不同种类岩石的太赫兹光谱特征研究

准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、结构与年代的判断至关重要。常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测,但是对岩石种类的判断往往凭靠经验,一些颜色相近的矿物容易混淆,所得结果并不准确。光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息,通过建立光学参数与样品自身物性的联系,可以从多个维度确定样品的性质,从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、定量评价。太赫兹光谱具备一定的穿透能力,能够透过一定厚度的岩石,是研究岩石物理性质的合理手段。基于太赫兹光谱技术,对取自不同地区的花岗岩、灰岩、砂岩和油页岩样品进行测试,分别计算得到每个样品的等效折射率n、衰减系数a,并以a为横坐标、n为纵坐标作图,结果表明,相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系,而对于不同类型的岩石,其n随a的线性变化趋势存在明显区别。进而研究了岩石中的组成、结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系,分析了不同岩性岩石的光谱响应机制,结果表明：花岗岩与灰岩的结构较为致密,其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素,利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、镁元素的相对含量;砂岩的成分较为单一,太赫兹光谱响应受孔隙度的影响;而对于油页岩来说,由于有机质具有强吸收、低折射率的特点,其有机质含量越高,折射率越低,对太赫兹吸收越强。结果表明,太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充,为其评价、分析提供新技术、新指标,有着极其光明的应用前景。     

基于激光感生电压技术的咖啡粉粒径检测

咖啡颗粒的大小直接影响着成品咖啡的品质，高效辨别出咖啡粉粒径大小对咖啡品质的鉴别尤其重要。在89 μm～140 μm粒径范围内，利用激光感生电压（laser-induced voltage，LIV）技术对不同粒径的云南小颗粒咖啡粉进行检测，不同粒径咖啡粉展现出不同的LIV响应，其信号幅值、响应时间、半高宽等参数均存在明显差异。随咖啡粉粒径逐渐增大，其LIV信号幅值（V_p）呈先减小后增大的趋势，当粒径为104 μm～107 μm时V_p最小。此外，LIV信号波形的响应时间及半高宽分别与咖啡粉末粒径之间呈正、负相关变化规律。结果表明，激光感生电压技术对咖啡粉粒径的变化较为敏感，有望成为检验咖啡粉粒径的有效检测手段。     

结合有效介质理论的乳状液太赫兹光谱分析

原油乳状液对原油的长距离输运具有重要影响,乳状液的油、水状态及相互作用机制还需新理论和新方法获得新认识,基于有效介质理论,本文研究了原油乳状液太赫兹光谱响应特征.通过太赫兹时域光谱系统测试得到了含水率为0~28%的原油乳状液的太赫兹时域光谱,结合傅里叶变换计算了吸收系数和介电常数等光学参数,同一频率下吸收系数等光学参数随含水率增加而增大.样品的实际介电常数与Bruggeman理论计算的介电常数一致,最大误差率低于3%,说明含水率较小时,水分散在原油中,微粒间的距离较大,微粒间的相互作用力较小,随着含水率增加,水相和油相混合分布,微粒间的距离会变小,微粒的相互作用力会变大.因此,有效介质理论对乳状液的太赫兹光谱研究具有重要意义.     

太赫兹时域光谱技术在流体包裹体研究中的应用

流体包裹体是研究矿物晶体演化的重要手段之一,它能反映矿物演化最原始的信息(温度、压力、pH值等)。在演化过程中,温度压力等外界因素直接影响包裹体的数量和大小,从而影响晶体的各种性质。本文利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS),对不同生长温度下KCl晶体内部的包裹体进行了检测,得到了样品的时域、频域和吸收系数曲线,并通过显微镜观察、计算得到了样品内部包裹体的面积,建立了包裹体面积和吸收系数的对应关系模型。通过对样品的吸收系数和样品内部包裹体面积的对比,可以看出二者具有相同的变化趋势,即晶体内部包裹体面积越大,THz吸收系数越大,说明THz吸收系数可以反映不同生长温度的晶体内部包裹体面积的变化情况,解析包裹体面积对太赫兹光学参数的影响,为流体包裹体的研究提供了一种新的有效途径。该研究创新点在于利用THz-TDS快速检测晶体内部包裹体面积的变化情况,说明了太赫兹技术完全可以用于包裹体的研究中,为包裹体的研究提供了一种全新的快速、无损的检测方法。     

Terahertz-dependent identification of simulated hole shapes in oil gas reservoirs

Detecting holes in oil–gas reservoirs is vital to the evaluation of reservoir potential. The main objective of this study is to demonstrate the feasibility of identifying general micro-hole shapes, including triangular, circular, and square shapes, in oil–gas reservoirs by adopting terahertz time-domain spectroscopy(THz-TDS). We evaluate the THz absorption responses of punched silicon(Si) wafers having micro-holes with sizes of 20 μm–500 μm. Principal component analysis(PCA) is used to establish a model between THz absorbance and hole shapes. The positions of samples in three-dimensional spaces for three principal components are used to determine the differences among diverse hole shapes and the homogeneity of similar shapes. In addition, a new Si wafer with the unknown hole shapes, including triangular, circular, and square, can be qualitatively identified by combining THz-TDS and PCA. Therefore, the combination of THz-TDS with mathematical statistical methods can serve as an effective approach to the rapid identification of micro-hole shapes in oil–gas reservoirs.     

油气太赫兹光谱仪时域谱的误差分析与标定

在针对油气产品进行太赫兹光谱测试时,仪器自身误差会为测试结果来较大影响,对实验仪器进行误差标定对油气资源的太赫兹表征与精细评价具有重要意义。对油气太赫兹光谱仪进行了误差测试与分析,并对由延迟线的移动速度导致的测试误差进行了标定。结果表明,较小的移动速度有利于减少时域波形在延迟时间与幅值上产生的偏差及浮动,其中4组实验延迟时间的浮动范围分别为0.1Ps、0.1Ps、0.2Ps和0.4Ps;信号幅值的误差率分别为2.26%,1.76%,3.28%及5.82%。此外,在测试过程中,激光器输出功率的变化也是主要的误差来源,在测试时通过实时记录输出功率并根据线性关系进行归一化处理可降低这一误差。