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

摘要

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).%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).