MSCL-S 巖芯綜合測試系統(tǒng)（標準型）
型 號：MSCL-S
原產(chǎn)地：英國Geotek
用 途：MSCL-S可測量完整的巖芯和剖開的巖芯，應用于海底沉積物柱狀樣、湖泊沉積物柱狀樣、巖石巖芯等。其特點是不破壞樣品，多種測量同步、快速、準確、高效率、全自動的測量。
巖芯綜合測試系統(tǒng)（標準型）
MSCL-S
MSCL-S標準型巖芯綜合測試系統(tǒng)是英國GEOTEK公司生產(chǎn)的MSCL（Multi-Sensor Core Logger巖芯綜合測試系統(tǒng)，又稱多參數(shù)巖芯掃描儀）系列10種MSCL之一（見上面的產(chǎn)品一覽表），且是其中最暢銷的一種型號。MSCL-S可測量完整的巖芯和剖開的巖芯，應用于海底沉積物柱狀樣、湖泊沉積物柱狀樣、巖石巖芯等。其特點是不破壞樣品，多種測量同步、快速、準確、高效率、全自動的測量。
MSCL-S標準型巖芯綜合測試系統(tǒng)最多可集成全部下列10種傳感器：1、P波速度
2、伽瑪密度
3、電阻率
4、磁化率（點狀和環(huán)狀）
5、顏色光譜
6、可見光近紅外地物光譜
7、高分辨率光學表面掃描、紫外光成像
8、高分辨率XRF元素濃度（或手持式XRF元素濃度）
9、自然伽瑪輻射
10、高光譜成像
MSCL-S標準型
MSCL-S標準型系統(tǒng)是MSCL系列產(chǎn)品中功能強大、集成傳感器最多、靈活性最高、用戶數(shù)量最多的一種，可用于實驗室中和海上調(diào)查船。通常是帶支架放置在地板上，也可以安裝在桌面上。巖芯被放在搭載軌道上，推進系統(tǒng)推動巖芯依次經(jīng)過固定的各個傳感器，完成測量過程，巖芯的長度可通過一個激光器自動測量。一個巖芯測試完畢后，軟件會提示用戶放入第二個巖芯。一個完整的巖芯可以被連續(xù)的測量，原始數(shù)據(jù)和處理好的數(shù)據(jù)可以圖形化的現(xiàn)實在電腦上。
MSCL-S標準型系統(tǒng)可以對長達1.55m（直徑在50到150mm之間）的巖芯進行測量，空間分辨率可以小到幾個毫米。用戶可以選擇需要分析的性質(zhì)，并設置對應的空間分辨率，并隨時更改。MSCL是全自動設備，通過Windows平臺的控制軟件來控制，操作簡單，得到的數(shù)據(jù)可以實時顯示并進行后處理。原始或處理后的數(shù)據(jù)都可以保存在磁盤里，并輸出到其它的軟件進行分析。
MSCL-S標準型
MSCL-S的結構示意圖（正視圖）
上左圖是 MSCL-S 分析完整的巖石巖芯，右圖是分析剖開的沉積物巖芯
MSCL-S（標準型）安裝在實驗室內(nèi)
高分辨率 Geotek XRF 應用到 MSCL-S 系統(tǒng)中（中科院南海所）
上圖為安裝于國家海洋局第一海洋研究所的MSCL-S系統(tǒng)
上圖為安裝于英國國家海洋中心的 MSCL-S
上圖為高分辨率XRF應用到MSCL-S標準型掃描系統(tǒng)（青島海地所）
下面是各個傳感器的詳細介紹：
1. 巖芯厚度Core thickness
采用一對固定在P波傳感器上的位移傳感器，測量巖芯厚度（直徑）的分辨率為0.01mm。也可以選擇激光測距儀。
2. 溫度Temperature
這種測量方法是通過使用PRT探針，可以來監(jiān)測實驗室的溫度或者將其插入到每個巖芯內(nèi)。溫度分辨率可達0.01℃。
3. P波速度P-wave velocity (PWV)
通過使用Acoustic ARC(Rolling Contact旋轉(zhuǎn)接觸式P波傳感器)換能器來測量P波速度，專門為完整的裝在套管中的巖芯測量而設計，換能器安裝在彈性支架上，可旋轉(zhuǎn)并與巖芯充分接觸，聲波主頻率在230kHz左右（下左圖）。ARC旋轉(zhuǎn)聲波換能器器的優(yōu)勢在于不需要聲波傳導液，聲波的傳導可以連續(xù)、穩(wěn)定、高效。時間測量的精度為50ns, 速度精度在0.5%左右（和巖芯厚度有關）；校準的方法是使用一段充滿已知溫度和聲速的蒸餾水的巖芯套筒。
如果測量剖開的套管中巖芯，可在底部使用一個靜止的ARC換能器，上部更換一個活塞式換能器；
如果測量裸露的完整的巖石巖芯，滾動的換能器就不適合了，這時需要更換換一組活塞式的換能器（見下右圖）。
上左圖是測量塑料套筒內(nèi)的沉積物巖芯的P波速度，上右圖是測量裸露巖石的P波速度。
4. 伽瑪密度Gamma Density (GD)
伽馬密度是通過測量伽瑪射線穿透巖芯后的衰減而得到的。137-Cs伽瑪源安裝在鉛容器里，通過一個小孔，小孔處有2.5mm或者5mm的瞄準器（調(diào)整器），產(chǎn)生一束很細的伽瑪射線，穿透巖芯。巖芯的另一面安裝了一個伽瑪射線探測器，可以測量透過射線的強度，計算出巖芯的伽瑪密度。精度優(yōu)于1%（取決于計數(shù)時間和巖芯狀況）。廠家可以提供2個鋁制密度校準樣品（適用于完整巖芯和剖開巖芯校準）。
伽馬密度傳感器根據(jù)需要可以水平安裝也可以垂直安裝。
上左圖為水平安裝的伽馬密度傳感器，右圖為垂直安裝
5. 磁化率Magnetic susceptibility (MS)
有2種傳感器；一種是環(huán)形傳感器，完整的巖芯穿過環(huán)形傳感器進行測量（下左圖）；另一個是點式傳感器，用于測量水平放置的剖開的巖芯（下右圖）。Bartington MS2E 點式傳感器的分辨率優(yōu)于5mm。廠家提供校準/檢測標準品。只有點式傳感器可用于MSCL-XYZ系統(tǒng)。
環(huán)狀磁化率傳感器 點狀磁化率傳感器
6. 彩色光學線性掃描成像系統(tǒng)Colour line scan camera imaging system（彩色照相）
一個5K像素CCD的線性掃描光學成像系統(tǒng)，既可單獨用于MSCL-CIS上，也可用于在MSCL-S、MSCL-XZ、MSCL-XYZ和MSCL-XRF上操作。入射的光線通過相機內(nèi)一個紅、綠、藍三色過濾器，產(chǎn)生真正的RGB三色分離。標準圖像的分辨率為25μm（400ppcms）、50μm（200 ppcms）和100μm（100ppcms）。沿巖芯方向每一個顏色通道的RGB分析數(shù)據(jù)標準分辨率為0.1mm，使沉積物巖芯的精細分層結構的微觀分析成為現(xiàn)實。
在MSCL-XYZ系統(tǒng)上使用該成像系統(tǒng)的優(yōu)勢是可以同時搭載多個巖芯，并且成像過程不須人照看。成像速度是每3分鐘拍攝1.5m長的巖芯。
客戶可選配紫外成像功能，用于檢測沉積物巖芯內(nèi)的原油石油烴類物質(zhì)，還可以用于掃描珊瑚、碳酸鹽、石筍、貝殼、巖石巖芯、冰芯等。（如果選購了紫外成像功能，與上述可見光源集成在一起）
高清照相（可見光源） 高清照相（可見光源+紫外光源）
上圖是高清成像，并拼接成連續(xù)的圖片
7. 電阻率（ER-Electrical Resistivity）
ER傳感器是一種非接觸式的感應傳感器，用于測量儲存在塑料管中的巖芯。多孔含鹽水的巖芯的電阻率容易變化，如果跟伽瑪密度數(shù)據(jù)結合，能夠推算與晶粒尺寸（grain size related lithological information）相關的巖芯信息。標定使用已知電阻的標準鹽水。電阻率的空間分辨率為2-4cm，巖芯的大小和質(zhì)量對其有影響。
非接觸式電阻率傳感器
8. 彩色分光光度計Colour Spectrophotometer（顏色光譜）
彩色分光光度計用于精確的分析400nm和700nm之間的光譜（間隔10nm）。傳感器的頭部接觸在覆蓋有很薄的塑料薄膜（clingfilm或其他薄膜）的巖芯表面，進行準確的顏色分析，空間分辨率為3mm（需要使用一個3mm直徑的光圈SAV，普通光圈MAV為直徑8mm）。數(shù)據(jù)可以用來報告孟賽爾顏色系統(tǒng)（Munsell colours）（如果需要）?；蛘弋敳恍枰呔鹊墓鈱W成像時，產(chǎn)生一個模擬色的巖芯圖像。
中間為顏色光譜，左邊為高分辨率XRF，右邊為點狀磁化率MS2E
9. 自然伽瑪射線傳感器Natural Gamma Radiation (NGR)
自然情況下沉積物和巖石里的自然伽瑪放射水平是比較低的，需要較長時間的測量時間。（尤其是如果需要采集譜信息）。因此Geotek公司將自然伽瑪傳感器安裝在一個標準的巖芯軌道系統(tǒng)MSCL-S上，或者作為一個獨立測量儀器MSCL-NG。空間分辨率能達8-10cm。
左側(cè)：安裝在MSCL-S系統(tǒng)中的自然伽瑪傳感器，右側(cè)：獨立的自然伽瑪測量系統(tǒng)MSCL-NG
NGR傳感器系統(tǒng)可使用最多3個2”*2”或3”*3” NaI(Tl) 碘化鈉鉈探測器，可以進行全部1024通道的譜測量（0-3Mev）或者在用戶設定好的時間間隔內(nèi)進行簡單的總輻射計數(shù)測量?？傒椛溆嫈?shù)可以用來對巖芯中粘土礦物及頁巖礦物含量進行評估，還可以用來進行巖石鉆孔相關性的研究。如果用戶有合適的標準巖芯（已知K、U和Th的含量），在譜模式下獲得的數(shù)據(jù)可以來計算和估計K、U和Th等元素的相對含量分布情況。要獲得譜數(shù)據(jù)，需要更長的輻射計數(shù)時間。
10、可見光近紅外光譜儀（Vis/NIR Spectrometer）
用于完整或剖開的巖芯，測量巖芯在波長350-2500nm之間的光譜反射率，對巖芯中礦物成分進行識別。
可見光近紅外地物光譜
11、高光譜成像傳感器（VNIR/SNIR Hyperspectral Camera）
高光譜成像傳感器（SpecCam 4）可以對巖芯表面進行實時的紅外光譜掃描，獲取巖芯樣品的實時高密度的高光譜圖像數(shù)據(jù)集。用于完整或剖開的巖芯，可以對礦物進行識別，并進行半定量的礦物分析，獲取整個巖芯的礦物分布圖以及礦物學特征，空間分辨率高達 0.5mm，像素尺寸小至0.5mm。
MSCL-S 集成有高光譜成像傳感器 SpecCam4
高光譜成像傳感器可以產(chǎn)生連續(xù)的、完整的、覆蓋整個巖芯表面的紅外掃描數(shù)據(jù)。與點狀采樣技術（比如：ASD 地物光譜）相比，高光譜成像的生產(chǎn)效率更高、數(shù)據(jù)密度更大、可以更加詳細的顯示礦物的細節(jié)。
Geotek 公司同時還提供高光譜礦物分析軟件授權和數(shù)據(jù)庫（USGS 和 Aster 光譜數(shù)據(jù)庫），并提供技術支持來協(xié)助用戶進行處理和解譯，進行自動礦物識別以及定量分析。
高光譜的應用：
油氣工業(yè)
?確定流體和固態(tài)碳氫化合物的分布
?鑒別和半定量膨脹和非膨脹黏土、碳酸鹽和硫酸鹽
?識別取芯井段
?制定更好的取芯計劃
礦物勘探
?礦物分布繪圖，識別溫度和化學分區(qū)
?提供礦物豐度和比例信息，如：黏土比例、角礫巖和礫巖大晶體
?區(qū)分風化和蝕變黏土
?識別石棉礦物
?區(qū)分蛇紋石群、云母、高嶺土、綠泥石等
礦物學鑒定:
?定量每一種黏土類型
?獲取總黏土含量
?鑒別高嶺土，如低-高結晶度，多水高嶺土，二重高嶺土
?綠泥石中的Fe/Mg
?伊利石和云母中的細微成分變化
?蛇紋石群-利蛇紋石和蛇紋石板
?硫酸鹽-明礬石，黃鉀鐵礬，硼酸鹽，綠泥石
?識別伊利石類型，并區(qū)分1 M和2 M類型以幫助確定自生/碎屑來源
?識別伊利石/蒙脫石比率，以提供關于溫度歷史的信息
?蒙脫石區(qū)分并識別Fe, Mg 和Ca類型
?識別云母類型，如鈉云母，白云母，多硅白云母
?識別蝕變黏土礦物
?確定不同的碳酸鹽種類，如：方解石、白云石等
12、手持式 XRF 化學元素傳感器
（1）手持式XRF傳感器：Olympus Delta Professional XRF
技術原理：能量散射X射線熒光光譜分析法（EDXRF)X 射線源：4W/40kV， Rh 陽極探測器：SDD 硅漂移檢測器元素測量范圍：Mg-U空間分辨率：1cm部分化學元素檢測限ppm：Mg＜1%、Al＜0.5%、Si＜0.5%、P 800-1500、S150-300、K40-60、Ca25-40Ti 7-15、Mn10、Fe10、Rb1-3、Sr1-3、Mo1-3、Ag40-50、Zr1-3、Pb2-4、U2-4測量過程中不使用氦氣。
（手持式Delta XRF+磁化率MS2E）
（2）手持式XRF傳感器：Olympus Vanta XRF
技術原理：能量散射X射線熒光光譜分析法（EDXRF)X 射線源：
Vanta C 型號：4W/40kV， Rh 陽極Vanta M 型號：4W/50kV， Rh 陽極
探測器： SDD 硅漂移檢測器元素測量范圍：Mg-U空間分辨率：1cm部分化學元素檢測限ppm：Mg＜3000、Al ＜400 、Si＜400、P＜50 、S＜50 、Cl＜50、K＜25、Ca＜25、Ti＜25、Cr＜10、 Mn＜5、 Fe＜5、Rb＜5、Sr＜5、Mo＜5、Pb＜5、U＜5測量過程中不使用氦氣。
（Vanta C手持式XRF）
13、高分辨率XRF化學元素濃度傳感器
全新的空間結構設計，X 射線源和 XRF 檢測器距離巖芯表面非常近。巖芯表面和 XRF 檢測器之間充滿了氦氣，避免了空氣對 XRF 信號較強的阻擋和吸收效應。
XRF 檢測器有效檢測區(qū)域為 30mm2（平方毫米）。
XRF 傳感器表面采用精密的狹縫結構，客戶通過軟件設置狹縫的開口尺寸（0.1mm、1mm、10mm），可以把非測量區(qū)域因為 XRF 的 Bloom 效應導致的干擾信號完全屏蔽掉，Bloom 效應最小，背景噪音最低，極大的提高了目標檢測區(qū)域的檢測限（明顯優(yōu)于其它同類產(chǎn)品），對較輕的元素（Na，Mg，Al，Si）的靈敏度明顯提高。
能夠記錄從 Na~U 范圍內(nèi)的元素的 XRF 光譜特征。
高分辨率 Geotek XRF 傳感器
MSCL-S 各個傳感器的技術指標：
1、溫度 Temperature:
精度: 0.2?C
分辨率: 0.01?C
2、巖芯厚度 Core Thickness （激光法）:
分辨率: 0.01 mm
沿著巖芯軸方向的空間分辨率: < 0.1 cm
3、P 波 P-Wave Velocity:
中心頻率: 230 kHz
時間分辨率: 50 ns
聲速精度:約 0.5% （取決于巖芯的厚度；取決于巖芯與外筒的距離和接觸等）
沿著巖芯軸方向的空間分辨率: 1 cm
4、伽瑪密度 Gamma Density:
伽瑪射線源: Cs-137
射線寬度: 2.5 mm 和 5 mm（可選）
密度精度: 約 1% (決定于計數(shù)時間)
沿著巖芯軸方向的空間分辨率: 1 cm（射線寬度 5 mm 時）；0.5 cm（射線寬度 2.5 mm 時）
5、磁化率 Magnetic Susceptibility:
精度: 約 5%
分辨率：1×10^-6 和 10×10^-6 cgs
環(huán)狀傳感器沿著巖芯軸方向的空間分辨率:2-4 cm（決定于環(huán)的內(nèi)徑和巖芯的外徑）
點狀傳感器沿著巖芯軸方向的空間分辨率：0.5 cm
6、電阻率 Electrical Resistivity:
范圍: 0.1 到 10 歐姆·米
沿著巖芯軸方向的空間分辨率: 約 2 cm
7、顏色光譜 Colour Spectroscopy:
光譜范圍: 400-700 nm
波長間隔: 10 nm
測量光圈: 8mm (MAV)和 3mm (SAV)
8、光學線性掃描系統(tǒng)（彩色照相）GeoscanLine Scan imaging system:
傳感器： 5K 像素 CCD 線性傳感器陣
光源：LED 可見光或紫外光
相機控制：自動聚焦，數(shù)字控制光圈和光強度
圖像分辨率：標準 25, 50 或 100μm
圖像格式：48 bit TIFF（MSCL 軟件可轉(zhuǎn)換成其他圖像格式，如 24 位 JPEG)
掃描速度：標準分辨率（50μm）下掃描時間為 3 分鐘/米；分辨率為 25μm 時，掃描時間為 6 分鐘/米。
相機移動：全自動移動，線性精度 0.002mm
9、自然伽瑪射線傳感器 Natural GammaRadiation (NGR)：
傳感器數(shù)量：最多 3 個
傳感器：碘化鈉鉈探測器
通道數(shù)量：1024 個
能量范圍：0-3000 keV
沿著巖芯軸方向的空間分辨率: 8-10 cm
輸出數(shù)據(jù)：總輻射/秒；譜數(shù)據(jù)
10、高精度 XRF 化學元素濃度傳感器（XRFElements)：
XRF 測量技術：非接觸式能量色散 X 射線熒光光譜分析法（EDXRF）掃描
X 射線源：15W/50kV，Rh 陽極（可以探測 S元素），空氣冷卻
檢測器： SDD 硅漂移檢測器, 有效檢測面積30mm x 0.45μm，分辨率低至 129eV (5.9keV，Mn-Ka，8μm 鈹窗口)
工作方式：非接觸式掃描
適合巖芯寬度：50～150mm，最大長度 155cm
沿著巖芯軸方向的空間分辨率:0.1-10mm橫向測量點寬度：5、10、15mm
XRF檢測器能量范圍：1-30keV .
元素測量范圍：Na 到 U 之間的元素
部分元素最低檢測限（ppm）：
氦氣使用：Ca 以上的元素不需要使用氦氣；Na 到 Ca 之間較輕的元素需推薦使用氦氣（Na,Mg, Al, Si,P, S, Cl , K, Ca），流量：Helium:5-10ml/分鐘, 純度 99.5%。實驗證明，氦氣能極大的提高信號強度（counts），比如 Mg 提高11 倍，Al 提高 7 倍，Si 提高 5 倍。
11、手持式XRF傳感器: Olympus XRF：
XRF 測量技術：能量色散 X 射線熒光光譜分析法（EDXRF）掃描
探測器： SDD 硅漂移探測器
空間分辨率：1cm
不使用氦氣
元素測量范圍：Mg-U
（1）Delta 型號
X 射線源：4W/40kV，Rh 陽極部分化學元素檢測限：Mg＜1%、Al＜0.5%、Si＜0.5%、P800-1500、S150-300、K40-60、Ca25-40、Ti 7-15、Mn10、Fe10、Rb1-3、Sr1-3、Mo1-3、Ag40-50、Zr1-3, Pb2-4、U2-4
（2）Vanta 型號
X 射線源：Vanta C 型號：4W/8-40kV， Rh 陽極Vanta M 型號：4W/8-50kV， Rh 陽極部分化學元素檢測限ppm：Mg＜3000、Al ＜400 、Si＜400、P＜50 、S＜50 、Cl＜50、K＜25、Ca＜25、Ti＜25、Cr＜10、 Mn＜5、 Fe＜5、Rb＜5、Sr＜5、Mo＜5、Pb＜5、U＜5
12、可見光近紅外光譜儀（Vis/NIRSpectrometer）
波長范圍：350 - 2500 nm
采樣時間： 100ms；
波長精度：+/-1nm
VNIR檢測器：(350-1000 nm) 512通道硅陣列
SWIR 1 & 2檢測器：(1000-1800nm) &(1800-2500 nm) 2個InGaAs探測器
采樣間隔： 1.4nm(350-1000nm)
2nm(1000-2500nm)
光譜分辨率：3nm@700nm
6nm@1400nm6nm@2100nm
13、高光譜成像傳感器（VNIR/SNIRHyperspectral Camera）
光譜范圍：400--2500nm
光譜分辨率：1nm@2200nm
標準成像分辨率：0.52mm×3mm
連續(xù)覆蓋最高分辨率：0.5mm×0.5mm
掃描速度：速度為 1m/小時（連續(xù)覆蓋），速度為4m/小時（標準分辨率）
軟件和數(shù)據(jù)庫：定制的光譜數(shù)據(jù)庫和解釋軟件，包含USGS和Aster光譜數(shù)據(jù)庫的光譜。
數(shù)據(jù)輸出格式：CSV和ENVI或Tiff格式校準反射率圖像
附錄1：如何選擇最合適的環(huán)形磁化率傳感器？
用于測量圓形的整個巖芯的磁化率需要使用環(huán)形的傳感器，傳感器的內(nèi)徑與巖芯最貼近時，測量的數(shù)據(jù)質(zhì)量最好。實際工作中，傳感器內(nèi)徑比巖芯外徑大 5 毫米時，效果最好。注意，這里我們提到的巖芯的外筒的外徑是正圓的（沒有形變），兩端的蓋子被取下來。如果巖芯的尺寸大小不一的時候，最好使用不同內(nèi)徑的傳感器。
大多數(shù)研究所測量的巖芯的直徑僅有 1 或 2 種。如果僅需要測量一種直徑的巖芯，在使用者獲得很多經(jīng)驗之前，建議選擇稍大直徑的環(huán)形換能器，能讓最大巖芯（帶著蓋子）穿過磁化率傳感器。
標準的環(huán)形換能器的直徑（毫米）：
30, 36, 40, 45, 47, 50, 60, 70, 72, 80, 85, 90, 93, 100, 110, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 146, 150,160 ,162
舉例：如果最大巖芯（包括蓋子）的直徑是 132 毫米，應該選擇 140 毫米的環(huán)形傳感器。注意：如果選擇 135 毫米的傳感器，將會比較困難操作，巖芯可能無法進入環(huán)形傳感器。
當巖芯的直徑比環(huán)形換能器的內(nèi)徑小很多時，數(shù)據(jù)的可以通過環(huán)形內(nèi)徑與巖芯外徑之比進行修正，數(shù)據(jù)質(zhì)量不會受很大影響。但是順著巖芯方向的空間分辨率稍差。
客戶也可以選擇購買幾個不同直徑的傳感器。
附錄2：自然伽瑪射線－巖芯的尺寸與屏蔽的選擇。
在自然伽瑪射線測量系統(tǒng)中，巖芯通過安裝有3個探測器的中央屏蔽罩來進行工作，屏蔽罩的尺寸應當非常接近巖芯的尺寸，達到良好的屏蔽效果，因此，用戶需要提供需要測量的巖芯的直徑（包括套管端蓋的尺寸），如果需要測量多種尺寸的巖芯，那么就要為每一個尺寸購買一個合適的屏蔽罩。
注意：自然伽瑪最大可測量的巖芯直徑為130mm。對于直徑為155mm的巖芯，需購買大號傳感器安裝座。對于裸露的巖石巖芯需要使用巖芯托盤，可從Geotek進行購買。
附錄3：MSCL-S對實驗室環(huán)境需求（標準型）
根據(jù)設備的配置不同，可以按不同的方式放置，無論何種方式，最好靠墻放置，主機單元和計算機安置在系統(tǒng)最右端的工作臺上，可以避免受水和油的影響。
實驗室最小空間要求：長4.5到5米，寬2.5到4米。建議布置示意圖如下：
- 2023-12-08MSCL-S 巖芯綜合測試系統(tǒng)（標準型）