應用元素分析技術識別松遼盆地火山熔巖巖屑巖性研究

鄭曉慶

（大慶鉆探地質錄井一公司，黑龍江大慶163411）

應用元素分析技術識別松遼盆地火山熔巖巖屑巖性研究

鄭曉慶*

（大慶鉆探地質錄井一公司，黑龍江大慶163411）

由于火山巖地層巖石巖性復雜多變，同時氣體鉆井技術的出現以及PDC鉆頭的放開使用火山巖屑都已變成粉末，傳統的方法很難對巖屑進行識別、描述，進而影響建立正確的地層巖性剖面。著重探討利用全反射X射線熒光分析技術能夠對火山熔巖巖屑成分進行元素測定[3-5]，通過與巖芯鏡下鑒定的結果比對分析數據，從而尋找不同火山熔巖巖屑巖性元素變化規律，最終采用統計學方法可實現對火山熔巖巖屑進行分類定名。

元素分析；火山熔巖；巖性識別

隨著松遼盆地深層天然氣勘探的進展，鉆井技術也在不斷的發展，由常規鉆井液鉆井技術到現在的氣體鉆井技術，已經有了長足的進步。隨著鉆井技術發展，錄井工藝方法也隨之發生變化。由于火山巖地層巖石巖性復雜多變，以前可以依靠鉆井取芯、肉眼鑒定、薄片鑒定、化學分析、X-衍射、掃描電鏡等多種手段來鑒定火山巖性[6-8]，但由于氣體鉆井技術的出現，火山巖屑都已變成粉末，絕大多數上返巖屑的粒徑小于0.1mm，巖石的內部結構被嚴重破壞，其成分、內部結構、含有物、物理性質等，即使在高倍顯微鏡下，也很難對巖屑進行識別、描述，進而影響建立正確的地層巖性剖面[1-2]。此外，PDC鉆頭的放開使用，對巖屑錄井影響程度之大也不亞于氣體鉆井。而目前，松遼盆地深層火山巖、海拉爾盆地及周邊盆地勘探步伐逐漸加大，迫切需要正確辨認現場巖屑巖性，從而建立正確的地層巖性剖面。

1　典型樣品的選取及鏡下鑒定

通過精細巖芯觀察描述，對典型的火山熔巖巖巖芯進行取樣共選取典型樣品51塊，其中流紋巖21塊、粗面巖2塊、安山巖15塊、玄武巖13塊（見表1）。

表1　松遼盆地營城組火山熔巖樣品選取分類表

對所選取的51塊典型樣品進行磨片、制片及鏡下鑒定。

火山熔巖類：

（1）玄武巖：鏡下見其杏仁構造極為發育，充填物為髓石、碳酸鹽礦物（多為方解石）。巖石具斑狀結構，斑晶成分為基性的鈉長石呈板柱狀自形晶?；|具鈉斑玄武結構，由斜長石微晶、磁鐵礦及少量基性火山玻璃組成；斜長石微晶呈自形—半自形細小板條狀，雜亂—架狀分布，其間為磁鐵礦及基性火山玻璃所充填。巖石發生了碳酸鹽化、綠泥石化及輕微高嶺土化。

（2）安山巖：巖石具斑狀結構，鏡下鑒定其斑晶成分為中長石和普通輝石。中長石斑晶常見聚片雙晶，具環帶結構及正邊結構，基質具安山結構或（和）交織結構，前者特征表現為中長石及更長石微晶呈半定向—雜亂排列，其間充填有較多的玻璃質或（和）隱晶質及磁鐵礦；后者特征表現為板條狀中長石微晶呈半定向—定向密集排列，其間充填有輝石、磁鐵礦等微晶礦物顆粒，常具塊狀、氣孔及杏仁構造。

（3）粗面巖：鏡下見其杏仁構造發育，充填物為髓石、方解石及石英。巖石具斑狀結構，斑晶成分為鉀長石，具卡式雙晶，鉀長石高嶺土化嚴重，呈板柱狀自形晶?；|由長條狀微晶堿性長石組成，呈平行—半平行流狀排列。巖石發生了碳酸鹽化、高嶺土化。

（4）流紋巖：流紋巖中常見的結構有斑狀結構、少斑結構、霏細結構，有時見有玻璃質結構。斑晶主要為石英、堿性長石及酸性斜長石，石英多呈半自形；基質由長英質組成。有時見有球粒構造、石泡構造、層狀構造、流紋構造、塊狀構造、氣孔和杏仁構造。

2　典型樣品地球化學元素分析

本次研究是在所選取的51塊代表性巖芯樣品和100多個巖屑樣品，選擇了全部為未風化蝕變的鉆井巖芯和巖屑樣品進行巖石地球化學測試分析。

巖石地球化學分析內容：

（1）常量元素分析：常量元素分析內容包括Fe2O3、MnO2、TiO2、CaO、K2O、SO3、P2O5、SiO2、Al2O3、MgO、Na2O共11種元素。

（2）微量元素分析：微量元素分析內容包括Rb銣、Ba鋇、Nb鈮、Ta鉭、Pb鉛、Sr銫、Sm鉕、Hf鉿、Zr鋯、Ga鎵、Zn鋅、Cu銅、Ni鎳、Cr鉻和V釩等共15種元素。

（3）稀土元素分析：稀土元素分析內容包括Th釷、U鈾、La鑭、Ce鈰、Pr鐠、Nd釹、Eu銪、Gd釓、Tb鋱、Dy鏑、Ho鈥、Y釔、Er鉺、Tm銩、Yb鐿和Lu镥等共16種元素。

3　制作細分火山熔巖圖版

對所選取典型火山巖樣品進行巖石地球化學元素分析的同時，還收集前人的地化元素分析數據。其中共收集279塊常量元素分析數據、257塊微量元素分析數據。

3.1數據篩選分析

得到一組樣品的元素分析數據后，首先要進行篩選和分組。因為每一個判別圖，都有它的邊界條件和使用范圍。例如，玄武巖判別圖，它僅適用于淬冷的熔巖，如玄武巖、輝綠巖。而火山碎屑巖和凝灰巖類則由于可能混有沉積物或物源不清的物質而失去判別能力。再者，由于巖漿的結晶分離作用會使某些元素的豐度和比值發生變化，所以對于斑晶、氣孔或杏仁含量多的玄武巖要慎重使用。

3.2細分火山熔巖圖版制作

3.2.1TAS圖版制作

TAS圖解即為(Na2O+K2O)%-SiO2%哈克圖解，后被LeMaitre(1984)稱為TAS圖解，1989年28屆國際地質大會推薦為火山巖分類最新方案[9-12]。

對TAS圖解的使用應注意下列問題：第一，所有的火山巖化學分析結果，必須去掉H2O、CO2之后再重新計算為100%。第二，TAS圖只適用于一般常見的火山巖，即MgO＜8%的巖石。MgO＞8%屬高鎂火山巖類，應剔除，依據(K2O+Na2O)、TiO2和SiO2含量再進行分類。第三，TAS圖是以本圖為主的分類命名體系，因而還需有其它圖表補充，才能更好地確定火山巖的名稱。第四，圖解中對玄武巖類的分類命名尚不夠深入、系統。

在細分熔巖的試驗中，共作了1張TAS圖解。在TAS圖解中（圖1），玄武巖符合率26.67%；安山巖符合率78.95%；英安巖符合率87.5%；粗面巖符合率92.86%；流紋巖符合率87.42%?？梢?，TAS圖解可較好的區分安山巖、英安巖、粗面巖、流紋巖。

圖1　松遼盆地營城組火山熔巖識別TAS圖版

3.2.2常量元素圖版制作

在細分熔巖時，共做了硅鋁圖、硅鎂圖和硅鐵圖等55張常量元素交會圖版。在其中20張常量元素交會圖版中，玄武巖、安山巖、英安巖、粗面巖和流紋巖的元素分析數據在圖中的投點分布規律性較強；因此，常量元素圖版可較好的輔助TAS圖解細分熔巖。

4　圖版應用方法

用TAS圖版與常量元素圖版結合法可較好地細分熔巖類，將熔巖分為玄武巖、安山巖、粗面巖、英安巖、流紋巖5類。方法的第一步利用硅鐵圖和鐵鉀圖等常量元素交匯圖版識別玄武巖。玄武巖一般Fe2O3含量大于8%，SiO2含量在45%～52%之間（見圖2），Fe2O3含量大于8%，K2O含量小于3%（見圖3）。方法第二步利用硅鎂圖版篩選出MgO含量大于8%樣品并將其剔除，因為TAS圖解不適用于高鎂（MgO＞8%）的火山熔巖（見圖4）。第三步用TAS圖解來區分安山巖、粗面巖、英安巖、流紋巖等熔巖類（見圖1）。

圖2　松遼盆地營城組火山熔巖常量元素硅鐵圖版

圖3　松遼盆地營城組火山熔巖常量元素鐵鉀圖版

圖4　松遼盆地營城組火山熔巖常量元素硅鎂圖版

在TAS圖和可用的20張常量元素的輔助圖版中，以鐵鉀圖、硅鎂圖和TAS圖組合使用的識別效果最好，其玄武巖符合率約為93.3%；安山巖符合率78.95%；英安巖符合率87.5%；粗面巖符合率92.86%；流紋巖符合率87.42%。其次為硅鐵圖、硅鎂圖與TAS圖的組合，其玄武巖符合率為53.3%；安山巖符合率78.95%；英安巖符合率87.5%；粗面巖符合率92.86%；流紋巖符合率87.42%。

5　結論

（1）通過松遼盆地30余口井的火山熔巖巖屑實驗證明不同巖性火山熔巖巖屑樣品在一些元素的交匯圖版中確實具有較明顯的統計學規律。

（2）將元素分析技術引用到火山巖巖屑巖性識別技術中，采用不同的圖版方法分別建立了火山熔巖的識別方法，確定了不同火山熔巖巖性的個性指示元素，探索了特殊鉆井條件下火山熔巖巖屑巖性識別新方法。

[1]高春緒，王勇，程益華，等.空氣鉆井條件下錄井工藝方法與技術配套探討[J].錄井工程，2006，17(3):10-15.

[2]劉濤，徐會建.基于空氣鉆井的巖屑錄井改進方法[J].大慶石油學院學報，2008，32(2):12-14.

[3]袁祖貴，成曉寧，孫娟.地層元素測井(ECS)——一種全面評價儲層的測井新技術[J].原子能科學技術，2004，38（增刊）: 218-213.

[4]劉緒剛，孫建孟，李召成.新一代元素俘獲譜測井儀（ECS）及其應用[J].國外測井技術，2004，19(1):26-30.

[5] 程華國，袁祖貴.用地層元素測井(ECS)資料評價復雜地層巖性變化[J].核電子學與探測技術，2005，25(3):233-237.

[6]王擁軍，周雪峰，吳海忠，等.火山巖巖性識別新技術[J].斷塊油氣田，2006，13(3):86-88.

[7]王擁軍，冉啟全，童敏，等.ECS測井在火山巖巖性識別中的應用[J].國外測井技術，2006，21(1):13-16.

[8]趙杰，雷茂盛，楊興旺，等.火山巖地層測井評價新技術[J].大慶石油地質與開發，2007，26(6):134-137.

[9]王國棟，譚繼廉，付克明，等.全反射X射線熒光分析技術及其應用[J].核電子學與探測技術，2002，22(3):268-270.

[10] 楊明太，張連平.全反射X射線熒光分析[J].核電子學與探測技術，2002，22(6):572-574.

[11]謝榮厚，高新華，盛偉志，等.現代X射線熒光光譜儀的進展[J].冶金分析，1999，19(1):32-36.

[12]楊明太.X射線熒光光譜儀的現狀[J].核電子學與探測技術，2006，26(6):1025-1028.

TE121.1

A

1004-5716(2015)07-0129-03

2014-07-31

2014-08-05

鄭曉慶（1983-），男（漢族），黑龍江大慶人，工程師，現從事地質錄井技術工作。