A micromechanical investigation of diagenetically-induced changes to the anisotropic elastic properties of calcareous mudstones
A micromechanical investigation of diagenetically-induced changes to the anisotropic elastic properties of calcareous mudstones
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成岩作用引起的钙质泥岩各向异性弹性变化的微观力学研究
DOI：
10.1007/s40948-023-00634-z
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发表时间：
2023
影响因子：
5
通讯作者：
Graham S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Graham S
埋藏过程中发生的微尺度成岩变化对沉积物的弹性和力学性质产生了深远的影响，但却难以量化。这里的重点是成岩作用如何影响富碳酸盐岩泥岩的弹性性质，这是受到广泛的物理和化学变化。气窗（180 C）Eagle福特地层样品的纳米压痕数据给出粘土大小的方解石基质的固有压痕模量为40 -50 GPa，这与有孔虫测试的成岩方解石填充物的60 -77 GPa形成对比，更接近高度结晶方解石的值。基质方解石呈弱各向异性。反分析未成熟（<70 ℃）的富含有机质的白垩，给出了低得多的固有压痕模量为生物方解石，17和30 GPa之间，方解石也更各向异性，值为1.3。成岩作用，其中包括重结晶和孔隙填充胶结作用，在方解石的结果变得弹性更硬，并表现在一个越来越各向同性的方式，与晶粒尺度的研究，使用原子力显微镜。结果表明，纳米压痕可以解决成岩作用的泥岩的机械响应的贡献，并建议内在的结构变化，方解石，除了成岩胶结作用，需要考虑在岩石物理模型的泥丰富的沉积物。
Microscale diagenetic changes that occur during burial exert a profound influence on the elastic and mechanical properties of sediments—but are poorly quantified. The focus here is on how diagenesis influences the elastic properties of carbonate-rich mudstones, which are subject to a wide range of physical and chemical changes. Nanoindentation data for gas-window (180C) Eagle Ford formation samples give intrinsic indentation moduli of the clay-sized calcite matrix of40–50 GPa, which contrasts with60–77 GPa for diagenetic calcite fills of foraminifera tests, closer to values for highly crystalline calcite. The matrix calcite is weakly anisotropic. Inverse analysis of immature (< 70C) organic-rich chalks gives much lower intrinsic indentation moduli for biogenic calcite, between 17 and 30 GPa; the calcite is also more anisotropic, with values of1.3. Diagenesis, which includes recrystallisation and pore-filling cementation, results in calcite becoming elastically stiffer and behaving in an increasingly isotropic manner, in agreement with grain scale studies using atomic force microscopy. The results demonstrate that nanoindentation can resolve diagenetic contributions to the mechanical response of mudstones, and suggest intrinsic structural changes to calcite, in addition to diagenetic cementation, need to be accounted for in rock-physics models of mud-rich sediments.
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