Published April 1, 2024
| Version v1
Publication
Depositional environmental controls on mechanical stratigraphy of Barakar Shales in Rajmahal Basin, India
Creators
- 1. Academy of Scientific and Innovative Research
- 2. Central Institute of Mining and Fuel Research
- 3. Kiel University
- 4. Indian Institute of Technology Bombay
Description
Understanding mechanical behaviour of shale is essential for efficient shale gas extraction, which can vary in different depositional settings. The impact of sedimentary environment on shale characteristics, such as mineralogical composition, total organic carbon content (TOC), and petrophysical properties, has been extensively researched. However, its influence on shale mechanical properties, especially in defining mechanical stratigraphy for targeting specific fracturing intervals, remains less explored. In this study, the influence of depositional environment on the mechanical properties of shale samples from the Rajmahal Basin is evaluated. Tensile strength of the samples was measured by the Brazilian splitting tensile strength and the brittleness index was calculated as a measure of mechanical properties. In addition, inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES), X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), Rock-Eval 6, and X-ray diffraction (XRD) analysis were carried out to assess geochemical characteristics of the samples from different perspectives. The results revealed that such geochemical variations that are generally controlled by the depositional environment, would impact the mechanical properties of the samples. Based on major and trace elements proxies, the depositional environment was determined to be passive continental margin, with hot and humid paleoclimatic conditions and freshwater anoxic settings. Tensile strength and brittleness index of the shale samples was observed to vary between 0.93 and 4.12 MPa and 0.71 to 3.40, respectively, while samples with the TOC exceeding 15 wt% had a strong negative correlation with tensile strength, as reasonably expected, due to weakening impact of the sedimentary organic matter on the shale matrix. Tensile strength and brittleness index correlated positively with clay mineral content, particularly their type, but negatively with the quartz content. Furthermore, samples abundant in biogenic silica exhibited reduced brittleness compared to those with lithogenic silica. Nevertheless, the variation in mechanical properties with burial depth was not substantial, and the examination of stress-strain curves indicated an overall brittle nature of the layer where the samples were retrieved from. Overall, achieving more robust conclusions regarding mechanical stratigraphy within the studied section of the Rajmahal Basin, would necessitate additional vertical sampling.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد فهم السلوك الميكانيكي للصخر الزيتي أمرًا ضروريًا لاستخراج الغاز الصخري بكفاءة، والذي يمكن أن يختلف في الأوضاع الترسيبية المختلفة. تم بحث تأثير البيئة الرسوبية على خصائص الطين الصفحي، مثل التركيب المعدني، والمحتوى الكلي للكربون العضوي (TOC)، والخصائص البتروفيزيائية، على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن تأثيره على الخواص الميكانيكية للطين الصفحي، وخاصة في تحديد الطبقات الميكانيكية لاستهداف فترات تصدع محددة، لا يزال أقل استكشافًا. في هذه الدراسة، يتم تقييم تأثير البيئة الترسيبية على الخواص الميكانيكية لعينات الطين الصفحي من حوض راجماحل. تم قياس مقاومة الشد للعينات من خلال شد الشد البرازيلي وتم حساب مؤشر الهشاشة كمقياس للخصائص الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء التحليل الطيفي للانبعاثات الضوئية للبلازما المقترن حثيًا (ICP - OES)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية (XRF)، وتحليل روك إيفال 6، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) لتقييم الخصائص الجيوكيميائية للعينات من وجهات نظر مختلفة. وكشفت النتائج أن هذه الاختلافات الجيوكيميائية التي تتحكم فيها البيئة الترسيبية بشكل عام، ستؤثر على الخواص الميكانيكية للعينات. بناءً على وكلاء العناصر الرئيسية والنزرة، تم تحديد البيئة الترسيبية على أنها هامش قاري سلبي، مع ظروف مناخية قديمة حارة ورطبة وإعدادات نقص الأكسجين في المياه العذبة. لوحظ أن مؤشر مقاومة الشد والهشاشة لعينات الطين الصفحي يتراوح بين 0.93 و 4.12 ميجا باسكال و 0.71 إلى 3.40، على التوالي، في حين أن العينات التي يتجاوز فيها TOC 15 ٪ بالوزن كان لها ارتباط سلبي قوي مع قوة الشد، كما هو متوقع بشكل معقول، بسبب ضعف تأثير المادة العضوية الرسوبية على مصفوفة الطين الصفحي. يرتبط مؤشر قوة الشد والهشاشة ارتباطًا إيجابيًا بالمحتوى المعدني من الطين، لا سيما نوعه، ولكن سلبًا بمحتوى الكوارتز. علاوة على ذلك، أظهرت العينات الوفيرة في السيليكا الحيوية انخفاضًا في الهشاشة مقارنة بتلك التي تحتوي على السيليكا الحجرية. ومع ذلك، لم يكن التباين في الخواص الميكانيكية مع عمق الدفن كبيرًا، وأشار فحص منحنيات الإجهاد والانفعال إلى طبيعة هشة بشكل عام للطبقة التي تم استرجاع العينات منها. بشكل عام، سيتطلب تحقيق استنتاجات أكثر قوة فيما يتعلق بالطبقات الميكانيكية داخل القسم المدروس من حوض راجماهال أخذ عينات رأسية إضافية.Translated Description (French)
Comprendre le comportement mécanique du schiste est essentiel pour une extraction efficace du gaz de schiste, qui peut varier selon les différents contextes de dépôt. L'impact de l'environnement sédimentaire sur les caractéristiques du schiste, telles que la composition minéralogique, la teneur totale en carbone organique (COT) et les propriétés pétrophysiques, a fait l'objet de recherches approfondies. Cependant, son influence sur les propriétés mécaniques du schiste, en particulier dans la définition de la stratigraphie mécanique pour cibler des intervalles de fracturation spécifiques, reste moins explorée. Dans cette étude, l'influence de l'environnement de dépôt sur les propriétés mécaniques des échantillons de schiste du bassin de Rajmahal est évaluée. La résistance à la traction des échantillons a été mesurée par la résistance à la traction par rupture brésilienne et l'indice de fragilité a été calculé comme une mesure des propriétés mécaniques. En outre, la spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), la spectroscopie de fluorescence des rayons X (XRF), l'analyse Rock-Eval 6 et la diffraction des rayons X (XRD) ont été effectuées pour évaluer les caractéristiques géochimiques des échantillons sous différents angles. Les résultats ont révélé que de telles variations géochimiques qui sont généralement contrôlées par l'environnement de dépôt, auraient un impact sur les propriétés mécaniques des échantillons. Sur la base de proxies d'éléments majeurs et d'éléments traces, l'environnement de dépôt a été déterminé comme étant une marge continentale passive, avec des conditions paléoclimatiques chaudes et humides et des milieux anoxiques d'eau douce. La résistance à la traction et l'indice de fragilité des échantillons de schiste varient entre 0,93 et 4,12 MPa et entre 0,71 et 3,40, respectivement, tandis que les échantillons dont le COT dépassait 15 % en poids présentaient une forte corrélation négative avec la résistance à la traction, comme on pouvait raisonnablement s'y attendre, en raison de l'impact d'affaiblissement de la matière organique sédimentaire sur la matrice de schiste. La résistance à la traction et l'indice de fragilité étaient en corrélation positive avec la teneur en minéraux argileux, en particulier leur type, mais en corrélation négative avec la teneur en quartz. De plus, les échantillons abondants en silice biogénique présentaient une fragilité réduite par rapport à ceux contenant de la silice lithogénique. Néanmoins, la variation des propriétés mécaniques avec la profondeur d'enfouissement n'était pas substantielle, et l'examen des courbes contrainte-déformation a indiqué une nature globalement fragile de la couche où les échantillons ont été prélevés. Dans l'ensemble, l'obtention de conclusions plus solides concernant la stratigraphie mécanique dans la section étudiée du bassin de Rajmahal nécessiterait un échantillonnage vertical supplémentaire.Translated Description (Spanish)
Comprender el comportamiento mecánico del esquisto es esencial para una extracción eficiente de gas de esquisto, que puede variar en diferentes entornos de deposición. Se ha investigado exhaustivamente el impacto del entorno sedimentario en las características del esquisto, como la composición mineralógica, el contenido total de carbono orgánico (COT) y las propiedades petrofísicas. Sin embargo, su influencia en las propiedades mecánicas del esquisto, especialmente en la definición de la estratigrafía mecánica para apuntar a intervalos de fracturación específicos, sigue siendo menos explorada. En este estudio, se evalúa la influencia del entorno de deposición en las propiedades mecánicas de las muestras de esquisto de la cuenca de Rajmahal. La resistencia a la tracción de las muestras se midió mediante la resistencia a la tracción por división brasileña y el índice de fragilidad se calculó como una medida de las propiedades mecánicas. Además, se llevaron a cabo análisis de espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), espectroscopía de fluorescencia de rayos X (XRF), Rock-Eval 6 y difracción de rayos X (XRD) para evaluar las características geoquímicas de las muestras desde diferentes perspectivas. Los resultados revelaron que tales variaciones geoquímicas que generalmente son controladas por el entorno de deposición, afectarían las propiedades mecánicas de las muestras. Con base en proxies de elementos principales y trazas, se determinó que el entorno de deposición era un margen continental pasivo, con condiciones paleoclimáticas cálidas y húmedas y entornos anóxicos de agua dulce. Se observó que la resistencia a la tracción y el índice de fragilidad de las muestras de esquisto variaron entre 0.93 y 4.12 MPa y 0.71 a 3.40, respectivamente, mientras que las muestras con el TOC superior al 15% enpeso tuvieron una fuerte correlación negativa con la resistencia a la tracción, como se esperaba razonablemente, debido al impacto de debilitamiento de la materia orgánica sedimentaria en la matriz de esquisto. La resistencia a la tracción y el índice de fragilidad se correlacionaron positivamente con el contenido mineral de la arcilla, particularmente su tipo, pero negativamente con el contenido de cuarzo. Además, las muestras abundantes en sílice biogénica mostraron una fragilidad reducida en comparación con aquellas con sílice litogénica. Sin embargo, la variación en las propiedades mecánicas con la profundidad del entierro no fue sustancial, y el examen de las curvas de tensión-deformación indicó una naturaleza quebradiza general de la capa de la que se extrajeron las muestras. En general, lograr conclusiones más sólidas con respecto a la estratigrafía mecánica dentro de la sección estudiada de la cuenca de Rajmahal requeriría un muestreo vertical adicional.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الضوابط البيئية الترسيبية على الطبقات الميكانيكية لصخر البركار في حوض راجماهال، الهند
- Translated title (French)
- Contrôles environnementaux de dépôt sur la stratigraphie mécanique des schistes de Barakar dans le bassin de Rajmahal, Inde
- Translated title (Spanish)
- Controles ambientales deposicionales sobre estratigrafía mecánica de Barakar Shales en la cuenca de Rajmahal, India
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392563397
- DOI
- 10.1016/j.coal.2024.104477
References
- https://openalex.org/W1541957006
- https://openalex.org/W1653504510
- https://openalex.org/W1973662203
- https://openalex.org/W1976140801
- https://openalex.org/W1977405422
- https://openalex.org/W1977704119
- https://openalex.org/W1983662630
- https://openalex.org/W1993783239
- https://openalex.org/W1999104180
- https://openalex.org/W2007087536
- https://openalex.org/W2007986887
- https://openalex.org/W2010048122
- https://openalex.org/W2011356054
- https://openalex.org/W2015087433
- https://openalex.org/W2015876559
- https://openalex.org/W2016848487
- https://openalex.org/W2021795348
- https://openalex.org/W2028858250
- https://openalex.org/W2029401070
- https://openalex.org/W2036057044
- https://openalex.org/W2065071979
- https://openalex.org/W2071771565
- https://openalex.org/W2076364740
- https://openalex.org/W2077455999
- https://openalex.org/W2078540824
- https://openalex.org/W2083797973
- https://openalex.org/W2086900437
- https://openalex.org/W2087619324
- https://openalex.org/W2088765570
- https://openalex.org/W2089558518
- https://openalex.org/W2095870938
- https://openalex.org/W2114535562
- https://openalex.org/W2134189468
- https://openalex.org/W2134744054
- https://openalex.org/W2135791232
- https://openalex.org/W2142615381
- https://openalex.org/W2145425869
- https://openalex.org/W2156608310
- https://openalex.org/W2170995602
- https://openalex.org/W2275398817
- https://openalex.org/W2293213129
- https://openalex.org/W2306724485
- https://openalex.org/W2314121170
- https://openalex.org/W2504124475
- https://openalex.org/W2515699246
- https://openalex.org/W2554942105
- https://openalex.org/W2555889613
- https://openalex.org/W2570115779
- https://openalex.org/W2724316396
- https://openalex.org/W2770802605
- https://openalex.org/W2781632276
- https://openalex.org/W2793730309
- https://openalex.org/W2800671484
- https://openalex.org/W2813201281
- https://openalex.org/W2883213688
- https://openalex.org/W2886810038
- https://openalex.org/W2894003906
- https://openalex.org/W2909788501
- https://openalex.org/W2944159430
- https://openalex.org/W2946094950
- https://openalex.org/W2946359115
- https://openalex.org/W2972243042
- https://openalex.org/W3002822343
- https://openalex.org/W3008796749
- https://openalex.org/W3016230607
- https://openalex.org/W3017041086
- https://openalex.org/W3034778124
- https://openalex.org/W3093649430
- https://openalex.org/W3135880125
- https://openalex.org/W3158975883
- https://openalex.org/W3178411010
- https://openalex.org/W3195513471
- https://openalex.org/W3198540420
- https://openalex.org/W3199412137
- https://openalex.org/W4200135684
- https://openalex.org/W4205517777
- https://openalex.org/W4206478914
- https://openalex.org/W4224210531
- https://openalex.org/W4249751050
- https://openalex.org/W4251571590
- https://openalex.org/W4292849316
- https://openalex.org/W4293059870
- https://openalex.org/W4293581994
- https://openalex.org/W4306173919
- https://openalex.org/W4308738139
- https://openalex.org/W4310267243
- https://openalex.org/W4315436660
- https://openalex.org/W4327699851
- https://openalex.org/W4360612569
- https://openalex.org/W4380030294
- https://openalex.org/W4385795301
- https://openalex.org/W4388030190
- https://openalex.org/W594987929
- https://openalex.org/W958492342