應(yīng)用元素分析技術(shù)識(shí)別松遼盆地火山熔巖巖屑巖性研究

鄭曉慶

（大慶鉆探地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶163411）

應(yīng)用元素分析技術(shù)識(shí)別松遼盆地火山熔巖巖屑巖性研究

鄭曉慶*

（大慶鉆探地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶163411）

由于火山巖地層巖石巖性復(fù)雜多變，同時(shí)氣體鉆井技術(shù)的出現(xiàn)以及PDC鉆頭的放開使用火山巖屑都已變成粉末，傳統(tǒng)的方法很難對(duì)巖屑進(jìn)行識(shí)別、描述，進(jìn)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(shù)能夠?qū)鹕饺蹘r巖屑成分進(jìn)行元素測(cè)定[3-5]，通過與巖芯鏡下鑒定的結(jié)果比對(duì)分析數(shù)據(jù)，從而尋找不同火山熔巖巖屑巖性元素變化規(guī)律，最終采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)火山熔巖巖屑進(jìn)行分類定名。

元素分析；火山熔巖；巖性識(shí)別

隨著松遼盆地深層天然氣勘探的進(jìn)展，鉆井技術(shù)也在不斷的發(fā)展，由常規(guī)鉆井液鉆井技術(shù)到現(xiàn)在的氣體鉆井技術(shù)，已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著鉆井技術(shù)發(fā)展，錄井工藝方法也隨之發(fā)生變化。由于火山巖地層巖石巖性復(fù)雜多變，以前可以依靠鉆井取芯、肉眼鑒定、薄片鑒定、化學(xué)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(shù)的出現(xiàn)，火山巖屑都已變成粉末，絕大多數(shù)上返巖屑的粒徑小于0.1mm，巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，其成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、含有物、物理性質(zhì)等，即使在高倍顯微鏡下，也很難對(duì)巖屑進(jìn)行識(shí)別、描述，進(jìn)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(duì)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(rèn)現(xiàn)場(chǎng)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(xì)巖芯觀察描述，對(duì)典型的火山熔巖巖巖芯進(jìn)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(yíng)城組火山熔巖樣品選取分類表

對(duì)所選取的51塊典型樣品進(jìn)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(gòu)造極為發(fā)育，充填物為髓石、碳酸鹽礦物（多為方解石）。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶成分為基性的鈉長(zhǎng)石呈板柱狀自形晶。基質(zhì)具鈉斑玄武結(jié)構(gòu)，由斜長(zhǎng)石微晶、磁鐵礦及少量基性火山玻璃組成；斜長(zhǎng)石微晶呈自形—半自形細(xì)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(fā)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(jié)構(gòu)，鏡下鑒定其斑晶成分為中長(zhǎng)石和普通輝石。中長(zhǎng)石斑晶常見聚片雙晶，具環(huán)帶結(jié)構(gòu)及正邊結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具安山結(jié)構(gòu)或（和）交織結(jié)構(gòu)，前者特征表現(xiàn)為中長(zhǎng)石及更長(zhǎng)石微晶呈半定向—雜亂排列，其間充填有較多的玻璃質(zhì)或（和）隱晶質(zhì)及磁鐵礦；后者特征表現(xiàn)為板條狀中長(zhǎng)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(gòu)造。

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

（4）流紋巖：流紋巖中常見的結(jié)構(gòu)有斑狀結(jié)構(gòu)、少斑結(jié)構(gòu)、霏細(xì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)見有玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。斑晶主要為石英、堿性長(zhǎng)石及酸性斜長(zhǎng)石，石英多呈半自形；基質(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)組成。有時(shí)見有球粒構(gòu)造、石泡構(gòu)造、層狀構(gòu)造、流紋構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、氣孔和杏仁構(gòu)造。

2　典型樣品地球化學(xué)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(gè)巖屑樣品，選擇了全部為未風(fēng)化蝕變的鉆井巖芯和巖屑樣品進(jìn)行巖石地球化學(xué)測(cè)試分析。

巖石地球化學(xué)分析內(nèi)容：

（1）常量元素分析：常量元素分析內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(xì)分火山熔巖圖版

對(duì)所選取典型火山巖樣品進(jìn)行巖石地球化學(xué)元素分析的同時(shí)，還收集前人的地化元素分析數(shù)據(jù)。其中共收集279塊常量元素分析數(shù)據(jù)、257塊微量元素分析數(shù)據(jù)。

3.1數(shù)據(jù)篩選分析

得到一組樣品的元素分析數(shù)據(jù)后，首先要進(jìn)行篩選和分組。因?yàn)槊恳粋€(gè)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?guī)r類則由于可能混有沉積物或物源不清的物質(zhì)而失去判別能力。再者，由于巖漿的結(jié)晶分離作用會(huì)使某些元素的豐度和比值發(fā)生變化，所以對(duì)于斑晶、氣孔或杏仁含量多的玄武巖要慎重使用。

3.2細(xì)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(guó)際地質(zhì)大會(huì)推薦為火山巖分類最新方案[9-12]。

對(duì)TAS圖解的使用應(yīng)注意下列問題：第一，所有的火山巖化學(xué)分析結(jié)果，必須去掉H2O、CO2之后再重新計(jì)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(yīng)剔除，依據(jù)(K2O+Na2O)、TiO2和SiO2含量再進(jìn)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(bǔ)充，才能更好地確定火山巖的名稱。第四，圖解中對(duì)玄武巖類的分類命名尚不夠深入、系統(tǒng)。

在細(xì)分熔巖的試驗(yàn)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%?？梢姡琓AS圖解可較好的區(qū)分安山巖、英安巖、粗面巖、流紋巖。

圖1　松遼盆地營(yíng)城組火山熔巖識(shí)別TAS圖版

3.2.2常量元素圖版制作

在細(xì)分熔巖時(shí)，共做了硅鋁圖、硅鎂圖和硅鐵圖等55張常量元素交會(huì)圖版。在其中20張常量元素交會(huì)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(shù)據(jù)在圖中的投點(diǎn)分布規(guī)律性較強(qiáng)；因此，常量元素圖版可較好的輔助TAS圖解細(xì)分熔巖。

4　圖版應(yīng)用方法

用TAS圖版與常量元素圖版結(jié)合法可較好地細(xì)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(shí)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），F(xiàn)e2O3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?yàn)門AS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(qū)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(yíng)城組火山熔巖常量元素硅鐵圖版

圖3　松遼盆地營(yíng)城組火山熔巖常量元素鐵鉀圖版

圖4　松遼盆地營(yíng)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(shí)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(jié)論

（1）通過松遼盆地30余口井的火山熔巖巖屑實(shí)驗(yàn)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(shí)具有較明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。

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

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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(xiàn)從事地質(zhì)錄井技術(shù)工作。