[发明专利]利用太赫兹时域光谱分析磷灰石裂变径迹退火程度的方法

说明书

本发明涉及一种利用太赫兹时域光谱分析磷灰石裂变径迹退火程度的方法，对各种类型的磷灰石样品进行加热退火实验，将样品放入太赫兹测试分析装置进行测试、分析，获得太赫兹频域光谱的吸收系数，通过吸收系数换算得到的吸收指数来表征样品中磷灰石裂变径迹经历的退火程度，建立吸收指数与退火温度和退火时间的关系图版；根据关系图版将实验室数据外推到地质历史时期，分析待测试样品的退火程度及其经历的退火温度和退火时间。本发明首次利用太赫兹光谱吸收指数表征磷灰石裂变径迹的退火程度，避免了传统方法中因粗研磨、抛光操作不当对裂变径迹研究工作造成的影响，降低了对实验者操作经验的要求，测试方法简单、测试周期短、测试费用低。

技术领域

本发明涉及热年代学方法中的磷灰石裂变径迹退火研究领域，具体地说，涉及一种利用太赫兹时域光谱快速测量的磷灰石裂变径迹退火程度的方法。

背景技术

热年代学是一种利用岩石矿物中放射性元素的裂变或衰变产物在矿物内的产出和累积来对地质体进行定年的方法，可以为油气勘探提供丰富的盆地构造-沉积演化和烃源岩热成熟的时间信息。低温热年代学是利用岩石矿物中封闭温度较低的放射性元素的裂变或衰变产物在矿物内的产出和累积来对地质体进行定年的方法，主要包括裂变径迹和(U-Th)/He两种方法。磷灰石裂变径迹是低温热年代学中应用最广的方法之一，在重建上地壳1-4km内数百万年以来的隆升剥露历史方面具有巨大的优势，可以为沉积盆地油气勘探提供可靠的生烃历史。

磷灰石裂变径迹是酸蚀刻后的“潜径迹”，是²³⁸U自发裂变在磷灰石晶格内形成的线性损伤。经过化学蚀刻，潜径迹的直径由5-10nm增加到1-2μm，使得通过光学显微镜可以直接观察蚀刻后的径迹。磷灰石裂变径迹方法是建立在磷灰石中的²³⁸U裂变产生的径迹在地质时间内受温度作用而发生退火行为的基础上的。在地质历史时期，径迹会逐渐积累并且随着温度的升高逐渐发生缩短，即为退火。因此，磷灰石裂变径迹的长度分布记录了其经历的热历史，即裂变径迹的退火程度反映了磷灰石所在地层经历的受热程度。

磷灰石裂变径迹退火程度研究的传统方法需要将从岩石样品中筛选出来的磷灰石与环氧树脂进行胶结，然后对固结后的样品进行粗研磨、抛光、蚀刻后，再利用光学显微镜进行观察统计才能计算出裂变径迹的长度，分析退火程度，操作步骤繁琐，其中，粗研磨和抛光操作需要经验丰富的实验者才能较好地完成，而且对样品厚度和抛光效果有较高的要求，否则会严重影响裂变径迹在显微镜下的观察统计工作，图1a是表现抛光效果较好的图片，图1b是抛光效果不太好的图片。

另外，目前，许多谱学方法已经广泛用于分析不同种类的经抛光蚀刻的磷灰石颗粒的固有属性和退火动力学特性之间的关系。例如：通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)，电子探针显微分析(EPMA)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等方法测定的磷灰石全组成分析结果反映出化学组成是如何影响裂变径迹退火的。同时，磷灰石晶胞参数与抗退火能力之间的联系也通过X射线衍射(XRD)和拉曼光谱进行了探讨。但是，上述方法受到本身分辨率和适用性的影响，更适合通过单颗磷灰石成分或物理属性的分析来表征磷灰石的抗退火能力，而并不适用于同时表征多颗磷灰石内部裂变径迹的整体退火程度。因此迫切需要一种可以分辨率适合、可以简化传统方法操作步骤、可以提高裂变径迹退火程度分析测试效率的方法。

太赫兹处于微波和远红外之间，是频率在0.1-10THz范围内的电磁波。太赫兹时域光谱(THz-TDS)是一种非电离的、非接触的透射光谱检测技术，它可以为材料成分和结构变化造成的异常晶格振动和介电常数变化提供丰富的相位和振幅信息。太赫兹光谱的分辨能力在微米级，并且从时域光谱中获得吸收系数可以反映矿物晶格结构的变化，因此非常适合对裂变径迹的退火程度进行统计研究。太赫兹时域光谱的信噪比和稳定性明显高于傅里叶变换远红外光谱(FTIR)，它的能量(几十meV)也远小于X射线衍射(几keV)，因此是一种无损的测试方法。

发明内容