MSCL-S 岩芯综合测试系统（标准型）
型 号：MSCL-S
原产地：英国Geotek
用 途：MSCL-S可测量完整的岩芯和剖开的岩芯，应用于海底沉积物柱状样、湖泊沉积物柱状样、岩石岩芯等。其特点是不破坏样品，多种测量同步、快速、准确、高效率、全自动的测量。
岩芯综合测试系统（标准型）
MSCL-S
MSCL-S标准型岩芯综合测试系统是英国GEOTEK公司生产的MSCL（Multi-Sensor Core Logger岩芯综合测试系统，又称多参数岩芯扫描仪）系列10种MSCL之一（见上面的产品一览表），且是其中最畅销的一种型号。MSCL-S可测量完整的岩芯和剖开的岩芯，应用于海底沉积物柱状样、湖泊沉积物柱状样、岩石岩芯等。其特点是不破坏样品，多种测量同步、快速、准确、高效率、全自动的测量。
MSCL-S标准型岩芯综合测试系统最多可集成全部下列10种传感器：1、P波速度
2、伽玛密度
3、电阻率
4、磁化率（点状和环状）
5、颜色光谱
6、可见光近红外地物光谱
7、高分辨率光学表面扫描、紫外光成像
8、高分辨率XRF元素浓度（或手持式XRF元素浓度）
9、自然伽玛辐射
10、高光谱成像
MSCL-S标准型
MSCL-S标准型系统是MSCL系列产品中功能强大、集成传感器最多、灵活性最高、用户数量最多的一种，可用于实验室中和海上调查船。通常是带支架放置在地板上，也可以安装在桌面上。岩芯被放在搭载轨道上，推进系统推动岩芯依次经过固定的各个传感器，完成测量过程，岩芯的长度可通过一个激光器自动测量。一个岩芯测试完毕后，软件会提示用户放入第二个岩芯。一个完整的岩芯可以被连续的测量，原始数据和处理好的数据可以图形化的现实在电脑上。
MSCL-S标准型系统可以对长达1.55m（直径在50到150mm之间）的岩芯进行测量，空间分辨率可以小到几个毫米。用户可以选择需要分析的性质，并设置对应的空间分辨率，并随时更改。MSCL是全自动设备，通过Windows平台的控制软件来控制，操作简单，得到的数据可以实时显示并进行后处理。原始或处理后的数据都可以保存在磁盘里，并输出到其它的软件进行分析。
MSCL-S标准型
MSCL-S的结构示意图（正视图）
上左图是 MSCL-S 分析完整的岩石岩芯，右图是分析剖开的沉积物岩芯
MSCL-S（标准型）安装在实验室内
高分辨率 Geotek XRF 应用到 MSCL-S 系统中（中科院南海所）
上图为安装于国家海洋局第一海洋研究所的MSCL-S系统
上图为安装于英国国家海洋中心的 MSCL-S
上图为高分辨率XRF应用到MSCL-S标准型扫描系统（青岛海地所）
下面是各个传感器的详细介绍：
1. 岩芯厚度Core thickness
采用一对固定在P波传感器上的位移传感器，测量岩芯厚度（直径）的分辨率为0.01mm。也可以选择激光测距仪。
2. 温度Temperature
这种测量方法是通过使用PRT探针，可以来监测实验室的温度或者将其插入到每个岩芯内。温度分辨率可达0.01℃。
3. P波速度P-wave velocity (PWV)
通过使用Acoustic ARC(Rolling Contact旋转接触式P波传感器)换能器来测量P波速度，专门为完整的装在套管中的岩芯测量而设计，换能器安装在弹性支架上，可旋转并与岩芯充分接触，声波主频率在230kHz左右（下左图）。ARC旋转声波换能器器的优势在于不需要声波传导液，声波的传导可以连续、稳定、高效。时间测量的精度为50ns, 速度精度在0.5%左右（和岩芯厚度有关）；校准的方法是使用一段充满已知温度和声速的蒸馏水的岩芯套筒。
如果测量剖开的套管中岩芯，可在底部使用一个静止的ARC换能器，上部更换一个活塞式换能器；
如果测量裸露的完整的岩石岩芯，滚动的换能器就不适合了，这时需要更换换一组活塞式的换能器（见下右图）。
上左图是测量塑料套筒内的沉积物岩芯的P波速度，上右图是测量裸露岩石的P波速度。
4. 伽玛密度Gamma Density (GD)
伽马密度是通过测量伽玛射线穿透岩芯后的衰减而得到的。137-Cs伽玛源安装在铅容器里，通过一个小孔，小孔处有2.5mm或者5mm的瞄准器（调整器），产生一束很细的伽玛射线，穿透岩芯。岩芯的另一面安装了一个伽玛射线探测器，可以测量透过射线的强度，计算出岩芯的伽玛密度。精度优于1%（取决于计数时间和岩芯状况）。厂家可以提供2个铝制密度校准样品（适用于完整岩芯和剖开岩芯校准）。
伽马密度传感器根据需要可以水平安装也可以垂直安装。
上左图为水平安装的伽马密度传感器，右图为垂直安装
5. 磁化率Magnetic susceptibility (MS)
有2种传感器；一种是环形传感器，完整的岩芯穿过环形传感器进行测量（下左图）；另一个是点式传感器，用于测量水平放置的剖开的岩芯（下右图）。Bartington MS2E 点式传感器的分辨率优于5mm。厂家提供校准/检测标准品。只有点式传感器可用于MSCL-XYZ系统。
环状磁化率传感器 点状磁化率传感器
6. 彩色光学线性扫描成像系统Colour line scan camera imaging system（彩色照相）
一个5K像素CCD的线性扫描光学成像系统，既可单独用于MSCL-CIS上，也可用于在MSCL-S、MSCL-XZ、MSCL-XYZ和MSCL-XRF上操作。入射的光线通过相机内一个红、绿、蓝三色过滤器，产生真正的RGB三色分离。标准图像的分辨率为25μm（400ppcms）、50μm（200 ppcms）和100μm（100ppcms）。沿岩芯方向每一个颜色通道的RGB分析数据标准分辨率为0.1mm，使沉积物岩芯的精细分层结构的微观分析成为现实。
在MSCL-XYZ系统上使用该成像系统的优势是可以同时搭载多个岩芯，并且成像过程不须人照看。成像速度是每3分钟拍摄1.5m长的岩芯。
客户可选配紫外成像功能，用于检测沉积物岩芯内的原油石油烃类物质，还可以用于扫描珊瑚、碳酸盐、石笋、贝壳、岩石岩芯、冰芯等。（如果选购了紫外成像功能，与上述可见光源集成在一起）
高清照相（可见光源） 高清照相（可见光源+紫外光源）
上图是高清成像，并拼接成连续的图片
7. 电阻率（ER-Electrical Resistivity）
ER传感器是一种非接触式的感应传感器，用于测量储存在塑料管中的岩芯。多孔含盐水的岩芯的电阻率容易变化，如果跟伽玛密度数据结合，能够推算与晶粒尺寸（grain size related lithological information）相关的岩芯信息。标定使用已知电阻的标准盐水。电阻率的空间分辨率为2-4cm，岩芯的大小和质量对其有影响。
非接触式电阻率传感器
8. 彩色分光光度计Colour Spectrophotometer（颜色光谱）
彩色分光光度计用于精确的分析400nm和700nm之间的光谱（间隔10nm）。传感器的头部接触在覆盖有很薄的塑料薄膜（clingfilm或其他薄膜）的岩芯表面，进行准确的颜色分析，空间分辨率为3mm（需要使用一个3mm直径的光圈SAV，普通光圈MAV为直径8mm）。数据可以用来报告孟赛尔颜色系统（Munsell colours）（如果需要）。或者当不需要高精度的光学成像时，产生一个模拟色的岩芯图像。
中间为颜色光谱，左边为高分辨率XRF，右边为点状磁化率MS2E
9. 自然伽玛射线传感器Natural Gamma Radiation (NGR)
自然情况下沉积物和岩石里的自然伽玛放射水平是比较低的，需要较长时间的测量时间。（尤其是如果需要采集谱信息）。因此Geotek公司将自然伽玛传感器安装在一个标准的岩芯轨道系统MSCL-S上，或者作为一个独立测量仪器MSCL-NG。空间分辨率能达8-10cm。
左侧：安装在MSCL-S系统中的自然伽玛传感器，右侧：独立的自然伽玛测量系统MSCL-NG
NGR传感器系统可使用最多3个2”*2”或3”*3” NaI(Tl) 碘化钠铊探测器，可以进行全部1024通道的谱测量（0-3Mev）或者在用户设定好的时间间隔内进行简单的总辐射计数测量。总辐射计数可以用来对岩芯中粘土矿物及页岩矿物含量进行评估，还可以用来进行岩石钻孔相关性的研究。如果用户有合适的标准岩芯（已知K、U和Th的含量），在谱模式下获得的数据可以来计算和估计K、U和Th等元素的相对含量分布情况。要获得谱数据，需要更长的辐射计数时间。
10、可见光近红外光谱仪（Vis/NIR Spectrometer）
用于完整或剖开的岩芯，测量岩芯在波长350-2500nm之间的光谱反射率，对岩芯中矿物成分进行识别。
可见光近红外地物光谱
11、高光谱成像传感器（VNIR/SNIR Hyperspectral Camera）
高光谱成像传感器（SpecCam 4）可以对岩芯表面进行实时的红外光谱扫描，获取岩芯样品的实时高密度的高光谱图像数据集。用于完整或剖开的岩芯，可以对矿物进行识别，并进行半定量的矿物分析，获取整个岩芯的矿物分布图以及矿物学特征，空间分辨率高达 0.5mm，像素尺寸小至0.5mm。
MSCL-S 集成有高光谱成像传感器 SpecCam4
高光谱成像传感器可以产生连续的、完整的、覆盖整个岩芯表面的红外扫描数据。与点状采样技术（比如：ASD 地物光谱）相比，高光谱成像的生产效率更高、数据密度更大、可以更加详细的显示矿物的细节。
Geotek 公司同时还提供高光谱矿物分析软件授权和数据库（USGS 和 Aster 光谱数据库），并提供技术支持来协助用户进行处理和解译，进行自动矿物识别以及定量分析。
高光谱的应用：
油气工业
确定流体和固态碳氢化合物的分布
鉴别和半定量膨胀和非膨胀黏土、碳酸盐和硫酸盐
识别取芯井段
制定更好的取芯计划
矿物勘探
矿物分布绘图，识别温度和化学分区
提供矿物丰度和比例信息，如：黏土比例、角砾岩和砾岩大晶体
区分风化和蚀变黏土
识别石棉矿物
区分蛇纹石群、云母、高岭土、绿泥石等
矿物学鉴定:
定量每一种黏土类型
获取总黏土含量
鉴别高岭土，如低-高结晶度，多水高岭土，二重高岭土
绿泥石中的Fe/Mg
伊利石和云母中的细微成分变化
蛇纹石群-利蛇纹石和蛇纹石板
硫酸盐-明矾石，黄钾铁矾，硼酸盐，绿泥石
识别伊利石类型，并区分1 M和2 M类型以帮助确定自生/碎屑来源
识别伊利石/蒙脱石比率，以提供关于温度历史的信息
蒙脱石区分并识别Fe, Mg 和Ca类型
识别云母类型，如钠云母，白云母，多硅白云母
识别蚀变黏土矿物
确定不同的碳酸盐种类，如：方解石、白云石等
12、手持式 XRF 化学元素传感器
（1）手持式XRF传感器：Olympus Delta Professional XRF
技术原理：能量散射X射线荧光光谱分析法（EDXRF)X 射线源：4W/40kV， Rh 阳极探测器：SDD 硅漂移检测器元素测量范围：Mg-U空间分辨率：1cm部分化学元素检测限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测量过程中不使用氦气。
（手持式Delta XRF+磁化率MS2E）
（2）手持式XRF传感器：Olympus Vanta XRF
技术原理：能量散射X射线荧光光谱分析法（EDXRF)X 射线源：
Vanta C 型号：4W/40kV， Rh 阳极Vanta M 型号：4W/50kV， Rh 阳极
探测器： SDD 硅漂移检测器元素测量范围：Mg-U空间分辨率：1cm部分化学元素检测限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测量过程中不使用氦气。
（Vanta C手持式XRF）
13、高分辨率XRF化学元素浓度传感器
全新的空间结构设计，X 射线源和 XRF 检测器距离岩芯表面非常近。岩芯表面和 XRF 检测器之间充满了氦气，避免了空气对 XRF 信号较强的阻挡和吸收效应。
XRF 检测器有效检测区域为 30mm2（平方毫米）。
XRF 传感器表面采用精密的狭缝结构，客户通过软件设置狭缝的开口尺寸（0.1mm、1mm、10mm），可以把非测量区域因为 XRF 的 Bloom 效应导致的干扰信号完全屏蔽掉，Bloom 效应最小，背景噪音最低，极大的提高了目标检测区域的检测限（明显优于其它同类产品），对较轻的元素（Na，Mg，Al，Si）的灵敏度明显提高。
能够记录从 Na~U 范围内的元素的 XRF 光谱特征。
高分辨率 Geotek XRF 传感器
MSCL-S 各个传感器的技术指标：
1、温度 Temperature:
精度: 0.2˚C
分辨率: 0.01˚C
2、岩芯厚度 Core Thickness （激光法）:
分辨率: 0.01 mm
沿着岩芯轴方向的空间分辨率: < 0.1 cm
3、P 波 P-Wave Velocity:
中心频率: 230 kHz
时间分辨率: 50 ns
声速精度:约 0.5% （取决于岩芯的厚度；取决于岩芯与外筒的距离和接触等）
沿着岩芯轴方向的空间分辨率: 1 cm
4、伽玛密度 Gamma Density:
伽玛射线源: Cs-137
射线宽度: 2.5 mm 和 5 mm（可选）
密度精度: 约 1% (决定于计数时间)
沿着岩芯轴方向的空间分辨率: 1 cm（射线宽度 5 mm 时）；0.5 cm（射线宽度 2.5 mm 时）
5、磁化率 Magnetic Susceptibility:
精度: 约 5%
分辨率：1×10^-6 和 10×10^-6 cgs
环状传感器沿着岩芯轴方向的空间分辨率:2-4 cm（决定于环的内径和岩芯的外径）
点状传感器沿着岩芯轴方向的空间分辨率：0.5 cm
6、电阻率 Electrical Resistivity:
范围: 0.1 到 10 欧姆·米
沿着岩芯轴方向的空间分辨率: 约 2 cm
7、颜色光谱 Colour Spectroscopy:
光谱范围: 400-700 nm
波长间隔: 10 nm
测量光圈: 8mm (MAV)和 3mm (SAV)
8、光学线性扫描系统（彩色照相）GeoscanLine Scan imaging system:
传感器： 5K 像素 CCD 线性传感器阵
光源：LED 可见光或紫外光
相机控制：自动聚焦，数字控制光圈和光强度
图像分辨率：标准 25, 50 或 100μm
图像格式：48 bit TIFF（MSCL 软件可转换成其他图像格式，如 24 位 JPEG)
扫描速度：标准分辨率（50μm）下扫描时间为 3 分钟/米；分辨率为 25μm 时，扫描时间为 6 分钟/米。
相机移动：全自动移动，线性精度 0.002mm
9、自然伽玛射线传感器 Natural GammaRadiation (NGR)：
传感器数量：最多 3 个
传感器：碘化钠铊探测器
通道数量：1024 个
能量范围：0-3000 keV
沿着岩芯轴方向的空间分辨率: 8-10 cm
输出数据：总辐射/秒；谱数据
10、高精度 XRF 化学元素浓度传感器（XRFElements)：
XRF 测量技术：非接触式能量色散 X 射线荧光光谱分析法（EDXRF）扫描
X 射线源：15W/50kV，Rh 阳极（可以探测 S元素），空气冷却
检测器： SDD 硅漂移检测器, 有效检测面积30mm x 0.45μm，分辨率低至 129eV (5.9keV，Mn-Ka，8μm 铍窗口)
工作方式：非接触式扫描
适合岩芯宽度：50～150mm，最大长度 155cm
沿着岩芯轴方向的空间分辨率:0.1-10mm横向测量点宽度：5、10、15mm
XRF检测器能量范围：1-30keV .
元素测量范围：Na 到 U 之间的元素
部分元素最低检测限（ppm）：
氦气使用：Ca 以上的元素不需要使用氦气；Na 到 Ca 之间较轻的元素需推荐使用氦气（Na,Mg, Al, Si,P, S, Cl , K, Ca），流量：Helium:5-10ml/分钟, 纯度 99.5%。实验证明，氦气能极大的提高信号强度（counts），比如 Mg 提高11 倍，Al 提高 7 倍，Si 提高 5 倍。
11、手持式XRF传感器: Olympus XRF：
XRF 测量技术：能量色散 X 射线荧光光谱分析法（EDXRF）扫描
探测器： SDD 硅漂移探测器
空间分辨率：1cm
不使用氦气
元素测量范围：Mg-U
（1）Delta 型号
X 射线源：4W/40kV，Rh 阳极部分化学元素检测限：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 型号
X 射线源：Vanta C 型号：4W/8-40kV， Rh 阳极Vanta M 型号：4W/8-50kV， Rh 阳极部分化学元素检测限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、可见光近红外光谱仪（Vis/NIRSpectrometer）
波长范围：350 - 2500 nm
采样时间： 100ms；
波长精度：+/-1nm
VNIR检测器：(350-1000 nm) 512通道硅阵列
SWIR 1 & 2检测器：(1000-1800nm) &(1800-2500 nm) 2个InGaAs探测器
采样间隔： 1.4nm(350-1000nm)
2nm(1000-2500nm)
光谱分辨率：3nm@700nm
6nm@1400nm6nm@2100nm
13、高光谱成像传感器（VNIR/SNIRHyperspectral Camera）
光谱范围：400--2500nm
光谱分辨率：1nm@2200nm
标准成像分辨率：0.52mm×3mm
连续覆盖最高分辨率：0.5mm×0.5mm
扫描速度：速度为 1m/小时（连续覆盖），速度为4m/小时（标准分辨率）
软件和数据库：定制的光谱数据库和解释软件，包含USGS和Aster光谱数据库的光谱。
数据输出格式：CSV和ENVI或Tiff格式校准反射率图像
附录1：如何选择最合适的环形磁化率传感器？
用于测量圆形的整个岩芯的磁化率需要使用环形的传感器，传感器的内径与岩芯最贴近时，测量的数据质量最好。实际工作中，传感器内径比岩芯外径大 5 毫米时，效果最好。注意，这里我们提到的岩芯的外筒的外径是正圆的（没有形变），两端的盖子被取下来。如果岩芯的尺寸大小不一的时候，最好使用不同内径的传感器。
大多数研究所测量的岩芯的直径仅有 1 或 2 种。如果仅需要测量一种直径的岩芯，在使用者获得很多经验之前，建议选择稍大直径的环形换能器，能让最大岩芯（带着盖子）穿过磁化率传感器。
标准的环形换能器的直径（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
举例：如果最大岩芯（包括盖子）的直径是 132 毫米，应该选择 140 毫米的环形传感器。注意：如果选择 135 毫米的传感器，将会比较困难操作，岩芯可能无法进入环形传感器。
当岩芯的直径比环形换能器的内径小很多时，数据的可以通过环形内径与岩芯外径之比进行修正，数据质量不会受很大影响。但是顺着岩芯方向的空间分辨率稍差。
客户也可以选择购买几个不同直径的传感器。
附录2：自然伽玛射线－岩芯的尺寸与屏蔽的选择。
在自然伽玛射线测量系统中，岩芯通过安装有3个探测器的中央屏蔽罩来进行工作，屏蔽罩的尺寸应当非常接近岩芯的尺寸，达到良好的屏蔽效果，因此，用户需要提供需要测量的岩芯的直径（包括套管端盖的尺寸），如果需要测量多种尺寸的岩芯，那么就要为每一个尺寸购买一个合适的屏蔽罩。
注意：自然伽玛最大可测量的岩芯直径为130mm。对于直径为155mm的岩芯，需购买大号传感器安装座。对于裸露的岩石岩芯需要使用岩芯托盘，可从Geotek进行购买。
附录3：MSCL-S对实验室环境需求（标准型）
根据设备的配置不同，可以按不同的方式放置，无论何种方式，最好靠墙放置，主机单元和计算机安置在系统最右端的工作台上，可以避免受水和油的影响。
实验室最小空间要求：长4.5到5米，宽2.5到4米。建议布置示意图如下：
- 2023-12-08MSCL-S 岩芯综合测试系统（标准型）