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）

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）

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[3-5]，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。

元素分析；火山熔岩；岩性识别

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-衍射、扫描电镜等多种手段来鉴定火山岩性[6-8]，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0.1mm，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[1-2]。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15块、玄武岩13块（见表1）。

表1　松辽盆地营城组火山熔岩样品选取分类表

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，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—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—杂乱排列，其间充填有较多的玻璃质或（和）隐晶质及磁铁矿；后者特征表现为板条状中长石微晶呈半定向—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—半平行流状排列。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51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Fe2O3、MnO2、TiO2、CaO、K2O、SO3、P2O5、SiO2、Al2O3、MgO、Na2O共11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鉕、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围。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

3.2.1TAS图版制作

TAS图解即为(Na2O+K2O)%-SiO2%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[9-12]。

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H2O、CO2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(K2O+Na2O)、TiO2和SiO2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。

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Fe2O3含量大于8%，SiO2含量在45%～52%之间（见图2），Fe2O3含量大于8%，K2O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）。第三步用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）。

图2　松辽盆地营城组火山熔岩常量元素硅铁图版

图3　松辽盆地营城组火山熔岩常量元素铁钾图版

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。

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TE121.1

A

1004-5716(2015)07-0129-03

2014-07-31

2014-08-05

郑晓庆（1983-），男（汉族），黑龙江大庆人，工程师，现从事地质录井技术工作。