应用元素分析技术识别松辽盆地火山熔岩岩屑岩性研究

２０１５年第７期　西部探矿工程　１２９　

应用元素分析技术识别松辽盆地火山熔岩岩屑岩性研究　

郑晓庆　

（大庆钻探地质录井一公司，黑龙江大庆１６３４１１）　

摘　要：由于火山岩地层岩石岩性复杂多变，同时气体钻井技术的出现以及ＰＤＣ钻头的放开使用火　山岩屑都已变成粉末，传统的方法很难对岩屑进行识别、描述，进而影响建立正确的地层岩性剖面。　

着重探讨利用全反射ｘ射线荧光分析技术能够对火山熔岩岩屑成分进行元素测定　，通过与岩芯　镜下鉴定的结果比对分析数据，从而寻找不同火山熔岩岩屑岩性元素变化规律，最终采用统计学方　

法可实现对火山熔岩岩屑进行分类定名。　关键词：元素分析；火山熔岩；岩性识别　

中图分类号：ＴＥ１２１．１文献标识码：Ａ文章编号：１（）（】４—５７１６（２０１５）０７—０１２９—０３　

随着松辽盆地深层天然气勘探的进展，钻井技术　也在不断的发展，由常规钻井液钻井技术到现在的气　

体钻井技术，已经有了长足的进步。随着钻井技术发　展，录井工艺方法也随之发生变化。由于火山岩地层　

岩石岩性复杂多变，以前可以依靠钻井取芯、肉眼鉴　定、薄片鉴定、化学分析、Ｘ一衍射、扫描电镜等多种手　

段来鉴定火山岩性　，但由于气体钻井技术的出现，火　

山岩屑都已变成粉末，绝大多数上返岩屑的粒径小于　０．１ｒａｍ，岩石的内部结构被严重破坏，其成分、内部结　

构、含有物、物理性质等，即使在高倍显微镜下，也很难　对岩屑进行识别、描述，进而影响建立正确的地层岩性　

剖面　。此外，ＰＤＣ钻头的放开使用，对岩屑录井影　

响程度之大也不亚于气体钻井。而目前，松辽盆地深　层火山岩、海拉尔盆地及周边盆地勘探步伐逐渐加大，　

迫切需要正确辨认现场岩屑岩性，从而建立正确的地　层岩性剖面。　

１典型样品的选取及镜下鉴定　

通过精细岩芯观察描述，对典型的火山熔岩岩岩　芯进行取样共选取典型样品５１块，其中流纹岩２１块、　粗面岩２块、安山岩ｌ５块、玄武岩ｌ３块（见表１）。　

对所选取的５１块典型样品进行磨片、制片及镜下　鉴定。　

火山熔岩类：　（１）玄武岩：镜下见其杏仁构造极为发育，充填物　

为髓石、碳酸盐矿物（多为方解石）。岩石具斑状结构，　表１松辽盆地营城组火山熔岩样品选取分类表　

斑晶成分为基性的钠长石呈板柱状自形晶。基质具钠　斑玄武结构，由斜长石微晶、磁铁矿及少量基性火山玻　

璃组成；斜长石微晶呈自形—半自形细小板条状，杂乱一　架状分布，其间为磁铁矿及基性火山玻璃所充填。岩　

石发生了碳酸盐化、绿泥石化及轻微高岭土化。　

（２）安山岩：岩石具斑状结构，镜下鉴定其斑晶成　分为中长石和普通辉石。中长石斑晶常见聚片双晶，　

具环带结构及正边结构，基质具安山结构或（和）交织　结构，前者特征表现为中长石及更长石微晶呈半定向　

一杂乱排列，其问充填有较多的玻璃质或（和）隐品质　

及磁铁矿；后者特征表现为板条状中长石微晶呈半定　向一定向密集排列，其间充填有辉石、磁铁矿等微晶矿　物颗粒，常具块状、气孔及杏仁构造。　

（３）粗面岩：镜下见其杏仁构造发育，充填物为髓　石、方解石及石英。岩石具斑状结构，斑晶成分为钾长　

石，具卡式双晶，钾长石高岭土化严重，呈板柱状自形　

晶。基质由长条状微晶碱性长石组成，呈平行一半平　

收稿日期：２０１４—０７—３１修回日期：２０１４—０８—０５　作者简介：郑晓庆（１９８３一），男（汉族），黑龙江大庆人，工程师，现从事地质录井技术工作。

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行流状排列。岩石发生了碳酸盐化、高岭土化。　（４）流纹岩：流纹岩中常见的结构有斑状结构、少　

斑结构、霏细结构，有时见有玻璃质结构。斑晶主要为　石英、碱性长石及酸性斜长石，石英多呈半自形；基质　由长英质组成。有时见有球粒构造、石泡构造、层状构　

造、流纹构造、块状构造、气孔和杏仁构造。　２典型样品地球化学元素分析　本次研究是在所选取的５ｌ块代表性岩芯样品和　１００多个岩屑样品，选择了全部为未风化蚀变的钻井岩　

芯和岩屑样品进行岩石地球化学测试分析。　

岩石地球化学分析内容：　

（１）常量元素分析：常量元素分析内容包括Ｆｅ。ｏ。、　ＭｎＯ２、ＴｉＯ。、ＣａＯ、Ｋ：０、ＳＯ３、Ｐ　０　、Ｓｉ０：、Ａｌ。０　、ＭｇＯ、　Ｎａ　Ｏ共ｌ１种元素。　（２）微量元素分析：微量元素分析内容包括Ｒｂ铷、　

Ｂａ钡、Ｎｂ铌、Ｔａ钽、Ｐｂ铅、Ｓｒ铯、Ｓｍ钷、Ｈｆ铪、Ｚｒ锆、　

Ｇａ镓、Ｚｎ锌、Ｃｕ铜、Ｎｉ镍、Ｃｒ铬和Ｖ钒等共１５种元　素。　（３）稀土元素分析：稀土元素分析内容包括Ｔｈ钍、　Ｕ铀、Ｌａ镧、Ｃｅ铈、Ｐｒ镨、Ｎｄ钕、Ｅｕ铕、Ｇｄ钆、Ｔｂ铽、　

Ｄｙ镝、Ｈｏ钬、Ｙ钇、Ｅｒ铒、Ｔｍ铥、Ｙｂ镱和Ｌｕ镥等共　

１６种元素。　３制作细分火山熔岩图版　对所选取典型火山岩样品进行岩石地球化学元素　

分析的同时，还收集前人的地化元素分析数据。其中　共收集２７９块常量元素分析数据、２５７块微量元素分析　

数据。　３．１数据筛选分析　得到一组样品的元素分析数据后，首先要进行筛　

选和分组。因为每一个判别图，都有它的边界条件和　使用范同。例如，玄武岩判别图，它仅适用于淬冷的熔　

岩，如玄武岩、辉绿岩。而火山碎屑岩和凝灰岩类则由　于可能混有沉积物或物源不清的物质而失去判别能　力。再者，由于岩浆的结晶分离作用会使某些元素的　

丰度和比值发生变化，所以对于斑晶、气孔或杏仁含量　

多的玄武岩要慎重使用。　３．２细分火山熔岩图版制作　

３．２．１　ＴＡＳ图版制作　ＴＡＳ图解即为（Ｎａ　Ｏ＋Ｋ。ｏ）％一ＳｉＯ　％哈克图解，后　

被ＬｅＭａｉｔｒｅ（１９８４）称为ＴＡＳ图解，１９８９年２８届国际地　质大会推荐为火山岩分类最新方案　。　

对ＴＡＳ图解的使用应注意下列问题：第一，所有　的火山岩化学分析结果，必须去掉Ｈ。Ｏ、ＣＯ。之后再重　

新计算为１００％。第二，ＴＡＳ图只适用于一般常见的火　山岩，即ＭｇＯ＜８％的岩石。ＭｇＯ＞８％属高镁火山岩　

类，应剔除，依据（Ｋ　（）＋Ｎａ　０）、ＴｉＯ。和ＳｉＯ：含量再进行　分类。第三，ＴＡＳ图是以本图为主的分类命名体系，因　

而还需有其它图表补充，才能更好地确定火山岩的名　称。第四，图解中对玄武岩类的分类命名尚不够深入、　

系统。　在细分熔岩的试验中，共作了１张ＴＡＳ图解。在　

ＴＡＳ图解中（图１），玄武岩符合率２６．６７％；安山岩符合　

率７８．９５％；英安岩符合率８７．５％；粗面岩符合率　９２．８６％；流纹岩符合率８７．４２％。可见，ＴＡＳ图解可较　好的区分安山岩、英安岩、粗面岩、流纹岩。　

Ⅳ（ＳｉＯ２）％　＿玄武岩　◆安山岩　＿英安岩・粗面岩▲流纹岩　图１松辽盆地营城组火山熔岩识别ＴＡＳ图版　

３．２．２常量元素图版制作　

在细分熔岩时，共做了硅铝图、硅镁图和硅铁图等　５５张常量元素交会图版。在其中２０张常量元素交会　

图版中，玄武岩、安山岩、英安岩、粗面岩和流纹岩的元　素分析数据在图中的投点分布规律性较强；因此，常量　

元素图版可较好的辅助ＴＡＳ图解细分熔岩。　４图版应用方法　用ＴＡＳ图版与常量元素图版结合法可较好地细　分熔岩类，将熔岩分为玄武岩、安山岩、粗面岩、英安　

岩、流纹岩５类。方法的第一步利用硅铁图和铁钾图等　

常量元素交汇图版识别玄武岩。玄武岩一般Ｆｅ　（）。含　量大于８％，Ｓｉｏ　含量在４５％～５２％之间（见图２），　Ｆｅ　ｏ。含量大于８％，Ｋ　ｏ含量小于３％（见图３）。方法　

第二步利用硅镁图版筛选出ＭｇＯ含量大于８％样品并　将其剔除，因为ＴＡＳ图解不适用于高镁（ＭｇＯ＞８％）的　

火山熔岩（见图４）。第　步用ＴＡＳ图解来区分安山　岩、粗面岩、英安岩、流纹岩等熔岩类（见图１）。

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１．－Ｉ一Ｉ▲—’＇■■　▲　ｗ（ＳｉＯ２）％　疆玄武岩◆安山岩冀英安岩・粗面岩▲流纹岩　图２松辽盆地营城组火山熔岩常量元素硅铁图版　

ｗ（Ｆｅ２Ｏ３）％　一玄武岩◆安山岩一英安岩・粗面岩▲流纹岩　图３松辽盆地营城组火山熔岩常量元素铁钾图版　

Ｗｆ　ＳｉＯ２）％　麓玄武岩◆安山岩一英安岩・粗面岩▲流纹岩　图４松辽盆地营城组火山熔岩常量元素硅镁图版　

在ＴＡＳ图和可用的２０张常量元素的辅助图版中，　以铁钾图、硅镁图和ＴＡＳ图组合使用的识别效果最　好，其玄武岩符合率约为９３．３％；安山岩符合率　

７８．９５％；英安岩符合率８７．５％；粗面岩符合率９２．８６％；　

流纹岩符合率８７．４２％。其次为硅铁图、硅镁图与ＴＡＳ　

图的组合，其玄武岩符合率为５３．３％；安山岩符合率　７８．９５％；英安岩符合率８７．５％；粗面岩符合率９２．８６％；　流纹岩符合率８７．４２％。　５结论　（１）通过松辽盆地３０余口井的火山熔岩岩屑实验　证明不同岩性火山熔岩岩屑样品在一些元素的交汇图　

版中确实具有较明显的统计学规律。　（２）将元素分析技术引用到火山岩岩屑岩性识别　

技术中，采用不同的图版方法分别建立了火山熔岩的　识别方法，确定了不同火山熔岩岩性的个性指示元素，　

探索了特殊钻井条件下火山熔岩岩屑岩性识别新方　

法　

参考文献：　『１１高春绪，王勇，程益华，等．空气钻井条件下录井工艺方法与　技术配套探讨ｌＪ１．录井工程，２００６，１７ｆ３）：１０—１５．　【２］刘涛，徐会建．基于空气钻井的岩屑录井改进方法『Ｊ１．大庆　石油学院学报，２００８，３２（２）：１２—１４．　［３】袁祖贵，成晓宁，孙娟．地层元素测井（Ｅｃｓ）——一种全面评　价储层的测井新技术　原子能科学技术，２００４，３８（增刊）：　２１８－２１３．　［４］刘绪刚，孙建孟，李召成．新一代元素俘获谱测井仪（ＥＣＳ）　及其应用［Ｊ１．国外测井技术，２００４，１９（１）：２６—３０．　［５】程华国，袁祖贵．用地层元素测井（ＥＣＳ）资料评价复杂地层　岩性变化『Ｊ１．核电子学与探测技术，２００５，２５（３）：２３３—２３７．　［６］王拥军，周雪峰，吴海忠，等．火山岩岩性识别新技术『Ｊ１．断　块油气田，２００６，１３（３）：８６～８８．　［７】王拥军，冉启全，童敏，等．Ｅｃｓ测井在火山岩岩性识别中的　应用『ＪＪ．国外测井技术，２００６，２１（１）：１３—１６．　【８］赵杰，雷茂盛，杨兴旺，等．火山岩地层测井评价新技术ｌＪＩ＿　大庆石油地质与开发，２００７。２６（６）：１３４—１３７．　【９】９　王国栋，谭继廉，付克明，等．全反射ｘ射线荧光分析技术及　其应用［ＪＪ＿核电子学与探测技术，２００２，２２（３）：２６８～２７０．　［１０】杨明太，张连平．全反射ｘ射线荧光分析［Ｊ］．核电子学与探　测技术，２００２，２２（６）：５７２—５７４．　【１１］谢荣厚，高新华，盛伟志，等．现代ｘ射线荧光光谱仪的进　展『Ｊ１．冶金分析，１９９９，１９（１）：３２—３６．　［１２】杨明太．ｘ射线荧光光谱仪的现状［ＪＪ．核电子学与探测技　术，２００６，２６ｆ６１：１０２５—１０２８．　

（上接第１２８页）　

需要注意的问题是，排土场位于矿界内，随着开采　和排废的进行，应随时测量排土场和采面的距离，避免　

相互干扰；本矿山为山坡露天矿，应合理安排采掘顺　序，将北采区先行强化开采，腾出采空区用作内部排土　场。　

参考文献　［１】赵呜展，马萃林，杨宝慧．排土场边坡稳定性研究与安全分析　『Ｊ１．现代矿业，２０１０（７）：６４—６６．　［２］　陈祖煜．土质边坡稳定分析ｆＭ］．北京：中国水利水电出版社．　［３］汪海滨，李小春，等．排土场空间效应及其稳定性评价方法研　究ｆＪ１。岩石力学与工程学报，２０１　１，３ｏ（１Ｏ）：２１０３—２１　１　１．　［４】郭成，马萃林．露天矿排土场堆置要素的优化［Ｊ］－金属矿山，　２０１　１（１）：４２—４４．　【５］林忠生．福建省连城锰矿采空区内排方案的探讨　中国锰　业　２００６　２４（３）：５０—５６．