快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法技术

本发明专利技术公开一种快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，包括如下过程：1)建立裂变径迹体积模型，并由此求得样品中裂变径迹总体积，2)建立磷灰石颗粒体积模型，并由此求得样品中磷灰石颗粒的总体积，3)提出裂变径迹的体积分数，进而提出裂变径迹体积指数的概念，4)根据裂变径迹体积模型和体积指数，建立裂变径迹体积指数与退火率和自发径迹密度之间的关系，5)利用太赫兹时域光谱获得样品的吸收系数，利用吸收系数表征裂变径迹的体积指数。由此，通过太赫兹时域光谱得到样品的裂变径迹退火率和自发径迹密度。

Method for rapidly obtaining apatite fission track annealing rate and spontaneous track density

The invention discloses a rapid annealing rate and spontaneous fission track method for track density, comprises the following steps: 1) the establishment of fission track volume model, and obtained the samples in the total volume of fission track, 2) a volume model of apatite particles, the total volume and thus obtained apatite particles in the sample, 3) proposed the volume fraction of fission track, and then put forward the concept of fission track volume index, 4) according to the fission track volume model and volume index, establish the fission track volume index and annealing rate and the relationship between spontaneous track density, 5) absorption coefficient was obtained using terahertz time-domain spectroscopy, volume index using the absorption coefficient characterization of fission track. Thus, the fission track, annealing rate and spontaneous track density of the samples were obtained by terahertz time-domain spectroscopy.

【技术实现步骤摘要】
快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法
本专利技术涉及低温热年代学中的磷灰石裂变径迹测试方法的研究领域，具体地说，涉及一种快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法。
技术介绍
低温热年代学定年方法是根据岩石矿物中放射性元素的衰变或裂变产物在矿物晶体内的产出和累积来标定岩石的热年龄，即定量确定岩石和矿物在地质历史某一时间或某些时间点所经历的温度，进而重建其所在地质体所经历过的热演化历史。裂变径迹分析技术是建立在238U裂变辐射损伤效应基础上的一种低温热年代学关键技术，利用化学蚀刻揭示并分析裂变径迹，根据裂变径迹长度与温度和加热时间之间复杂的化学动力学关系，建立退火模型，恢复沉积盆地的构造演化史和烃源岩生烃史。在自然状态下，238U自发裂变分裂成2个质量相近的并带有相同正电荷的高能粒子，2个高能粒子相离运动造成晶格的辐射损伤，沿着粒子运动轨迹方向的辐射损伤区即为潜径迹。经过化学蚀刻，潜径迹的直径可由5-10nm增加到1-2μm，可被光学显微镜直接观测，我们将这种蚀刻后可以观测到的径迹称为裂变径迹。目前，对于裂变径迹的形态的描述主要包括“圆柱体”和“椭球体”两类模型，它们对动力学计算的作用的是相同的(参考文献CarlsonWD.AmericanMineralogist，1990，75：1120-1139)。裂变径迹因受到加热而发生衰退的现象被称为退火行为，退火程度用退火率r来表示。式中，L是退火后径迹的测量长度，L0是径迹的初始长度。随着温度的升高，裂变径迹的长度逐渐减小，径迹密度也相应减小。当温度过高时，磷灰石中保留的原始裂变径迹会完全消失，称为完全退火。只有在冷却到某个阀温度时，径迹才会重新积累，这个阀温度称为封闭温度。当温度较低时，磷灰石裂变径迹不会发生退火。因此，裂变径迹的积累或者消失有一个温度范围，称为部分退火带。裂变径迹长度的变化与其经历的温度以及时间存在一定的函数关系，因此可以用于恢复沉积盆地的热历史。进行磷灰石裂变径迹热历史反演之前需要在实验室下测定一系列参数，包括自发径迹密度、封闭径迹长度分布、Dpar值和Dper值等等(Dpar值指反射光下，与磷灰石结晶C轴平行的、与抛光面相交的裂变径迹蚀刻象的最大直径，Dper值指与Dpar垂直的蚀刻象的最大直径)。自发径迹密度用于计算裂变径迹年龄，它可以反映径迹的退火程度，式中，t是裂变径迹年龄，λD是238U总衰变常数，ξ是经验校准因子，ρS是自发径迹密度，Cu是颗粒铀含量。若计算的裂变径迹年龄小于地层年龄，则代表径迹发生退火；若其大于真实地层年龄，则表明有物源区的径迹混入。由于238U自发裂变形成的2个高能粒子可能射出磷灰石晶格，因此可以将裂变径迹分为表面径迹和封闭径迹两种。表面径迹是指与磷灰石颗粒表面相交的径迹，而封闭径迹是指与表面径迹相交的、被蚀刻液蚀刻出来且保存完整的径迹，其记录的是2个裂变粒子的总射程。对封闭径迹的长度分布进行统计研究，可以反映该磷灰石所在地层经历的热历史。不同成分的磷灰石在蚀刻液中的溶解度存在差异，且磷灰石被蚀刻的速率存在各向异性(沿结晶C轴方向更易被蚀刻)，因此会影响裂变径迹年龄及封闭径迹长度的测定，Dpar值是定量表征磷灰石酸溶解度的一个重要指标。Dpar值指反射光下，与磷灰石结晶C轴平行的、与抛光面相交的裂变径迹蚀刻象的最大直径，Dper值指与Dpar垂直的蚀刻象的最大直径。传统方法中，在实验室条件下测定自发径迹密度、封闭径迹长度分布、Dpar值和Dper值等参数时，需要先将磷灰石从岩石样品中筛选出来，然后使用环氧树脂进行颗粒胶结，再对固结后的样品进行粗研磨、抛光和蚀刻，然后才能利用光学显微镜测试上述参数，操作步骤异常繁琐。而且粗研磨和抛光对实验者的操作经验要求较高，一旦疏忽就会产生过多的擦痕，严重影响裂变径迹参数的测定工作。太赫兹时域光谱(THz-TDS)是一种非电离的、无损的透射光谱检测技术，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息。太赫兹波处于微波和远红外之间，分辨率为微米级别，将太赫兹测试得到的时域波进行傅里叶变换，计算样品的吸收系数，能够精确地反映磷灰石颗粒中裂变径迹体积的变化。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种新的快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，该方法提出裂变径迹体积计算模型，建立裂变径迹体积指数与裂变径迹退火率和自发径迹密度之间的函数关系，然后通过太赫兹时域光谱测试获得样品的裂变径迹体积指数，最终得到退火率和自发径迹密度，是对低温热年代学实验方法的重要创新。本专利技术解决以上问题采用的方案如下：一种快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，其特征是，包括如下过程：1)建立裂变径迹体积模型，并根据裂变径迹体积模型求得样品中裂变径迹总体积Vt，2)建立磷灰石颗粒体积模型，并根据磷灰石颗粒体积模型求得样品中磷灰石颗粒的总体积V，3)提出裂变径迹的体积分数表达式：4)进而定义裂变径迹体积指数表达式：φ为当前样品的裂变径迹体积分数，φ0未退火样品的裂变径迹体积分数，5)根据裂变径迹体积模型及体积指数，建立裂变径迹体积指数与裂变径迹退火率和自发径迹密度比之间的关系：ρs和ρs0分别是当前样品的自发径迹密度和未退火样品的自发径迹密度，L是当前样品的平均径迹长度，L0是未退火样品的平均径迹长度，L/L0表示裂变径迹退火率，ρs/ρs0表示自发径迹密度比，6)利用太赫兹时域光谱：设单位体积磷灰石对太赫兹波的吸收系数为λ，则完全退火磷灰石样品的吸收系数αc为：αc＝λV(12)，对于某一退火程度的样品的吸收系数α为：α＝λ(V-Vt)(13)，合并公式(12)和公式(13)，得：同理地，对于未退火样品：αu为未退火磷灰石样品的吸收系数，因此，可以由太赫兹吸收系数表征裂变径迹的体积指数v：同种磷灰石的裂变径迹退火率和自发径迹密度比呈一定的函数关系，在此基础上，根据太赫兹时域光谱测试得到的体积指数，结合公式(11)和公式(16)，计算得到样品的裂变径迹退火率和自发径迹密度比。进一步地：建立裂变径迹体积模型和磷灰石颗粒体积模型，求得磷灰石样品中裂变径迹总体积Vt，以及磷灰石颗粒总体积V的方法是：①将裂变径迹以“椭球体”为构型，在此基础上，计算单条径迹体积Vs的公式为：式中，a、b和L分别为椭球体的三个轴长，其中L也为裂变径迹长度，由于a、b组成的轴面面积近似等于裂变径迹在颗粒表面的蚀刻象在径迹方向上的投影，所以有a＝Dpar*sinθ(2)，b＝Dper(3)，因此，式(1)改写为：式中，θ为裂变径迹与结晶C轴方向的锐角夹角，Dpar值指反射光下，与磷灰石结晶C轴平行的、与抛光面相交的裂变径迹蚀刻象的最大直径，Dper值指与Dpar垂直的蚀刻象的最大直径；由于磷灰石裂变径迹与结晶C轴方向的夹角主要集中在30°-80°之间，即又由于表面径迹的个数远远大于封闭径迹的个数，所以对封闭径迹的体积忽略不计，又由于表面径迹的体积仅占其原体积的一部分，因此计算样品中裂变径迹总体积时乘以一个几何因子η，因此样品的裂变径迹总体积Vt计算公式改写为：式中，N为样品中的磷灰石颗粒的个数，ρs为自发径迹密度，S为磷灰石颗粒的平均表面积，代表单条径迹的平均体积；②将磷灰石颗粒理想化为半径为ω的球体，且样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，其特征是，包括如下过程：1)建立裂变径迹体积模型，并根据裂变径迹体积模型求得样品中裂变径迹总体积V

【技术特征摘要】
1.一种快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，其特征是，包括如下过程：1)建立裂变径迹体积模型，并根据裂变径迹体积模型求得样品中裂变径迹总体积Vt，2)建立磷灰石颗粒体积模型，并根据磷灰石颗粒体积模型求得样品中磷灰石颗粒的总体积V，3)提出裂变径迹的体积分数表达式：4)进而定义裂变径迹体积指数表达式：φ为当前样品的裂变径迹体积分数，φ0未退火样品的裂变径迹体积分数，5)根据裂变径迹体积模型及体积指数，建立裂变径迹体积指数与裂变径迹退火率和自发径迹密度比之间的关系：ρs和ρs0分别是当前样品的自发径迹密度和未退火样品的自发径迹密度，L是当前样品的平均径迹长度，L0是未退火样品的平均径迹长度，L/L0表示裂变径迹退火率，ρs/ρs0表示自发径迹密度比，6)利用太赫兹时域光谱：设单位体积磷灰石对太赫兹波的吸收系数为λ，则完全退火磷灰石样品的吸收系数αc为：αc＝λV(12)，对于某一退火程度的样品的吸收系数α为：α＝λ(V-Vt)(13)，合并公式(12)和公式(13)，得：同理地，对于未退火样品：αu为未退火磷灰石样品的吸收系数，因此，可以由太赫兹吸收系数表征裂变径迹的体积指数v：同种磷灰石的裂变径迹退火率和自发径迹密度比呈一定的函数关系，在此基础上，根据太赫兹时域光谱测试得到的体积指数，结合公式(11)和公式(16)，计算得到样品的裂变径迹退火率和自发径迹密度比。2.根据权利要求1所述的快速获得磷灰石裂变径迹退火率和自发径迹密度的方法，其特征是：建立裂变径迹体积模型和磷灰石颗粒体积模型，求得磷灰石样品中裂变径迹总体积Vt，以及磷灰石颗粒总体积V的方法是：①将裂变径迹以“椭球体”为构型，在此基础上，计算单条径迹体积Vs的公式为：式中，a、b和L分别为椭球体的三个轴长，其中L也为裂变径迹长度，由于两个短轴a、b组成的轴面面积近似等于裂变径迹在颗粒表面的蚀刻象在径迹方向上的投影，所以有a＝Dpar*sinθ(2)，b＝Dper(3)，因此，式(1)改写为：

【专利技术属性】
技术研发人员：邱楠生，吴世祥，吴航，常健，肖瑶，刘帅，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11