X射線熒光錄井簡稱XRF（X Radial Fluorescence）錄井，X射線熒光分析方法在地質礦產資源的勘探中已經有了近50年的應用歷史，我地質錄井學者2007年將X射線熒光分析技術引進到石油鉆井地質錄井中，建立了石油鉆井巖屑X射線熒光錄井技術流程，為錄井巖性識別技術的突破奠定了基礎。X射線熒光分析技術的發展受到了中石化總部和有關部門的關注，于2008年初，正式委托華北石油局開展了《X射線熒光隨鉆錄井技術研究》課題研究，該項技術在鄂爾多斯、塔里木、二連、渤海灣盆地的應用中取得了很好的效果，地解決了PDC鉆頭、氣體鉆井等鉆井條件下的錄井技術瓶頸問題，隨著研究的深入，其在儲層物性評價、沉積相研究等諸多方面的作用也初步展露。

1、分析原理XRF錄井技術是建立在兩項成熟理論基礎上的項新技術，其理論基礎個是X射線熒光分析理論，另個是巖石地球化.1X射線熒光分析原理：XRF分析是由X射線管發出的次X射線，當施加給X射線管的電壓達到某高度值，X射線管發射的次X射線的能量足以激發樣品所含元素原子的內層電子，被逐出的電子為光電子，同時軌道上形成空穴，原子處于不穩定狀態。此時，外層高能級的電子自發向內層躍遷空位，使原子恢復到穩定的低能態，同時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錄井根據熒光X射線的波長（能量）和強度對被測樣品中元素進行定性和定量分析, 它以計數率即熒光強度為縱坐標，以脈沖幅度即通道號，或X光子能量為橫坐標，得到能量色散型儀器的熒光光譜圖（圖1）。1.2巖石地球化學理論：地球化學原理包括元素在地球中賦存特征和遷移規律等諸多方面，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，則前兩種分布廣的元素（O（47%），Si）的質量占地殼總質量的76.5%，種元素（O,Si，Al，Fe，Ca，Na，K，Mg，Ti，Mn）的質量占99.58%，其余元素的質量不超過地殼總質量的0.5%。從組成三大巖性的主要礦物類型，進而統計其主要元素種類列表可以看出，Si、Fe、Ca、K、Al、Mg是組成三大巖性常規礦物的主要元素如下表（表1）。

表1  組成三大巖性的主要礦物及所含元素列表
礦物類別	分子式	主要元素	火成巖	沉積巖	變質巖
石英	SiO2	Si、O	●	●	●
長石	(K,Na,Ca)AlSi3O8	K、Na、Ca、Al、Si、O	●	●	●
云母	K(Mg,Fe,Al)3[AlSi3O8][OH]2	K、Mg、Fe、Al、Si、O、H	●	○	●
角閃石	(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5[(Si,Al)Si3O11]2[OH]2	Ca、Na、Mg、Fe、Al、Si、O、H	●		●
輝石	Ca(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)2O6]	Ca、Mg、Fe、Al、Si、O	●
橄欖石	(Mg,Fe)2[SiO4]	Mg、Fe、Si、O	●
高嶺石	Al4[Si4O10][OH]8	Al、Si、O、H		●
	(Na,Ca)(H2O)4｛(Al2-x,Mgx)2［(Si,Al)4O10］(OH)2｝	Na、Ca、Al、Mg、Si、O、H		●
伊利石	K0.75(Al1.75,Mg,Fe)[Si3.5Al0.5O10](OH)2	K、Al、Mg、Fe、Si、O、H		●
海綠石	(K,Na,Ca)1.2-2(Fe,Al,Mg)4[Si7-7.6Al0.4-1O20][OH]4	K、Na、Ca、Fe、Al、Mg、Si、O、H		●
綠泥石	(Mg,Fe,Al)3[(Al,Si)4O10][OH]2(Mg,Fe,Al)2[OH]6	Mg、Fe、Al、Si、O、H		○	●
方解石	CaCO3	Ca、C、O		●
白云石	CaMg[CO3]2	Ca、Mg、C、O		●

從上表可以看出不同沉積類型所關注的元素種類不同，在砂泥巖剖面中，主要關注Si、Al、Ca等元素，Si元素反映了砂巖儲層的巖石類型，Al元素反映了泥質含量，Ca元素反映了砂巖儲層的碳酸鹽膠結程度。只有3種元素都，才能在儲層評價中發揮作用。在碳酸鹽巖剖面中，主要關注Ca、Mg、Si等元素，Ca元素反映了灰質含量和灰巖純度，Mg元素反映了白云質含量和白云巖純度，Si元素反映了陸源碎屑物含量。只有3種元素都，才能在巖性識別和儲層評價中發揮作用。在火成巖剖面中，主要關注Si、Fe、Ti、Na、K、Ca、Mg等元素，這些元素在火成巖的識別、巖石化學計算和巖石類型圖版分析中都起著至關重要的作用。2、應用領域目前已經研究證實應用的領域包括巖性識別、沉積相分析、物性評價等2.1巖性識別：在砂泥巖剖面中利用Si、Al比值的大小和變化特征來識別砂巖和泥巖，碳酸鹽巖剖面中利用Si、Al、Ca、Mg等元素的含量來識別白云巖、石灰巖、砂巖和泥巖，在火成巖剖面利用Ba、Al、Fe的含量來識別火成巖和砂泥巖。2.2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，沉積物與介質之間存在著復雜的地球化學平衡，不同元素在不同環境中的含量和比值就會存在差異。下面是常用的幾種環境判別的元素比值地球化學標志。地球化學家把(K2O+Na20+CaO)／Al203作為指示化學風化作用強度的個地球化學指標，比值越小，風化作用越強烈。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關系，據統計，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，在海陸環境中也有明顯差異，般情況下，海相沉積物比陸相沉積物高三分之至倍。2.3物性評價：XRF分析獲得的是巖石元素信息，這種分析結果不可能反映顆粒排列方式信息，但假定某地層在形成時沉積物源致、水體化學性質不變、埋深相當，成巖后生變化過程樣，那么影響孔隙度的主要因素只有顆粒和填隙物（包括膠結物）的含量，而元素分析數據恰恰反映了巖石成分的變化。因此元素分析數據為孔隙度的定量計算提供了理論依據。沉積學研究也表明，在碎屑巖的形成過程中，“成分成熟度”和“結構成熟度”并存，兩者具有正相關關系。所以， “成分成熟度”在定程度上反映“結構成熟度”，也就是說碎屑巖的元素地球化學特征及演化可反映其結構特征及變化，可以反映其孔隙度大小的變化。華北油田通過地區某層位大量的巖心實驗室分析實驗，采用多元回歸分方式計算碎屑巖孔隙度。采用公式為：XPOR=a+bX1+cX2+dX3+eX4……式中：X1、X2、X3……為與孔隙度相關的元素分析值（脈沖計數或%），a、b、、c、d……為經驗系數，XPOR為根據X射線熒光分析元素值多元回歸計算的陸源碎屑巖孔隙度。3、X射線熒光分析技術的局限性任何分析方法都有其優勢，同時也有其技術的局限性。X射線熒光分析技術對于鉆井現場的巖石分析，其技術的局限性主要表現在下列幾個方面：1、輕元素由于外層電子結構松弛，熒光產額較低，俄歇現象較為嚴重。般當Z＜30時，俄歇電子發射占了優勢。較低的熒光產額也嚴重影響了輕元素分析的靈敏度，對原子序數小于10的超輕元素影響尤其大。2、產生熒光X射線的基本條件是激發電壓必須達到該元素某線系所需的臨界激發電勢，元素的原子序數越大，所需的激發電壓越高，因此，元素分析范圍和精度受儀器的激發電壓的限制。若激發電壓小，重元素難以分析；若激發電壓大，輕元素就難以分析；若采取變壓分析，耗時間太長。3、基體效應是X射線熒光分析中普遍存在的問題，是元素分析的主要誤差來源。石油鉆井中，三大成因巖類肯定都能遇到，同成因巖類其巖石類型也是千差萬別，因此基體效應也是隨研究區和研究層位不同而表現出極大差異，因此，如何消除或校正基體效應，始終是X射線熒光分析領域中的重要研究課題。

4、元素分析精度受靶材影響，有些靶材適用于輕元素分析。

 

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