专利名称：一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于岩石光学參数測定技术领域，尤其是关于利用太赫兹波对岩石光学參数进行測定的技术领域，具体来说是关于ー种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法及系统。
背景技术：
太赫兹(Terahertz or THz)波通常是指频率在0. 1 IOTHz区间的电磁波，其光子的能量约为I IOmeV,正好与分子振动及转动能级之间跃迁的能量大致相当。大多数极性分子如水分子、氨分子等对THz辐射有強烈的吸收，因此，物质的THz光谱(包括发射、反射和透射光谱)包含有丰富的物理和化学信息，在多个学科具有重要的应用价值。岩石是构成地壳的矿物集合体，是自然界中最常见的矿物之一，通过研究岩石矿物学特征，可以反映其赋存岩石的成因、演化及其与矿化的关系。对石油地质领域来说，技术人员通常采用红外光谱、紫外吸收光谱、拉曼光谱、X射线成像分析、热解实验结合色-质谱法等技术研究岩石或岩石中有机物的结构性质、演化过程及成分变化等要素。其中，红外等光谱法主要是依据电磁辐射与物质的相互作用产生的分子振动，获得岩石中有机物官能团的振动和转动的结构信息，但对于分子之间存在的较弱的相互作用(如氢键)，近、中红外波段的光谱法均难以体现。色-质谱法则是先对岩石进行热解，再对其分离物进行測量，在热解过程中难免对原有组成形成损坏，属于有损检测。因此，现有技术缺少一种无损且有效的岩石光学參数測定技木。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法及系统，通过采用太赫兹时域光谱技术实现对岩石的快速无损检測。本发明提供一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法，所述的方法包括对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形；对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。本发明还提供一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的系统，所述的系统包括透射式太赫兹时域光谱装置和数据处理装置，其中，透射式太赫兹时域光谱装置，用于对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形；数据处理装置，用于对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。本发明实施例提供的一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法及系统，能够对岩石进行快速、无损检测，检测方法易操作，数据处理简单，重复性好。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进ー步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图I是本发明实施例提供的一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法流程图。图2至是本发明实施例提供的五种岩石样品的时域谱图。图3至图5是本发明实施例提供的五种岩石样品的吸收谱图。图6至图8是本发明实施例提供的五种岩石样品的折射率谱图。图9是本发明实施例提供的一种基于太赫兹时域光谱判断岩石矿物成分及种类的流程图。图10是本发明实施例提供的一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的系统结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进ー步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明实施例提供一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法及系统，以下结合附图对本发明进行详细说明。实施例一图I是本发明实施例提供的一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数的方法流程图，如图I所示，所述的方法包括S101,对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形。在本发明实施例中，基于太赫兹时域光谱测定岩石光学參数并进行检测分析的方法可以采用太赫兹时域光谱装置进行检测，其中，钛蓝宝石飞秒锁模脉冲激光器产生中心波长为800nm(纳米)、重复频率为80MHz (兆赫兹)、脉冲宽度为IOOfs (飞秒)的激光光源，输出功率为960mW (毫瓦)；上述装置中使用GaAs (神化镓)晶体激发THz电磁波脉冲，通过探测晶体ZnTe (碲化锌)探测脉冲信号，太赫兹时域光谱装置是ー种透射式的产生THz辐射的实验装置。为了防止空气中的水蒸气对THz脉冲的影响，从产生THz脉冲到探测脉冲信号的这一段光路被密封在充有氮气的箱体内，箱内的相对湿度小于4%,温度为294K,信噪比大于30000 I，谱分辨率好于40GHz。具体检测过程可以按照如下步骤进行(本实施例均按照如下步骤进行样品制备和检测)选择岩石基底选择为厚度为1mm、长度为10mm、宽度为IOmm的ニ氧化硅单晶片作为岩石基底，并在其表面涂上环氧树脂胶(厚度约为0. lmm-0. 2mm)。经过实验证明，ニ氧化硅单晶片和环氧树脂胶在太赫兹波段的吸收较弱，能够很好地避免岩石基底对于检测结果的影响。 制备岩石样品将进行实验测试的岩石用切割机切成小块(切面大于8mm,厚度不限)，先抛光一面，用环氧树脂胶贴到岩石基底上，另一面放到抛光机上抛光，控制岩石样品厚度为0. 02-0. 05mm为止，即可获得岩石薄片标准样品。为了保证测量精确，测试前可以先消除岩石样品(岩石薄片)中残留的微量水分，例如将制备的岩石样品放入干燥箱中，以50°C干燥48小时，测量样品光学信号在透射式太赫兹时域光谱装置上測量透过岩石基底的太赫兹脉冲时域波形，作为參考信号；测量透过岩石样品的太赫兹脉冲时域波形，作为样品信号，为提高精度，參考信号和样品信号的測量均重复三次，再各取平均值作为最終的參考信号及样品信号。图2是本发明实施例提供的五种岩石样品的时域谱图，如图2所示，五种岩石样品分别为1 :蚀变较强的辉长岩、2 :黑云母花岗岩、3 :花岗岩、4 :火山碎屑岩、5 :碎屑岩。其中,样品1、2、3属于侵入岩类；样品4属于喷出岩类；样品5属于沉积岩类。S102，对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。在本发明实施例中，数据处理装置与透射式太赫兹时域光谱装置相连，用于接收參考信号及样品信号。数据处理装置首先确定吸收系数及折射率频率范围，即将參考信号和样品信号的时域波形通过快速傅里叶变换得到參考信号和样品信号的频域谱，根据參考信号和样品信号的频域谱变化，确定岩石样品的吸收系数及折射率频率范围；之后利用基于菲涅尔公式的数据处理模型计算岩石样品在太赫兹波段的折射率n(v)和吸收系数a (v)
权利要求
1.一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的方法包括 对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形； 对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。
2.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，对所述岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据包括 对所述岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行快速傅里叶变换处理，得到所述的岩石样品的折射率n(v)、消光系数k(v)和吸收系数α (V); 在有效频率范围内建立岩石样品的吸收谱和折射率谱。
3.根据权利要求2所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，其中
4.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的对岩石基底和岩石样品进行检测包括利用透射式太赫兹时域光谱装置对岩石基底和岩石样品进行检测。
5.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的岩石基底为二氧化硅单晶片。
6.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的岩石样品的厚度为O. 02至O. 05毫米。
7.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的岩石样品在进行测定之前先进行干燥处理。
8.根据权利要求7所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的干燥处理为，将所述的岩石样品在干燥箱中以50摄氏度干燥48小时。
9.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的岩石基底和所述的岩石样品通过环氧树脂胶粘贴。
10.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形包括对岩石基底和岩石样品进行多次检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形的平均值和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形的平均值。
11.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的对岩石基底和岩石样品进行检测包括在密封的充有氮气的箱体内对岩石基底和岩石样品进行检测，所述的箱体内的湿度小于4%，温度为294开尔文。
12.根据权利要求I所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法，其特征在于，所述的方法还包括 根据所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据生成指纹谱库； 测定新的岩石样品的太赫兹光学参数； 根据新的岩石样品的光学参数和所述的指纹谱库输出与新的岩石样品对应的矿化成分数据； 根据新的岩石样品的矿化成分数据判断新的岩石样品的类型。
13.一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的系统包括透射式太赫兹时域光谱装置和数据处理装置，其中， 透射式太赫兹时域光谱装置，用于对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形； 数据处理装置，用于对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。
14.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的数据处理装置包括 傅里叶变换处理单元，用于对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行快速傅里叶变换处理，得到所述的岩石样品的折射率n(v)、消光系数k(v)和吸收系数a (v)； 频谱建立单元，用于在有效频率范围内建立岩石样品的吸收谱和折射率谱。
15.根据权利要求14所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，其中
16.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的岩石基底为二氧化硅单晶片。
17.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在.于，所述的岩石样品的厚度为O. 02至O. 05毫米。
18.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的岩石样品在进行测定之前先进行干燥处理。
19.根据权利要求18所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的干燥处理为，将所述的岩石样品在干燥箱中以50摄氏度干燥48小时。
20.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的岩石基底和所述的岩石样品通过环氧树脂胶粘贴。
21.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的透射式太赫兹时域光谱装置对岩石基底和岩石样品进行多次检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形的平均值和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形的平均值。
22.根据权利要求13所述的基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的系统，其特征在于，所述的透射式太赫兹时域光谱装置设置在密封的充有氮气的箱体内，所述的箱体内的湿度小于4%,温度为294开尔文。
全文摘要
本发明是关于一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法及系统，所述的方法包括对岩石基底和岩石样品进行检测，获取所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形；对所述的岩石基底的太赫兹脉冲时域波形和所述的岩石样品的太赫兹脉冲时域波形进行处理，得到所述的岩石样品的吸收谱和折射率谱数据。本发明提供的一种基于太赫兹时域光谱测定岩石光学参数的方法及系统，能够对岩石进行快速、无损检测，检测方法易操作，数据处理简单，重复性好。
文档编号G01N21/31GK102621083SQ20121006013
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者宝日玛, 赵昆 申请人:中国石油大学(北京)