne spektrometry fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją energii (EDXRF) coraz częściej wykorzystywane są do określania składu chemicznego skał na potrzeby przemysłu naftowego. Wyniki badań pozwalają na wspomaganie interpretacji litologicznej lub jej wykonywanie na podstawie modeli mineralogicznych. W przypadku interpretacji ilościowej opartej na wynikach pomiarów przenośnym aparatem XRF wymagana jest wysoka dokładność analiz. W niniejszej pracy przedstawiono problemy, na które trzeba zwrócić uwagę podczas stosowania założonej metodyki pomiarowej, związane głównie z zaniżonymi wynikami dla pierwiastków lekkich (głównych). Testy przeprowadzono na próbkach sproszkowanych, pobranych z rdzeni wiertniczych uzyskanych podczas realizacji otworu wiertniczego ukierunkowanego na skały czerwonego spągowca. Pomiary wykonano przy użyciu spektrometru XRF S1 TITAN firmy Bruker. Przeprowadzone badania dotyczące kalibracji i wprowadzania poprawek pozwoliły na wyeliminowanie dwóch czynników wpływających na niedokładność analiz. Pierwszy z nich to postępujące zużycie lampy rentgenowskiej, które należy sprawdzać poprzez prowadzenie systematycznych pomiarów wzorca. Drugi dotyczy wpływu zmiany gęstości próbki po zmieleniu, co jest istotne w przypadku pierwiastków lekkich (głównie krzemu i glinu), gdyż powoduje obniżenie bezwzględnych wartości w wynikach pomiarów ręcznym aparatem XRF. Z uwagi na rodzaj analizowanego materiału skalnego skupiono się na kalibracji wyników głównych pierwiastków budujących matryce piaskowców czerwonego spągowca. Przedstawiono możliwość kalibracji wyników bezpośrednio w aparaturze, co skutkuje otrzymywaniem skalibrowanych wyników po każdym pomiarze, jak również kalibrację wyników w pliku zewnętrznym. Stosując kalibrację zewnętrzną, można uniknąć błędów spowodowanych zmianą matrycy skalnej, jednocześnie zapewniając możliwość ponownego przeliczenia wyników. Otrzymane współczynniki kalibracyjne znajdują zastosowanie w przypadku skał czerwonego spągowca i wykorzystanego spektrometru XRF z aktualnym oprogramowaniem i kalibracją GeoChem dostarczoną przez producenta. Zmiana któregoś z czynników wymaga przeprowadzenia ponownych badań i rekalibracji wyników. Modele mineralogiczne przygotowane na podstawie analiz XRF mogą być wykorzystane w przyszłości pod warunkiem stosowania odpowiednich współczynników kalibracyjnych.

EN

Handheld X-ray fluorescence spectrometers with energy dispersion (EDXRF) are increasingly used to determine the chemical composition of rocks for the oil and gas industry. The results of our research allow to create or support the lithological interpretation based on mineralogical models. In the case of quantitative interpretation based on the results of measurements using a handheld XRF device, high accuracy of measurements is required. This paper presents the problems to which attention should be paid when applying the assumed methodology, mainly related to the underestimated percentages for light (main) elements. The tests were carried out on powdered samples of drill cores taken from borehole directed to Rotliegend rocks. The measurements were carried out using Bruker’s XRF S1 TITAN spectrometer. The calibration and correction tests led to the elimination of two factors affecting the inaccuracy of the analyses. The first is the progressive aging of the X-ray tube, which should be checked by conducting systematic measurements of the standard reference material. The second concerns the effect of a change in the density of the sample after grinding, which has a significant impact on light elements (mainly silicon and aluminium), causing a decrease in absolute values in the results of measurements using a handheld XRF device. Due to the type of rock material analysed, the focus was on the calibration of the results of the main elements building the Rotliegend sandstone rock matrix. The paper presents the possibility of calibrating the results directly in the device, which results in obtaining calibrated results after each measurement, as well as calibration of results in an external file. By using external calibration, errors caused by changing the rock matrix can be avoided while ensuring that possibility the results can be recalculated. The resulting calibration coefficients are applicable to the Rotliegend rocks and the XRF spectrometer with current software and GeoChem calibrations provided by Bruker. A change in any of the factors requires re-testing and recalibration of the results. Mineralogical models prepared based on XRF analyses can be used in the future, if those appropriate calibration coefficients are used.

7

Możliwości rozpoznania wybranych cech skał węglanowych na podstawie obrazu tomografii komputerowej (CT) oraz skanera mikroopornościowego (XRMI)

Urbaniec Andrzej, Drabik Katarzyna, Dohnalik Marek, Zagórska Urszula, Kowalska Sylwia

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2019

|

nr 225

1--230

PL

W monografii przedstawiono możliwości wykorzystania metody rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) pod kątem oceny stopnia odzwierciedlenia różnego typu cech skał węglanowych w uzyskanym obrazie tomograficznym. Wspomniana metoda stanowi jedno z bardziej precyzyjnych narzędzi stosowanych do analizowania metrowych odcinków rdzeni wiertniczych, zapewniających jednocześnie nieinwazyjny sposób badania skał i obrazowania ich struktury wewnętrznej. Skały węglanowe stanowią dosyć trudną do interpretacji grupę skał ze względu na swą bardzo dużą, często trudną do przewidzenia, zmienność szeregu cech i parametrów, takich jak: wykształcenie litologiczne, skład mineralny, historia procesów diagenetycznych, zawartość szczątków organicznych, porowatość, przepuszczalność oraz wiele innych. Metodyka tomografii komputerowej, z uwagi na swoją specyfikę określania zróżnicowania gęstościowego ośrodka skalnego, ma teoretycznie duży potencjał uzyskania lepszej rozdzielczości obrazowania niektórych cech, które mogą być niewidoczne bezpośrednio na powierzchni rdzenia (np. ze względu na jednolitą barwę lub stopień przekrystalizowania skały). Efektem pomiarów jest otrzymanie przestrzennego obrazu rdzenia w skali odcieni szarości. Kolory jasne odpowiadają fragmentom rdzenia o wysokiej absorpcji promieniowania X, a ciemne – obszarom o niskiej absorpcji. Na wielkość absorpcji promieniowania rentgenowskiego wpływ ma przede wszystkim gęstość ośrodka skalnego, jak również liczby atomowe pierwiastków wchodzących w skład poszczególnych minerałów. Badania tomograficzne, w celu uzyskania możliwie najbardziej wiarygodnych wyników, wykonano dla 72 interwałów rdzeniowych skał węglanowych o długości około 1 m, pochodzących łącznie z 8 otworów wiertniczych, zlokalizowanych na obszarze przedgórza i brzeżnej części Karpat. Wytypowany materiał rdzeniowy reprezentuje utwory węglanowe różnego wieku, od dewonu po kredę. Interpretację badań tomograficznych porównano ze szczegółową analizą sedymentologiczną wszystkich analizowanych odcinków rdzeni, co dało możliwość bezpośredniego porównania, które z badanych cech i w jakim stopniu ujawniły się w obrazie tomograficznym, a także czy obraz ten jest w stanie uzupełnić lub uszczegółowić wykonane opisy cech makroskopowych skał. Przedstawione informacje mają charakter jakościowy, tj. odnoszący się głównie do cech opisowych analizowanych skał węglanowych. Kolejnym celem niniejszej pracy było wykonanie korelacji głębokościowej obrazu ściany otworu uzyskanego w wyniku pomiaru skanerem elektrycznym XRMI™ firmy Halliburton z obrazem tomograficznym analizowanych interwałów rdzeniowych oraz rozpoznanie możliwości uszczegółowienia interpretacji obrazu mikroopornościowego na podstawie jego porównania z obrazem CT. W rozdziale 2 pracy przedstawiono ogólną charakterystykę pomiaru metodą rentgenowskiej tomografii komputerowej, uwzględniając specyfikę zastosowanego urządzenia pomiarowego. W rozdziale 3 omówiono podstawy teoretyczne pomiaru skanerem elektrycznym (XRMI™) oraz przetwarzania i interpretacji obrazu mikroopornościowego ściany otworu wiertniczego. W rozdziale 4 przedstawiono szczegółową charakterystykę sedymentologiczną i litofacjalną wykonaną na podstawie analizy cech makroskopowych wytypowanych do badań interwałów rdzeniowych. Rozdział 5 zawiera analizę stopnia odzwierciedlenia w zapisie tomograficznym wybranych cech strukturalnych i teksturalnych skał węglanowych, których geneza związana jest najczęściej bezpośrednio z procesem sedymentacji osadów lub też oddziaływaniem procesów diagenetycznych. Spośród różnych przebadanych elementów uwagę zwrócono na: strukturę gruzłową, teksturę biolitytową, teksturę onkolitową, brekcje i zlepieńce węglanowe, spotykane w skałach węglanowych typy warstwowania, szwy stylolitowe oraz efekty dolomityzacji. Rozdział 6 obejmuje analizę możliwości odtworzenia struktur biogenicznych spotykanych najczęściej w skałach węglanowych na podstawie ich zapisu tomograficznego. W ramach tego zagadnienia przebadano cały szereg form zapisu w stanie kopalnym charakterystycznych dla następujących grup organizmów: gąbek krzemionkowych i wapiennych, amfipor, koralowców kolonijnych i osobniczych, serpul, ślimaków, małżów (w tym charakterystycznych grup, takich jak inoceramy, skałotocza i małże z rodzaju Trichites), ramienionogów, liliowców i jeżowców. Ponadto zwrócono również uwagę na obecność bioturbacji. W rozdziale 7 przeanalizowano możliwości obrazowania za pomocą rentgenowskiej tomografii komputerowej różnych typów porowatości, kawernistości, a także szczelinowatości, zwracając uwagę na zróżnicowany stopień zabliźnienia szczelin (szczeliny otwarte i zabliźnione), jak również możliwość ich wypełnienia różnym materiałem mineralnym (np. cementem węglanowym lub anhydrytowym czy też substancją ilastą lub ilasto-marglistą). W rozdziale 8 omówiono wyniki korelacji obrazu tomograficznego rdzeni skał węglanowych z wysokorozdzielczym zapisem sondy XRMI™ na przykładzie czterech wybranych interwałów rdzeniowych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) jest bardzo pomocna przy analizie różnego typu cech sedymentacyjnych i biogenicznych skał węglanowych. Należy podkreślić, że jest to metoda nieinwazyjna, dająca możliwość odtwarzania obrazu tomograficznego w różnych kierunkach bez konieczności mechanicznej ingerencji w materiał skalny, prowadzącej do niszczenia rdzenia. Wykonanie tomografii komputerowej rdzenia przed jego przecięciem i podziałem na część archiwalną i tzw. roboczą może być również bardzo przydatne dla potrzeb jego dokumentacji i archiwizacji, gdyż proces przecięcia rdzenia, a następnie pobór materiału do badań laboratoryjnych niosą ze sobą możliwość utraty niektórych istotnych informacji. Ma to szczególne znaczenie w przypadku skał węglanowych, które ze względu na swoją naturę mogą cechować się bardzo dużą zmiennością (pionową i poziomą) nawet na niewielkim odcinku rdzenia (rzędu kilku centymetrów). Wykonane w odpowiednim czasie badanie tomograficzne pozwala zachować kompletny obraz rdzenia, który może później zostać wykorzystany do różnego rodzaju analiz i interpretacji, jak również reinterpretacji pomiarów geofizycznych (w tym zwłaszcza pomiarów wykonanych skanerem elektrycznym). Do cech strukturalnych i teksturalnych najlepiej odzwierciedlonych w zapisie tomograficznym należały: struktura gruzłowa, różne typy warstwowania, przewarstwienia margliste lub ilasto-margliste, brekcja dolomityczna o teksturze agmatycznej, biolityty koralowcowe charakteryzujące się stosunkowo niewielkimi zmianami diagenetycznymi, szwy stylolitowe, a także efekty procesów selektywnej dolomityzacji. Spośród przebadanych struktur biogenicznych najlepiej odwzorowane w zapisie tomograficznym zostały: koralowce kolonijne, amfipory i kolce jeżowców, a w mniejszym stopniu także gąbki krzemionkowe oraz muszle mięczaków. Analiza różnych przykładów struktur biogenicznych zachowanych w skałach węglanowych wskazała wyraźnie na bardzo istotną rolę zarówno pierwotnego składnika mineralnego budującego elementy szkieletowe, jak też procesów diagenetycznych, mających bezpośredni wpływ na stan zachowania tych elementów. Na podstawie przeanalizowanych materiałów stwierdzono, że porowatość i szczelinowatość są jednymi z najlepiej odwzorowanych w zapisie tomograficznym cech skał węglanowych. W obrazie CT na ogół w bardzo dobrym stopniu czytelne są szczeliny otwarte, szczeliny wypełnione anhydrytem oraz szczeliny wypełnione materiałem ilastomarglistym. Natomiast szczeliny zabliźnione kalcytem rozpoznawalne są w różnym stopniu, w zależności od składu mineralnego tła skalnego. Obraz tomograficzny rdzeni może mieć również duże znaczenie w interpretacji pomiarów geofizycznych, w tym zwłaszcza wykonanych skanerem elektrycznym. Przydatność metody CT jest szczególnie istotna w przypadku odwiertów z zachowanym materiałem rdzeniowym, w których nie wykonano kompletu badań geofizyki otworowej, gdyż umożliwia ona wyliczenie ciągłych profilowań dla niektórych parametrów (takich jak gęstość czy porowatość) wzdłuż przebadanych interwałów rdzeniowych.

EN

The monograph presents the possibilities of using X-ray computed tomography (CT) method to reflect various types of carbonate rock features in an obtained tomographic image. The technique discussed is one of the most accurate methods used in the analysis of drill cores, providing a non-invasive method of studying rocks and imaging their internal structure. Carbonate rocks are a specific group of rocks, very difficult to interpret due to a high variability of a number of parameters, such as: lithology, mineral composition, biogenic structure content, porosity, permeability, and others. The method of X-ray computed tomography (CT) can be very helpful in the analysis of various carbonate rocks features because of it enables density diversification determination of a rock medium. This methodology has a high potential to obtain better resolution with respect to certain features, macroscopically invisible in the core (e.g. due to a homogeneous colour or the effect of recrystallization). The measurements result in obtaining a spatial image of the core in the greyscale. Light colours correspond to the core fragments with a high X-ray absorption, and the dark ones to the areas of low absorption. The amount of X-ray radiation absorption is primarily affected by the density of the rock medium, as well as the atomic number of the elements included in the individual minerals. 72 sections of drill cores, approx. 1m long each, were selected for tomographic examinations to obtain results as reliable as possible. The selected core material represents carbonate formations of various ages (from Devonian to Cretaceous), originating from the boreholes situated in the Carpathian Foreland and Carpathian basement areas. The interpretation of tomographic examinations was connected with a detailed sedimentological analysis of all core sections, allowing to carry out direct comparisons, as to which of the studied features and to what extent were disclosed in the CT images, and also whether this image can supplement or make the prepared descriptions more detailed. The presented information has a qualitative nature, i.e. referring mainly to descriptive features of the analyzed carbonate rocks. Another aim of this work was to compare and refine the interpretation of the borehole micro-imager, obtained as a result of measurements by Halliburton’s XRMI™ electrical scanner, based on its comparison with the tomographic image of the analyzed core intervals. Chapter 2 describes the general characteristic of the X-ray computed tomography method measurement, as well as the specificity of the measuring equipment. Chapter 3 includes the theoretical framework of the measurement principles, image processing and application of X-tended Range Micro Imager (XRMI™) (the wireline borehole imaging tool). Chapter 4 presents detailed sedimentological and lithofacial characterization based on the analysis of macroscopic features of the selected core intervals. Chapter 5 includes the analysis of selected structural and textural features of carbonate rocks in the tomographic imaging. The following features were analyzed: nodular structures, texture of biolithites, oncolithic textures, carbonate breccias and conglomerates, various types of stratification found in carbonate rocks, stylolites, dolomitization effects. Chapter 6 contains the analysis of the biogenic structures, most often found in carbonate rocks, based on their tomographic image. As part of this issue, a number of fossil record forms were studied. They are characteristic of the following groups of organisms: siliceous and calcareous sponges, amphiporas, colonial and individual corals, serpulids (tube-dwelling polychaetes), gastropods, bivalves (including characteristic groups such as inoceramids, boring and nestling bivalves, as well as thick-walled Trichites shells), brachiopods, crinoids and echinoids. In addition, attention was paid to the presence of bioturbations. Chapter 7 presents the possibilities of X-ray computed tomography imaging of various types of porosity, cavernosity and fractures. The open fractures, calcite and anhydrite-filled fractures, as well as fractures filled with clay minerals were analyzed. Chapter 8 includes the correlation possibilities of the carbonate rock cores tomographic images with the high-resolution XRMI™ images on the example of four selected core intervals. The method of X-ray computed tomography (CT) can be very helpful in the analysis of various carbonate rocks features, such as structural and textural features, as well as biogenic structures. The discussed technique, as a non-invasive method, renders a possibility to reflect the CT image in various directions, without the necessity of mechanical interference in the rock material, resulting in the core destruction. Application of the X-ray computed tomography before dividing the core into archive and so-called ‘working’ parts can be very useful for the core documentation and archiving. The tomographic examination, carried out at the appropriate time, allows to preserve a complete image of the core. X-ray computed tomography data can also be used for various analyses and interpretations, including geophysical logs reinterpretation and borehole imaging. The structural and textural features, best reflected in the tomographic record, included: the nodular structures, different types of stratification, the marly or clay-marly interlayers, the dolomitic breccia with agmatitic texture, the coral biolithites which had not changed much as a result of diagenetic processes, the stylolitic seams, as well as the effects of selective dolomitization processes. Among the examined biogenic structures, the following were best represented in the tomographic records: colonial corals, amphiporas and echinoid spines. Siliceous sponges and shells of molluscs were also relatively well reflected. The analysis of various examples of biogenic structures preserved in carbonate rocks clearly indicated the very important role, of both the original mineral component building skeletal elements, as well as diagenetic processes having a direct impact on the state of preservation of these elements. Porosity and fracturing are the best represented features of carbonate rocks in the CT image. Open fractures as well as fractures filled with anhydrite or with clay-marly material are generally well reflected in the CT image. Fractures filled with calcite are variously recognizable, depending on the mineral composition of the rock background. The tomographic imaging of the cores may also be very important in the interpretation of geophysical logs. The usefulness of the CT method is particularly important for wells with preserved core material, in which no complete set of borehole geophysics has been done. Continuous profiles of some parameters (such as density or porosity) along the studied core intervals can be calculated from the tomographic image.

8

Badanie wpływu zawartości minerałów ciężkich na naturalną promieniotwórczość skał miocenu zapadliska przedkarpackiego

Zagórska Urszula, Sikora Aleksandra, Łykowska Grażyna

Nafta-Gaz

|

2019

|

R. 75, nr 2

77--82

PL

W skałach miocenu zapadliska przedkarpackiego zauważono zjawisko zawyżania pomiarów promieniotwórczości naturalnej rejestrowanych w otworze wiertniczym dla mułowców. To zjawisko powoduje problemy w rozróżnianiu na podstawie profilowania naturalnej promieniotwórczości tych skał od iłowców, które charakteryzują się gorszymi parametrami petrofizycznymi. W niniejszej pracy badano kolejne możliwe źródło podwyższonej radioaktywności skał mułowcowych, to jest zawartość minerałów ciężkich, które wykazują tendencję do gromadzenia pierwiastków promieniotwórczych – uranu i toru. Minerały ciężkie, należące do grupy minerałów akcesorycznych, takie jak cyrkon, apatyt, monacyt, rutyl, granat i tytanit, charakteryzują się podwyższoną promieniotwórczością ze względu na podstawienia w sieci krystalicznej U i Th. Na testowych próbkach wykonano pomiar naturalnej promieniotwórczości metodą spektrometrii gamma, przy wykorzystaniu aparatu RT-50 firmy Georadis. Następnie z próbek skał wydzielono minerały ciężkie, przy użyciu cieczy ciężkiej, uprzednio rozdzielając próbki na frakcje ziarnowe, w celu ułatwienia separacji frakcji ciężkiej. Poszczególne frakcje ziarnowe pozbawione minerałów ciężkich złączono z powrotem i wykonano ponowny pomiar zawartości uranu, toru i potasu. Wykonano także obserwacje mikroskopowe w celu jakościowej analizy składu mineralogicznego wydzielonej frakcji ciężkiej. W badanych próbkach zidentyfikowano między innymi ziarna cyrkonu, turmalinu, granatu, rutylu, apatytu, chlorytu czy tytanitu. Przeprowadzone wyniki pomiarów naturalnej promieniotwórczości, przed i po wydzieleniu minerałów ciężkich, nie dają jednoznacznej odpowiedzi na postawiony problem zawyżonych wskazań sondy gamma. Konieczne jest zwiększenie ilości analizowanych próbek. Zaobserwowano trend spadku ilości U i Th w próbkach, z których wydzielono frakcję ciężką. Jednak zmiany promieniotwórczości są na tyle niewielkie, że nie pozwalają na wyciągnięcie ostatecznych wniosków. Dodatkowe analizy są potrzebne, aby ocenić wpływ pozostałych źródeł uranu i toru w badanych skałach, takie jak zawartość materii organicznej czy udział toru we frakcji ilastej.

EN

In the Miocene rocks of the Carpathian Foredeep, the occurrence of overestimating the measurements of natural radioactivity logs for mudstones was noticed. This phenomenon causes problems with recognition on the basis of natural radioactivity profiling of these rocks from claystones, characterized by inferior petrophysical parameters. In this study, another possible source of increased radioactivity of mudstone rocks, i.e. the content of heavy minerals that tend to accumulate radioactive elements - uranium and thorium - was investigated. Heavy minerals, belonging to the accessory minerals, such as zircon, apatite, monazite, rutile, garnet and titanite, are characterized by increased radioactivity due to substitutions of U and Th in the crystal lattice. Natural radioactivity of the test samples was measured using the gamma spectrometry method with the RT-50 device from the Georadis company. The heavy minerals were then removed from the rock samples using a heavy liquid, previously separating the samples into grain fractions to facilitate the separation of the heavy fraction. The individual grain fractions deprived of heavy minerals were put back together and the uranium, thorium (and potassium) content was remeasured. Microscopic observations were also made to qualitatively analyze the mineralogical structure of the separated heavy fraction. In the tested samples, among others: zircon, tourmaline, garnet, rutile, apatite, chlorite or titanite grains were identified. The results of the measurements of natural radioactivity, before and after the separation of heavy minerals, do not give a clear answer to the problem of excessive indications of the gamma logs. It is necessary to increase the number of analyzed samples. The trend of decreasing amounts of U and Th in the samples from which the heavy fraction was isolated was observed. However, changes in radioactivity are so small that they do not allow to draw final conclusions. Additional analyzes are needed to assess the impact of other sources of uranium and thorium in analyzed rocks, such as the content of organic matter or Th content in clays.