近日，中國科學院廣州地球化學研究所研究人員與合作者，研究揭示了原子力顯微鏡（AFM）和納米壓痕結合原位表征及測定頁巖中有機質的力學性質。相關成果發表于《國際煤炭地質學雜志》（International Journal of Coal Geology）。
頁巖中有機質力學性能的精確測定對于頁巖儲層力學性能的預測和表征具有重要意義。由于有機質顆粒在頁巖中一般以微米級且呈分散狀分布，準確評估其實際力學響應具有一定的挑戰性。
該研究在中國科學院戰略性先導科技專項A類的資助下，選取四川盆地五峰組-龍馬溪組的頁巖樣品，提出了一種基于AFM與光學顯微鏡結合的方法，用于定位頁巖中的有機質，并通過AFM來可視化和量化其楊氏模量。通過對比分析AFM與傳統納米壓痕技術在測定頁巖中有機質力學性能方面的優劣，表明原位納米壓痕和原位AFM測試相結合能更準確地表征頁巖中有機質的力學性能。
相同熱成熟度下，頁巖中筆石的楊氏模量和硬度略大于頁巖中固體瀝青的力學參數值。原位AFM和原位納米壓痕的結果均表明，隨著成熟度的增加，有機質的力學參數也隨之增加。總體而言，兩種技術相結合的方法在頁巖有機質力學性質的精確表征顯示出巨大的潛力。
上述實驗提出了精確表征頁巖中有機質力學性質的方法，對于促進準確建立相應巖石力學模型，預測頁巖的宏觀力學行為具有重要的實際意義。
該項工作是中國科學院廣州地球化學研究所博士后王建豐在研究員熊永強和中國科學院院士彭平安的指導下，與挪威奧斯陸大學教授Fran?ois Renard合作完成。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104406
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