Pomiar zawartości i ładunku pakietów illitu i smektytu w skałach klastycznych z etapu wczesnej diagenezy: przykład z zapadliska przedkarpackiego

Liczne własności petrofizyczne i parametry geofizyczne skał klastycznych kontrolowane są w znacznej mierze przez zawartość i własności illitu i smektytu. Zależność ta wynika głównie z dwóch czynników: dużej zawartości illitu i smektytu w skałach klastycznych oraz bardzo dużej, w porównaniu z innymi minerałami, powierzchni właściwej (TSSA), obdarzonej ładunkiem ujemnym i pokrytej przez kationy wymienne i cząsteczki wody. W pierwszym przybliżeniu można przyjąć, że TSSA i pojemność wymiany jonowej (CEC) skał klastycznych równa jest TSSA i CEC ich frakcji illitowo-smektytowej. TSSA i CEC są wartościami powiązanymi przez QS, czyli gęstość ładunku pakietów smektytowych, bowiem CEC jest miarą sumy ładunków elektrycznych na TSSA. Z powyższych względów precyzyjny pomiar zawartości i ładunku pakietów illitu i smektytu jest istotnym etapem mineralogicznej kalibracji sondowań geofizycznych. Metodyka takich pomiarów została wypracowana przy okazji badań mineralogicznych skał klastycznych Zapadliska Przedkarpackiego z otworów naftowych w rejonie Jasionki, Chałupek Dębniańskich i Dzikowa. Dla ponad stu prób, reprezentujących wszystkie litologie (łupki, piaskowce i skały węglanowe) pomierzono rentgenograficznie ilościowy skład mineralny, skład chemiczny, CEC oraz sorpcję wody i odczynnika organicznego EGME, stosowanego standardowo w oznaczeniach TSSA. Metoda rentgenograficzna pozwala na wyliczenie zawartości frakcji illitowo-smektytowej w skale. Liczba ta obejmuje wszystkie minerały dioktaedryczne typu 2:1, identyfikowane różnymi metodami jako smektyt, illit/smektyt, illit, glaukonit i muskowit. Większość z tych składników wykazuje w jakimś stopniu charakterystykę smektytową (otwarte przestrzenie międzypakietowe z kationami wymiennymi i wodą) oraz illitową (zamknięte przestrzenie międzypakietowe z potasem), jednak odrębne ilościowe oznaczenie tak rozumianej frakcji illitowej i smektytowej nie jest możliwe metodą rentgenograficzną. Frakcję illitową oszacowano na podstawie zawartości K2O w skale i pomierzonej rentgenograficznie zawartości skalenia potasowego. Przyjęto, że skaleń potasowy zawiera 10% podstawień Na za K, zgodnie z wynikami szacowania przy pomocy programu BESTMIN. Wyliczenia dokonano zakładając zgodnie z najnowszymi szacunkami (Środoń i in., w przygotowaniu), że pakiety illitowe zawierają w przestrzeni międzypakietowej niemal tyle samo potasu, co miki (0,95/O10(OH)2). Frakcję smektytową oszacowano z pomiarów EGME posługując się retencją EGME czystego wzorca smektytowego oraz niezależnie z pomiarów CEC, zakładając gęstość ładunku pa kietów smektytowych identyczną do pomierzonej w czystych illitach—smektytach (0,41/O10(OH)2; Środoń i in., w przygotowaniu). Oba szacunki dały bardzo zbliżone wyniki. Uzyskano też dobrą zgodność tak pomierzonej sumy illitu i smektytu z zupełnie niezależnym pomiarem rentgenograficznym. Stwierdzono, że zawartość smektytu we frakcji illitowo-smektytowej jest zmienna i spada z 50% w łupkach do 30% w piaskowcach.

---

Precise measurement of the content and the layer charge of illite and smectite is an important aspect of mineralogical calibration of geophysical well logs. A technique of such measurements was elaborated during mineralogical studies of the Miocene clastic rocks from the Carpathian Foredeep (wells Jasionka, Chałupki and Dzików). XRD, chemical, CEC, H2O, and EGME sorption data were obtained for over 100 samples of sandstones, shales and carbonates. The sum of illite+smectite, comprising all minerals detectable by various techniques (smectite, illite/smectite, illite, glauconite i muscovite) was measured by XRD. The illitic component was evaluated separately from K20, using known content of K-feldspar in the rock, known K20 content o K-feldspar and known K20 content of illite (Środoń et al., in preparation). The smectitic component was estimated from EGME retention using the reference data for a smectite standard, and from CEC assuming the layer charge of 0.41/O10(OH)2 (Środoń et al., in preparation). All these measurements produced very consistent results.