專利名稱：一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于巖石光學(xué)參數(shù)測定技術(shù)領(lǐng)域，尤其是關(guān)于利用太赫茲波對巖石光學(xué)參數(shù)進行測定的技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是關(guān)于ー種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太赫茲(Terahertz or THz)波通常是指頻率在0. 1 IOTHz區(qū)間的電磁波，其光子的能量約為I IOmeV,正好與分子振動及轉(zhuǎn)動能級之間躍遷的能量大致相當(dāng)。大多數(shù)極性分子如水分子、氨分子等對THz輻射有強烈的吸收，因此，物質(zhì)的THz光譜(包括發(fā)射、反射和透射光譜)包含有豐富的物理和化學(xué)信息，在多個學(xué)科具有重要的應(yīng)用價值。巖石是構(gòu)成地殼的礦物集合體，是自然界中最常見的礦物之一，通過研究巖石礦物學(xué)特征，可以反映其賦存巖石的成因、演化及其與礦化的關(guān)系。對石油地質(zhì)領(lǐng)域來說，技術(shù)人員通常采用紅外光譜、紫外吸收光譜、拉曼光譜、X射線成像分析、熱解實驗結(jié)合色-質(zhì)譜法等技術(shù)研究巖石或巖石中有機物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、演化過程及成分變化等要素。其中，紅外等光譜法主要是依據(jù)電磁輻射與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生的分子振動，獲得巖石中有機物官能團的振動和轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)信息，但對于分子之間存在的較弱的相互作用(如氫鍵)，近、中紅外波段的光譜法均難以體現(xiàn)。色-質(zhì)譜法則是先對巖石進行熱解，再對其分離物進行測量，在熱解過程中難免對原有組成形成損壞，屬于有損檢測。因此，現(xiàn)有技術(shù)缺少一種無損且有效的巖石光學(xué)參數(shù)測定技木。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，通過采用太赫茲時域光譜技術(shù)實現(xiàn)對巖石的快速無損檢測。本發(fā)明提供一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，所述的方法包括對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形；對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括透射式太赫茲時域光譜裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中，透射式太赫茲時域光譜裝置，用于對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形；數(shù)據(jù)處理裝置，用于對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明實施例提供的一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，能夠?qū)r石進行快速、無損檢測，檢測方法易操作，數(shù)據(jù)處理簡單，重復(fù)性好。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進ー步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖I是本發(fā)明實施例提供的一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法流程圖。圖2至是本發(fā)明實施例提供的五種巖石樣品的時域譜圖。圖3至圖5是本發(fā)明實施例提供的五種巖石樣品的吸收譜圖。圖6至圖8是本發(fā)明實施例提供的五種巖石樣品的折射率譜圖。圖9是本發(fā)明實施例提供的一種基于太赫茲時域光譜判斷巖石礦物成分及種類的流程圖。圖10是本發(fā)明實施例提供的一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進ー步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明實施例提供一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一圖I是本發(fā)明實施例提供的一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法流程圖，如圖I所示，所述的方法包括S101,對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形。在本發(fā)明實施例中，基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)并進行檢測分析的方法可以采用太赫茲時域光譜裝置進行檢測，其中，鈦藍寶石飛秒鎖模脈沖激光器產(chǎn)生中心波長為800nm(納米)、重復(fù)頻率為80MHz (兆赫茲)、脈沖寬度為IOOfs (飛秒)的激光光源，輸出功率為960mW (毫瓦)；上述裝置中使用GaAs (神化鎵)晶體激發(fā)THz電磁波脈沖，通過探測晶體ZnTe (碲化鋅)探測脈沖信號，太赫茲時域光譜裝置是ー種透射式的產(chǎn)生THz輻射的實驗裝置。為了防止空氣中的水蒸氣對THz脈沖的影響，從產(chǎn)生THz脈沖到探測脈沖信號的這一段光路被密封在充有氮氣的箱體內(nèi)，箱內(nèi)的相對濕度小于4%,溫度為294K,信噪比大于30000 I，譜分辨率好于40GHz。具體檢測過程可以按照如下步驟進行(本實施例均按照如下步驟進行樣品制備和檢測)選擇巖石基底選擇為厚度為1mm、長度為10mm、寬度為IOmm的ニ氧化硅單晶片作為巖石基底，并在其表面涂上環(huán)氧樹脂膠(厚度約為0. lmm-0. 2mm)。經(jīng)過實驗證明，ニ氧化硅單晶片和環(huán)氧樹脂膠在太赫茲波段的吸收較弱，能夠很好地避免巖石基底對于檢測結(jié)果的影響。 制備巖石樣品將進行實驗測試的巖石用切割機切成小塊(切面大于8mm,厚度不限)，先拋光一面，用環(huán)氧樹脂膠貼到巖石基底上，另一面放到拋光機上拋光，控制巖石樣品厚度為0. 02-0. 05mm為止，即可獲得巖石薄片標(biāo)準(zhǔn)樣品。為了保證測量精確，測試前可以先消除巖石樣品(巖石薄片)中殘留的微量水分，例如將制備的巖石樣品放入干燥箱中，以50°C干燥48小時，測量樣品光學(xué)信號在透射式太赫茲時域光譜裝置上測量透過巖石基底的太赫茲脈沖時域波形，作為參考信號；測量透過巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形，作為樣品信號，為提高精度，參考信號和樣品信號的測量均重復(fù)三次，再各取平均值作為最終的參考信號及樣品信號。圖2是本發(fā)明實施例提供的五種巖石樣品的時域譜圖，如圖2所示，五種巖石樣品分別為1 :蝕變較強的輝長巖、2 :黑云母花崗巖、3 :花崗巖、4 :火山碎屑巖、5 :碎屑巖。其中,樣品1、2、3屬于侵入巖類；樣品4屬于噴出巖類；樣品5屬于沉積巖類。S102，對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。在本發(fā)明實施例中，數(shù)據(jù)處理裝置與透射式太赫茲時域光譜裝置相連，用于接收參考信號及樣品信號。數(shù)據(jù)處理裝置首先確定吸收系數(shù)及折射率頻率范圍，即將參考信號和樣品信號的時域波形通過快速傅里葉變換得到參考信號和樣品信號的頻域譜，根據(jù)參考信號和樣品信號的頻域譜變化，確定巖石樣品的吸收系數(shù)及折射率頻率范圍；之后利用基于菲涅爾公式的數(shù)據(jù)處理模型計算巖石樣品在太赫茲波段的折射率n(v)和吸收系數(shù)a (v)
權(quán)利要求
1.一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的方法包括 對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形； 對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，對所述巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)包括 對所述巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行快速傅里葉變換處理，得到所述的巖石樣品的折射率n(v)、消光系數(shù)k(v)和吸收系數(shù)α (V); 在有效頻率范圍內(nèi)建立巖石樣品的吸收譜和折射率譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，其中
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的對巖石基底和巖石樣品進行檢測包括利用透射式太赫茲時域光譜裝置對巖石基底和巖石樣品進行檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的巖石基底為二氧化硅單晶片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的巖石樣品的厚度為O. 02至O. 05毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的巖石樣品在進行測定之前先進行干燥處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的干燥處理為，將所述的巖石樣品在干燥箱中以50攝氏度干燥48小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的巖石基底和所述的巖石樣品通過環(huán)氧樹脂膠粘貼。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形包括對巖石基底和巖石樣品進行多次檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形的平均值和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形的平均值。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的對巖石基底和巖石樣品進行檢測包括在密封的充有氮氣的箱體內(nèi)對巖石基底和巖石樣品進行檢測，所述的箱體內(nèi)的濕度小于4%，溫度為294開爾文。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述的方法還包括 根據(jù)所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)生成指紋譜庫； 測定新的巖石樣品的太赫茲光學(xué)參數(shù)； 根據(jù)新的巖石樣品的光學(xué)參數(shù)和所述的指紋譜庫輸出與新的巖石樣品對應(yīng)的礦化成分?jǐn)?shù)據(jù)； 根據(jù)新的巖石樣品的礦化成分?jǐn)?shù)據(jù)判斷新的巖石樣品的類型。
13.一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括透射式太赫茲時域光譜裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中， 透射式太赫茲時域光譜裝置，用于對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形； 數(shù)據(jù)處理裝置，用于對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理裝置包括 傅里葉變換處理單元，用于對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行快速傅里葉變換處理，得到所述的巖石樣品的折射率n(v)、消光系數(shù)k(v)和吸收系數(shù)a (v)； 頻譜建立單元，用于在有效頻率范圍內(nèi)建立巖石樣品的吸收譜和折射率譜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，其中
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的巖石基底為二氧化硅單晶片。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在.于，所述的巖石樣品的厚度為O. 02至O. 05毫米。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的巖石樣品在進行測定之前先進行干燥處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的干燥處理為，將所述的巖石樣品在干燥箱中以50攝氏度干燥48小時。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的巖石基底和所述的巖石樣品通過環(huán)氧樹脂膠粘貼。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的透射式太赫茲時域光譜裝置對巖石基底和巖石樣品進行多次檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形的平均值和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形的平均值。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的系統(tǒng)，其特征在于，所述的透射式太赫茲時域光譜裝置設(shè)置在密封的充有氮氣的箱體內(nèi)，所述的箱體內(nèi)的濕度小于4%,溫度為294開爾文。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，所述的方法包括對巖石基底和巖石樣品進行檢測，獲取所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形；對所述的巖石基底的太赫茲脈沖時域波形和所述的巖石樣品的太赫茲脈沖時域波形進行處理，得到所述的巖石樣品的吸收譜和折射率譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供的一種基于太赫茲時域光譜測定巖石光學(xué)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，能夠?qū)r石進行快速、無損檢測，檢測方法易操作，數(shù)據(jù)處理簡單，重復(fù)性好。
文檔編號G01N21/31GK102621083SQ20121006013
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者寶日瑪, 趙昆 申請人:中國石油大學(xué)(北京)