基于射频噪声源下的离轴积分腔输出光谱技术中腔镜反射率标定研究

离轴积分腔输出光谱技术具有实验装置简单、灵敏度高、响应时间快等特点,常被应用于一些超高灵敏度的气体探测领域。高反射率镜片作为系统的重要组成部分,其反射率是影响整个光谱系统测量准确性的重要因素之一。结合射频噪声源搭建了一套离轴积分腔输出光谱测量系统,首先以CH_(4)气体在6046.96 cm^(-1)处的吸收谱线作为研究目标,对不同压力下有无噪声源时的腔镜反射率进行了标定研究,结果表明在有无噪声源两种不同条件下标定的镜片反射率具有一致性,而且反射率随着压力的增加有降低的趋势,计算得到的镜片最高反射率约为0.99992。进而对有无噪声源时0.4μmol/mol浓度下的CH_(4)测量信号进行了研究,发现引入噪声源后,虽然降低了信号的峰值高度,但信噪比提高了约1.3倍,最小可检测浓度为0.0045μmol/mol,表明该系统可有效用于大气环境以及工业应用过程中的CH_(4)高灵敏度测量。

腔增强吸收光谱技术中的腔镜反射率标定方法研究

腔增强吸收光谱技术具有实验装置相对简单、灵敏度高、环境适应性强等特点,是高灵敏吸收光谱技术的重要分支之一,在其应用过程中,腔镜反射率是影响其测量准确性的重要因素。利用2.0μm可调谐二极管激光器作为光源搭建了一套腔增强吸收光谱测量系统,使用两片反射率为99.9%的高反镜作为腔镜,以CO_(2)气体在5001.49 cm^(-1)处的吸收谱线作为研究目标,对两种简单实用的腔镜反射率标定方法进行了对比研究。第一种标定方法利用已知程长多通池作为参考池,通过测量谐振腔和多通参考池的输出吸收信号,比较二者的吸收率推导出腔增强系统中的有效吸收路径,然后通过镜片反射率和有效吸收路径的关系对腔镜反射率进行标定;第二种标定方法根据理想气体状态方程得到气体分子数密度,并结合数据库中的谱线线强值,实现了对腔镜反射率进行标定。结果表明,方法一中积分腔与参考池测得信号的积分吸收面积之比为10.5,经过多次测量并计算得到积分腔的有效吸收路径与镜片的反射率分别为302.65 m和99.85%,得到大气中CO_(2)气体的浓度为0.0373%,与实际大气CO_(2)的含量相符合,验证了此方法的准确性;该方法的优点是不受样品浓度影响,但因引入新的参考池,需要两池中气体的压强和温度都保持一致,此方法适用于开放式的腔体结构。方法二中测得大气中CO_(2)分子位于5001.49 cm^(-1)处吸收光谱,并结合大气中CO_(2)气体的分子数密度N为9.099×10^(15) molecule·cm^(-3),Hitran数据库中该条谱线线强为3.902×10^(-22) cm·molecule^(-1),计算得到镜片反射率约为99.84%;此方法优点是结构相较前一种方法更简单,但需要已知被测气体的分子数密度,因此在配置气体的过程中浓度、压力的误差会影响腔镜反射率的标定。由此可见两种镜片标定方法均可精确实现对腔镜反射率的标定,根据两种方法的特点,在实际应用中可选取相应适合的方法作为参考。

用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系

文章将煤变质热动力学方程演变成有机质演化热动力学方程并用于准确描述古地温、镜质体反射率和岩层绝对年龄三者之间的关系。进而推导出用镜质组反射率梯度计算古地温梯度的数学方程,并用以求解埋深。对于古近系构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为8.28%,对于古生界构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为3.94%,均远大于计算温度时的平均相对误差。研究表明,要想更好地诠释不整合面上、下构造层中镜质体反射率随深度的“跳跃”无法耦合的情况,既要考虑不整合面地层的剥蚀(沉降)–反剥蚀(隆升)的影响,同时还得考虑古地温梯度变化的影响。

混煤镜质体反射率测定的影响因素及类型判别探讨

商品煤混煤是炼焦配煤过程中不同煤阶煤种混合而成的煤炭产品,其镜质体反射率的准确测定对混煤原始煤种的鉴别、焦炭质量预测及优化配煤技术均至关重要。结合我国现行煤岩检测标准中镜质体反射率测定概况,探讨煤岩样品制备、测定点数等因素对混煤镜质体反射率测定的影响。基于目前混煤反射率测定和类型判定过程中出现的现象,提出粉煤光片磨抛质量对组分鉴别和测定结果影响较大,测定点数对反射率分布统计直方图和混煤类型判定起决定作用。反射率测值标准差是判断混煤的关键指标,混煤类型判定主要依据测值标准差和凹口数,测值平均值对工业应用不具实际意义,反射率分布图的优势体现在可以直观地反映混煤的原始煤种及其混合程度。混煤镜质体反射率测定结果的准确性评价可通过反射率分布图进行定性判定,准确测定混煤镜质体反射率需要煤质检测人员具有足够的煤岩学相关知识,建议将煤岩学基础理论纳入煤检人员的技能培训体系,从而提升混煤镜质体反射率的测试准确度及降低混煤类型的判别误差。

基于随机森林和树突网络的煤镜质组反射率估计

镜质组平均最大反射率是表征煤化程度的重要指标,在确定煤级、鉴别混煤和指导炼焦配煤中起关键作用。传统反射率测定方法费时耗力,且测量结果的主观性较强,致使实验室间鉴定结果的可比性差。针对该问题,提出一种基于随机森林(RF)和树突网络(DDNet)的煤镜质组反射率估计方法,主要包括煤岩显微图像分割、镜质组识别和镜质组平均最大反射率预测3个部分。利用手肘法和K-Means算法对显微图像聚类,以实现不同显微组分区域的分割;采用人工少数类过采样法(SMOTE)对少数类样本过采样,以改善煤岩中镜质组与非镜质组区域样本的不均衡问题;利用基于DDNet的回归算法实现镜质组平均最大反射率的估计,构建回归模型时从镜质组区域中选择多个41×41像素的方形窗口并提取其灰度特征,以提高算法的鲁棒性,其决定系数达到0.990。实验结果表明:采用手肘法自动确定K-Means算法的参数K,具有良好的自适应能力,能够自动区分不同类别数的显微组分;SMOTE方法可有效避免模型因过度学习样本先验信息而导致对多数类识别好、少数类识别差的问题,提高分类准确度,其中基于RF的识别模型准确率达到97.0%;建立了7种回归估计模型,其中DDNet回归模型性能最佳,决定系数达到0.990,预测结果与实际值高度契合,验证了所提方法的可行性。

台湾海岸山脉同造山盆地古热流值的估算:基于镜质体反射率约束下的一维盆地模拟

台湾东部海岸山脉上新世‒更新世同造山盆地记录了北吕宋岛弧与欧亚板块之间的斜向碰撞过程。目前关于该盆地的构造属性存在着两种绝然不同的认识,即“热”的弧前盆地和“冷”的碰撞盆地。本文采集了海岸山脉南部泰源向斜西翼更新统八里湾组泥岩样品,测量了其有机质的镜质体反射率(Ro)。Ro测量值的最小值、最大值和平均值与相对埋深之间的相关系数分别是0.76、0.43和0.67,反映出样品中同生镜质体在数量上远超过原生镜质体。由于同生镜质体和原生镜质体无法简单区分,本文将最小值和平均值分别作为原生镜质体平均镜质体反射率的下界和上界,采用一维盆地模拟技术计算出在给定剥蚀厚度和热流值的范围下的理论镜质体反射率。通过对比理论和实测镜质体反射率,我们发现:①八里湾组所有地层段与中段、上段在镜质体反射率(Ro)的偏差上具有不同的特征,意味着在中段开始沉积时下段卷入到褶皱冲断带中;②对于上段获得盆地剥蚀厚度解的下限是3.2~4.8 km,对应的热流值小于0.68~1.00 HFU(36.84~41.87 mW/m^(2)),表明同造山盆地是一个“冷盆”。

煤的镜质体反射率分布图在配煤中的实践应用

配煤炼焦是把几种牌号不同的单种煤按规定的比例配合起来炼焦。采用配煤炼焦有很大意义,已被我国焦化厂普遍使用。煤的镜质体反射率分布图是描述煤中镜质体反射率分布情况的一种工具,它可以为煤的品质评价提供快速的定量化分析。煤的镜质体反射率分布图可以通过显微镜和计算机等设备进行获取,并用于煤的品质评价和燃烧性能分析。因此,研究了煤的镜质体反射率分布图在实际配煤中的应用。

炼焦用煤镜质组反射率测定的影响因素

炼焦用煤是指用于钢铁生产中焦化过程中制作高质量焦炭的煤种。从炼焦用煤和镜质组反射率的基本概念出发,分别介绍这两者的基本含义及其关键技术,然后重点分析炼焦用煤镜质组反射率测定的影响因素,并分别对各个因素进行详细的分析,并给出相应的处理措施。

镜质体反射率抑制与烃源岩质量关系--以渤海湾盆地东营凹陷烃源岩为例

FAMM（fluorescence alteration of multiple macerals）技术是目前解决烃源岩镜质体反射率抑制问题的唯一有效方法。该文对渤海湾盆地东营凹陷不同类型烃源岩进行FAMM分析的同时,也进行了镜质体反射率测定。在此基础上,综合前人研究成果分析了镜质体反射率抑制与烃源岩质量的关系。研究结果揭示,东营凹陷烃源岩镜质体反射率抑制程度与烃源岩质量关系密切,烃源岩质量越好,其镜质体反射率抑制程度越大。Ⅰ型烃源岩镜质体反射率一般抑制0.20%~0.35%,平均为0.30%;Ⅱ1型烃源岩镜质体反射率一般抑制0.15%~0.30%,平均为0.22%;Ⅱ2型烃源岩镜质体反射率一般抑制0.10%~0.18%,平均为0.15%;而Ⅲ型烃源岩的镜质体反射率一般不抑制或抑制程度很低,为0.0%~0.05%。镜质体反射率受抑制的影响因素复杂,东营凹陷烃源岩镜质体反射率抑制程度与氢指数间具有显著的正相关性,表明东营凹陷烃源岩镜质体反射率受抑制主要与烃源岩富氢密切相关,这与烃源岩质量越好,镜质体反射率抑制程度越高相吻合。

天山北缘侏罗系地层热历史演化及其地质意义:磷灰石裂变径迹和镜质体反射率证据

对天山北缘石场-玛纳斯、安集海河和四棵树河地区18个样品进行了磷灰石裂变径迹年龄测定,同时测定了中生界地层10件裂变径迹样品相应煤层的镜质体反射率。结果表明地层由老到新镜质体反射率逐渐增加,磷灰石裂变径迹中值年龄逐渐降低。石场-玛纳斯地区,下部三叠系煤层镜质体反射率 R_o 值较低,为O.56%,磷灰石裂变径迹中值年龄较大,为125.3±9.1Ma;八道湾组煤层 R_o 为0.53%～0.64%,磷灰石裂变径迹中值年龄介于81.3±4.7～87.8±5.9Ma;上部西山窑组煤层 R_o 最高,达到0.81%,磷灰石裂变径迹中年龄较低,为44.0±5.4～11.8±1.8Ma;相同层位,东部石场-玛纳斯一带 R_o比西部四棵树地区高,磷灰石裂变径迹年龄刚好相反。磷灰石裂变径迹模拟结果表明中生界三叠系、下侏罗统地层的埋藏深度相对较浅,上覆沉积持续的时间到晚侏罗世到早白垩世基本上已经结束,然后保持在基本不变的深度,直至中新世,不整合在三叠系之下的花岗岩的模拟结果也支持这样的认识。晚侏罗世—早白垩世的冷却降温事件可能是地温梯度变化和隆升作用的共同结果;中侏罗统地层埋藏增温过程持续时间较长,在玛纳斯地区直至渐新世末期。所有样品中磷灰石裂变径迹模拟都记录了10Ma 左右的快速冷却过程,近4～5km 的地壳表层物质被剥蚀,平均剥蚀速率400～500m/Ma。这一剥蚀过程应该与天山地区的快速隆升,以及向北的冲断推覆作用相对应。天山地区山前带的变形应不早于10Ma,这一认识与野外地质证据一致。

有机质热解模拟实验残留物镜质体反射率校正研究

通过有机质热解模拟实验建立的残留物镜质体反射率值与产烃率之间的关系图与自然演化剖面获得的产烃率曲线存在一定差异,即相同的镜质体反射率值代表的成熟度存在差异。根据镜质体反射率的分阶段演化规律,利用Easy%Ro模型和干酪根H/C原子比与Ro值的对应关系,提出了热解模拟实验的Easy%Ro校正图版以及H/C原子比的分段校正思路和校正公式。利用校正的Ro值所作的热解模拟实验产烃率曲线与现今认可的生油演化模式较为接近。

内蒙古锡林郭勒地区上古生界极低级变质作用:伊利石和镜质体反射率的证据

本文使用D/max-2500X射线衍射仪研究了内蒙古锡林郭勒地区上古生界泥质岩石伊利石的成因标志,讨论了有机质镜质体反射率对变质温度的表征。研究区上古生界泥质岩石伊利石的标型特征为:伊利石结晶度分布于0.28～>0.77之间,平均值0.40;伊利石(白云母)多型以2M1型为主,2M1+1Md多型和1Md多型相对较少;伊利石(白云母)b0值变化于8.983～9.046之间,平均值9.019,指示其形成于成岩-极低级变质作用。有机质镜质体反射率具有示踪变质温度的作用,应用Barker and Pawlewiez(1986,1994)、Barker and Goldsteinl(1990)和Mullis et al.(2001)建立的镜质体反射率地质温度计,对研究区上古生界泥质岩石变质温度进行了估算,揭示古地温处于136～321℃之间,温度估算值主要分布在180～260℃之间,平均值为245℃,这表明研究区上古生界遭受了成岩-极低级变质作用,变质程度属近变质带。研究区上古生界泥质岩石的Ro值主要分布在1.01%～3.67%之间,表明有机质演化处于成熟-过成熟阶段,泥质岩石具有生烃的能力,部分层位可能具有形成油气资源的潜力。

利用镜质体反射率恢复地层剥蚀厚度的新方法

Dow在1977年提出的利用上下构造层镜质体反射率(Ro)差值来估算不整合面地层剥蚀厚度的方法,在国内仍有广泛的应用。但国内有些学者已认识到了该方法的不合理性并提出了一些改进方法,其中最高古地温法因其思想合理而具有代表性。为了能更合理和更简便地利用Ro数据来估算不整合面地层剥蚀厚度,对最高古地温法作了改进,得到了一种利用Ro数据恢复剥蚀厚度的新方法。新方法不仅继承了最高古地温法的合理思想,而且大大简化了具体操作过程。对某一构造层恢复其顶面剥蚀厚度时,在使用Ro数据恢复剥蚀厚度的前提条件得到满足的情况下,直接将该构造层的ln(Ro)-H线性回归关系外推至ln(0.2)处而得到近似的古地表位置,古地表位置和不整合面位置的差值即为剥蚀厚度。用最高古地温法和新方法对Dow(1977)的实例数据进行了重新计算,分别得到2735m和2537m的剥蚀厚度,相近的结果说明了新方法是实际可行的,且操作起来更加简便。但Dow(1977)得出的剥蚀厚度只有500m,从多个方面分析Dow(1977)的结果和原理不太合理。新方法将广泛应用于多个地质分支学科中。

镜质体反射率的热史反演

利用地层剖面中系统测定的镜质体反射率，依据各构造演化阶段热流变化的不均一性，分阶段模拟热流在地史演化中的变化。充分利用了最为流行的成熟度计算模型（ＬｏｐａｔｉｎＷａｐｌｅｓ模型，Ｒｏｙｄｅｎ模型，ＭｉｄｄｌｅｔｏｎＦａｌｒｅｙ模型，ＥＡＳＹ模型）进行古热流反演，其基本原理是调整热流值及模型中待调参数，达到最佳拟合时的热流值即为古热流值。改进了Ｌｅｒｃｈｅ的简单热流变化模型。通过上述模型的计算可以模拟出复杂条件下的热史变化过程。在此模拟方法中还考虑了剥蚀作用以及由于压实作用引起的岩石热导率变化。对鄂尔多斯盆地某区块进行了实际计算，应用效果较好。图２表１参５（梁大新摘）

利用镜质体反射率方法寻找隐伏岩体--岩浆热场应用的一个实例

寻找隐伏岩体是热液矿床找矿中一项重要的任务。识别隐伏岩体的方法很多,如磁法、电法、重力法等,很多很有效。但是,缺少了一个既直接又简便的方法:镜质体反射率方法。岩浆侵位必然在周围形成一个热场,且随着距离岩浆的远近形成一个温度梯度场,叠加在地热场之上。因此,依据岩浆热场的变化即可发现隐伏岩体。如果我们能够知道隐伏岩浆的性质、围岩的热传导参数,甚至可以定量地查明隐伏岩体的深度、位置和规模。本文介绍煤田和石油地质部门最常用的镜质体反射率(vitrinite reflectance,以Ro表示)方法,具有简单、经济、有效、实用、快捷的优点。利用该方法识别隐伏岩体的有效距离根据岩体规模、成分、深度不同大约在几米至几公里范围。无论新老矿区,只要有志留纪以后的含泥质的岩石,都可以尝试采用这种方法。该方法既适用于地表也适用于钻孔。对于老矿区,有条件开展三维立体层面上的研究;新矿区钻孔少,应注意了解钻孔不同深度Ro变化的情况,尤其注意钻孔中某些深度Ro突变的情况以及随钻进深度增加Ro变化的情况,以便及时指导找矿。笔者认为,在矿区和非矿区,隐伏岩体的意义是不一样的。在矿区(无论新矿区老矿区),岩体与流体有相伴出现的可能性。如果在矿区发现Ro出现异常(Ro>2%),则应注意考察是否有与隐伏岩体相伴的矿化的可能性。笔者希望将该方法引入到矿床学研究中来,并结合热液金属矿床成矿作用的特征,开拓出新的应用前景,推进深部找矿取得新的进展。

四川盆地东部构造-热演化:来自镜质体反射率和磷灰石裂变径迹的约束

利用镜质体反射率(Ro)和磷灰石裂变径迹(AFT)数据,对四川盆地东部不同地区的古地温梯度、古热流、剥蚀量进行了研究。AFT模拟结果表明,四川盆地东部在晚白垩世早期(100~80 Ma)开始抬升,抬升剥蚀过程具有一定的阶段性且不同地区存在差异:以约30 Ma为界,重庆北碚地区表现为两期冷却,先期冷却缓慢,后期冷却迅速;川东北持续的冷却过程虽有波动但冷却速率差别较小。依据重建的最高古地温剖面恢复了侏罗系顶部不整合面的剥蚀量,川东北普光地区剥蚀量在2.45~2.85km,鄂西渝东地区齐岳山复背斜北部剥蚀量较大,达3.65km,齐岳山复背斜南部剥蚀量2.67km,川东南地区剥蚀量2.05km。研究区的构造热演化表现为既存在抬升剥蚀又存在盆地冷却效应的双重作用:由三叠纪至今,研究区地温梯度和热流持续降低,地温梯度由30~38℃/km降低至20~23℃/km;热流由70~85mW/m2降低至50~55mW/m2。

利用镜质体反射率数据估算地层剥蚀厚度

认为依照Ｄｏｗ（１９７７ ） 提出的直接利用镜质体反射率数据估算不整合面地层抬升与剥蚀厚度的方法所获得的计算结果并非不整合面地层剥蚀厚度，其物理意义相当于正断层错动造成的地层缺失厚度。强调了古地热梯度随时间的变化及其在剥蚀厚度估算中的意义；阐明利用镜质体反射率数据计算古地热梯度、进而估算剥蚀厚度的方法；通过对Ｄｏｗ（１９７７） 的井下数据进行的再评估， 演示了此方法的实际操作过程；为使此方法简便易用，给出了用于镜质体反射率与最高古地温换算的ＲｏＴｔ 曲线图解。

镜质体反射率与最高温度及其附近温度变化率的关系——几种镜质体反射率计算模型的比较

对常用的Waples、Middleton及Easy%Ro模型,通过蒙特卡罗方法,得到了相应的简化模型.所有简化模型均表明镜质体反射率(Ro)主要受控于最高温度(Tmax),并且与最高温度附近的温度变化率(Hr)有关.通过对简化模型的比较发现:(1)相对于Easy%Ro模型而言,Waples、Middleton模型对Hr的变化更为敏感;(2)总的来讲,达到相同的Ro值Middleton模型需要的温度最高,Easy%Ro模型其次,Waples模型需要的温度最低.在一定条件下,根据简化模型,利用实测的lnRo-H数据可以求取地层经历的最高温度及相应的地温梯度、热流和时间.实例分析表明岩石热导率等数据的准确性直接影响Ro解释的结果,但这种影响容易分析,而Hr的不确定性则导致多解性.

超压地层中镜质组反射率的计算

已有的研究表明,超压可以抑制镜质组的热演化、增加反应活化能.在EASY%R.模型的基础上,通过超压调节化学动力学反应活化能,建立了超压条件下镜质组热演化的化学动力学模型Pa%R.,并根据黄骅坳陷歧北洼陷受超压抑制和未受超压抑制的R.实测资料,确定了有关模拟参数.歧北洼陷港深48井明显超压(压力系数1.2～1.6),用Pa%R.模型所预测的有机质成熟度和生烃时间与用EASY%R.模型预测的明显不同,超压对R.的抑制可达0.1%～O.3%,可使烃源岩进入生油门限的时间推迟1～4.4Ma.

用镜质体反射率和包裹体研究鄂尔多斯盆地气藏中气水界面的迁移

利用动力学实验 ,恢复了鄂尔多斯盆地上古生界煤系镜质体反射率Ro 热演化史 ,并将其与相邻层位砂岩中包裹体的均一温度进行了对比。结果显示 ,Ro 所反映的最大古地温高于地层中包裹体的均一温度。即在地层达到最大古地温之前 ,地层中的水—岩相互作用已经停止 ,即气、水界面已经迁移 ,天然气已经成藏。由此可知 ,鄂尔多斯盆地上古生界煤成气在早白垩纪末达到最大生烃量以前已经完成了气、液的完全置换 ,煤成气的气源条件充足。