Elemental Mapping of Marcellus Shale Core Samples Using J200 LIBS Instrument

世界范围内存在许多页岩地层，页岩的微小孔隙中蕴藏着石油和天然气，被认为是天然气储存场所。尽管在过去的两年里，该场所产生的烃急剧增长，储集岩表征仍然在识别实践、在储层中做出工程和生产决策中发挥重要作用。页岩矿物学和地球化学方面的知识可以帮助人们预测潜在的钻井问题，并影响钻井的位置。
测定页岩元素成分非常重要，能帮助人们分析影响油气成藏的岩石性质（孔隙度、渗透率以及特殊矿物存在度）。地层的气体容量与页岩的无机和有机组分有关，因此，可以利用金属和有机材料之间的物理和化学相关性来测定页岩中的天然气含量。近的研究表明，氧化还原敏感痕量金属的丰富度与富含有机物的地层有关。此外，页岩中的C、H元素表明页岩地层中可能存在烃类。对于岩石来说，含有C、H（有机物）越多，产生的天然气就越多。
激光诱导击穿光谱技术（简称LIBS系统）具有理想的分析技术，能够快速分析页岩样品的元素信息。利用LIBS分析页岩核心样品非常有利，因为该系统具有快速原位分析能力，几乎无需制样，且能提供为特定样品进行多元素分析（包括C、H、N、O元素）。目前使用的用于页岩岩心测井、制图的技术不能同时测量上述所有元素，如果利用多种技术来获取元素数据时，分析过程则变得费时费力。此外，LIBS系统能对页岩样品进行表面（空间）和深度分析。

此项研究利用J200激光光谱元素分析仪，对两个从深度为7504英尺和7551英尺的气井中采集的马塞勒斯页岩样品进行分析。并从两个样本中各选取8 mm x 8 mm的区域进行制图。探测到多个元素，如：Al, Ba, C, Ca, Fe, H, K, Mg, Na, O, Si, Sr, 以及Ti元素，针对某些元素收集的LIBS数据可以为各个样品制作2D元素分布图。图1表示扫描区的Al元素典型图。

两个不同深度的马塞勒斯页岩样品中Fe, Mg, Si, Al, 和Ca的LIBS元素图

两种不同深度的马塞勒斯页岩样品中C、H元素的分布和含量比较