X射線熒光錄井分析儀

X射線熒光錄井簡(jiǎn)稱XRF（X Radial Fluorescence）錄井，X射線熒光分析方法在地礦產(chǎn)資源的勘探中已經(jīng)有了近50年的應(yīng)用歷史，我國地質(zhì)錄井學(xué)者2007年將X射線熒光分析技術(shù)引進(jìn)到石油鉆井地質(zhì)錄井中質(zhì)，建立了石油鉆井巖屑X射線熒光錄井技術(shù)流程，為錄井巖性識(shí)別技術(shù)的突破奠定了基礎(chǔ)。X射線熒光分析技術(shù)在鄂爾多斯、塔里木、二連、渤海灣盆地的應(yīng)用中取得了很好的效果，有效地解決了PDC鉆頭、氣體鉆井等鉆井條件下的錄井技術(shù)瓶頸問題，并且隨著研究的深入，其在儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)、沉積相研究等諸多方面的作用也得到應(yīng)用。

1、分析原理

XRF錄井技術(shù)是建立在兩項(xiàng)成熟理論基礎(chǔ)上的一項(xiàng)新技術(shù)，其理論基礎(chǔ)一個(gè)是X射線熒光分析理論，另一個(gè)是巖石地球化學(xué)理論。

                                                                          圖1 X射線錄井譜圖

 1.1 X射線熒光分析原理：XRF分析是由X射線管發(fā)出的一次X射線，當(dāng)施加給X射線管的電壓達(dá)到某一高度值，X射線管發(fā)射的一次X射線的能量足以激發(fā)樣品所含元素原子的內(nèi)層電子，被逐出的電子為光電子，同時(shí)軌道上形成空穴，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，外層高能級(jí)的電子自發(fā)向內(nèi)層躍遷填補(bǔ)空位，使原子恢復(fù)到穩(wěn)定的低能態(tài)，同時(shí)輻射出具有該元素特征的二次X射線，也就是特征熒光X射線。

XRF錄井根據(jù)熒光X射線的波長(zhǎng)（能量）和強(qiáng)度對(duì)被測(cè)樣品中元素進(jìn)行定性和定量分析, 它以計(jì)數(shù)率即熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，以脈沖幅度即通道號(hào)，或X光子能量為橫坐標(biāo)，得到能量色散型儀器的熒光光譜圖（圖1）。

X射線熒光錄井分析儀

1.2 巖石地球化學(xué)理論：地球化學(xué)原理包括元素在地球中賦存特征和遷移規(guī)律等諸多方面，地殼元素豐度研究說明，雖然地殼元素有90多種，但元素的相對(duì)平均含量極不均勻，若按克拉克值遞減的順序排列各種元素，則前兩種分布zui廣的元素（O（47%），Si）的質(zhì)量占地殼總質(zhì)量的76.5%，*種元素（O,Si，Al，F(xiàn)e，Ca，Na，K，Mg，Ti，Mn）的質(zhì)量占99.58%，其余元素的質(zhì)量不超過地殼總質(zhì)量的0.5%。

不同沉積類型所關(guān)注的元素種類不同，在砂泥巖剖面中，主要關(guān)注Si、Al、Ca等元素，Si元素反映了砂巖儲(chǔ)層的巖石類型，Al元素反映了泥質(zhì)含量，Ca元素反映了砂巖儲(chǔ)層的碳酸鹽膠結(jié)程度。只有3種元素都準(zhǔn)確可靠，才能在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中發(fā)揮作用。

在碳酸鹽巖剖面中，主要關(guān)注Ca、Mg、Si等元素，Ca元素反映了灰質(zhì)含量和灰?guī)r純度，Mg元素反映了白云質(zhì)含量和白云巖純度，Si元素反映了陸源碎屑物含量。只有3種元素都準(zhǔn)確可靠，才能在巖性識(shí)別和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中發(fā)揮作用。

在火成巖剖面中，主要關(guān)注Si、Fe、Ti、Na、K、Ca、Mg等元素，這些元素在火成巖的識(shí)別、巖石化學(xué)計(jì)算和巖石類型圖版分析中都起著至關(guān)重要的作用。

2、天瑞—EDX4500H

儀器EDX4500H以巖屑粉末（粒度小于８０目）為分析對(duì)象，采集巖石的Ｘ?zé)晒鈭D譜和元素含量數(shù)據(jù)．成套設(shè)備包括Ｘ?zé)晒夥治鲋鳈C(jī)、電腦、打印機(jī)、研磨機(jī)、壓樣機(jī)、真空泵．

2.1 儀器EDX 4500H 分析儀的主要特征是利用智能真空系統(tǒng)，可對(duì)Na、Mg、Al 、Si、P、S、Mg等輕元素具有良好的激發(fā)效果，利用XRF技術(shù)可對(duì)高含量的Ca、K、Cl等重點(diǎn)關(guān)注的元素進(jìn)行精確分析，在巖性識(shí)別過程中起到了測(cè)試時(shí)間短，大大提高了檢測(cè)效率和工作效率的作用。

2.2 性能特點(diǎn)

高效超薄窗X光管，指標(biāo)達(dá)到較高水平 
的數(shù)字多道技術(shù)，讓測(cè)試更快，計(jì)數(shù)率達(dá)到100000CPS，精度更高。

電制冷SDD硅漂移探測(cè)器，良好的能量線性、能量分辨率和能譜特性，較高的峰背比 
天瑞儀器產(chǎn)品—信噪比增強(qiáng)器（SNE），提高信號(hào)處理能力25倍以上 
低能X射線激發(fā)待測(cè)元素，對(duì)Na、Mg、Al 、Si、P、S、Cl等輕元素激發(fā)效果好 
智能抽真空系統(tǒng)，屏蔽空氣的影響，大幅擴(kuò)展測(cè)試的范圍 
自動(dòng)穩(wěn)譜裝置保證了儀器工作的*性
高信噪比的電子線路單元 
針對(duì)不同樣品自動(dòng)切換準(zhǔn)直器和濾光片，免去手工操作帶來的繁瑣 
解譜技術(shù)使譜峰分解，使被測(cè)元素的測(cè)試結(jié)果具有相等的分析精度
多參數(shù)線性回歸方法，使元素間的吸收、增強(qiáng)效應(yīng)得到明顯的抑制
內(nèi)置高清晰攝像頭 
液晶屏顯示讓儀器的重要參數(shù)（管壓、管流、真空度）一目了然

3、應(yīng)用領(lǐng)域

采用天瑞EDX4500H可以用于巖性識(shí)別、沉積相分析、物性評(píng)價(jià)等

3.1巖性識(shí)別：在砂泥巖剖面中利用Si、Al比值的大小和變化特征來識(shí)別砂巖和泥巖，碳酸鹽巖剖面中利用Si、Al、Ca、Mg等元素的含量來識(shí)別白云巖、石灰?guī)r、砂巖和泥巖，在火成巖剖面利用Ba、Al、Fe的含量來識(shí)別火成巖和砂泥巖。

3.2沉積相分析：Mn/Ti和Mn/Al比值是沉積速率的良好指示劑，Al和Ti是陸源的代表性元素，而Mn則是典型的大洋型沉積元素，在沉積作用過程中，沉積物與介質(zhì)之間存在著復(fù)雜的地球化學(xué)平衡，不同元素在不同環(huán)境中的含量和比值就會(huì)存在差異。下面是常用的幾種環(huán)境判別的元素比值地球化學(xué)標(biāo)志。

地球化學(xué)家把(K2O+Na20+CaO)／Al203作為指示化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)度的一個(gè)地球化學(xué)指標(biāo)，比值越小，風(fēng)化作用越強(qiáng)烈。

Rb/K比值：研究表明，海相沉積物的Rb/K比值往往大于0.05，半咸水沉積物介于0.03至0.05之間，淡水沉積物則往往小于0.03。

B/Ga比值：海相沉積物的B/Ga比值大于4，而淡水沉積物的則小于3，半咸水沉積物的介于二者之間。

Sr/Ba比值：Sr/Ba比值與鹽度呈正相關(guān)關(guān)系，據(jù)統(tǒng)計(jì)，比值大于1者多為海相沉積，小于1者多為陸相沉積。

此外，Cr、Cu、Ni、V等元素的含量，在海陸環(huán)境中也有明顯差異，一般情況下，海相沉積物比陸相沉積物高三分之一至一倍。

3.3物性評(píng)價(jià)：XRF分析獲得的是巖石元素信息，這種分析結(jié)果不可能反映顆粒排列方式信息，但假定某地層在形成時(shí)沉積物源*、水體化學(xué)性質(zhì)不變、埋深相當(dāng)，成巖后生變化過程一樣，那么影響孔隙度的主要因素只有顆粒和填隙物（包括膠結(jié)物）的含量，而元素分析數(shù)據(jù)恰恰反映了巖石成分的變化。因此元素分析數(shù)據(jù)為孔隙度的定量計(jì)算提供了理論依據(jù)。