裂变径迹
裂变径迹定年技术及其在地质研究中的应用
（） ３
（ ４）
径 迹定年技术 的深入 的理解和研讨 ，有助于应用范围的扩展 ，目前 ，
ｆ 即为ｚ ￣ ｔ 。 ｅ ｔ数 ３ 裂变径迹定年技术的地质应用 （） １ 基岩抬升刷 露中的应用 。在构造演化的研究 中，应用裂变 径 迹定年的相关 原理 ，并 且通过建 立的时 间一温 度模型就可 以恢复
［ 王 世 成 ，康 铁 笙． 变 径 迹 定 牟 标 准 化 的研 究 Ｄ． 质 科 学 ， ２ 】 裂 ］ 地
１ ９ ，２ （ ：７ —８ ９ ４ ９１ ８ ４ ）
如果这 一冷却过程是被岩体 的上升 和侵蚀作用所控制 ，根据地热 梯度和冷却速度就可计算抬升速率 ：
抬速＝蓑墨 升率簧磊
＝
式中： 为常数 ， 为标 准玻璃 中诱发径进密度 Ｂ
Ｖ ｔ 一 ／Ｊｒ ＝Ｃ Ｊ ／ ｒ ． ＧＡ
（） ８
式 中： ｆ △ ＝‘～ ， 为刺露时间， 为封 闭时间； 为封 闭温度 ； 为地表 ‘ 温度； Ｇ为地热梯度。
（） ２
４ 结 语
将公式 （ ） ２ 代入 （ ）中，并令 ： ＝ １
一
ｕ 自发裂 变时 产生 的碎 片通 过某 一绝缘 晶体 固体 物质 的晶 格 时 ，入射粒子轨迹附近形 成一个被扰动 区域 ，造成晶格破坏 ， 产生 一
些 的 格 和 隙， 种 电 ： ： ： ： 。 》 ：． 空 晶点 缝 这 带 ： ： ： ０ ： ： ：
粒 造 的 质 构 破 称 子 成 物 结 的 坏 为
辐射损伤。沿粒子轨迹的辐射损 。ｅ。ｏｅ。 ’ 。 。。 ｏ ｅ 。 －
究的热 点，借助于裂变径迹定年技术研究盆山耦合成为地学 界新的亮 点。基岩 区经过剥蚀搬运 ，碎屑颗粒在沉积盆地沉积 ，经历不 同热历 史 的碎屑颗粒可能具有不 同物源特征。裂变径迹法分析物源区是利用 磷灰石 、锆石径迹的密度 、长度 等分 布 ，并对 其加以统 计分析 ，从中 提供与物源区的年龄及构造演化有 关的信 息。测试磷灰石样 品如果没 有受到退火的影响 ， 裂变径迹的年龄及长度均可代表物源特征 。 近年来还发展了一种 利用样 品碎屑单颗粒 的裂变径迹年龄的统计 分析确定其 源区并 量化源区的抬升剥露 及热 演化历史的方法 。假定 造山带的剥蚀物质被源源不断地迁移到相邻 的沉积盆地 中，某一深度 的岩石从隆升剥露到再沉积的 整个 过程要经过 以下几个时间
磷灰石裂变径迹测量
裂变径迹自动测试仪操作
1.仪器介绍
油气资源与探测国家重点实验室 裂变径迹自动测试仪
数码 摄像头 配置有Track Works ＆Fast Tracks软件
ZEISS 显微镜
Track Works软件
Fast Tracks 软件
手动测量裂变径迹密度、 径 迹 长 度 、 Dpar 等 参 数 。
据图像自动测量
分布对称、峰宽。推测样品所在 地层温度缓慢上升，在距今较近时 间达到退火带临界温度。 95个 数据 径迹数量
1
2 3
....
28 29 30
径迹长度
封闭径迹长度分布直方图
4.径迹参数测量
(3)测量Dpar长度
Dpar:与结晶C 轴平行、与抛光面相交的裂变径迹蚀刻象的最大直径 Dpar // C轴 Dpar
2.定位
(Ⅰ) 在薄片中确定三个铜网，方便 颗粒定位。
(Ⅱ) 依次在 5X 和 50X 物镜下定位通往中心 点，并记录铜网位置。
5×物镜铜网示意图
50×物镜铜网示意图 铜网标记位置示意图
3.选择和标记颗粒
定位铜网后，在薄片中挑选30个颗粒。 挑选标准：
表面有强烈抛 光擦痕； 反射光下蚀刻 坑长轴平行。 平行C轴
√
斜交C轴
垂直C轴
不同类型抛光面径迹分布特征
3.选择和标记颗粒
六边形 长轴平行
选择
反射光下垂直C轴颗粒
反射光下平行C轴颗粒
4.径迹参数测量
(1) 确定C轴方向 蚀刻象
C轴
C轴使用示意图
4.径迹参数测量
(2)测量封闭径迹 确定封闭径迹长度以及与C轴方向夹角 封闭径迹 表面径迹:斜交 抛光面，只保留 抛光面下方部分 径迹。 封闭径迹:完整 保留的径迹，与 表面径迹相交， 同时被蚀刻。
磷灰石裂变径迹方法原理与研究进展
磷灰石裂变径迹方法原理与研究进展姓名：***班级：矿物S162学号：*********磷灰石裂变径迹方法原理与研究进展一、磷灰石裂变径迹分析方法原理的提出磷灰石裂变径迹分析是一种揭示岩石低温热年代学的有力工具，它建立在20世纪70年代。
磷灰石裂变径迹分析是一种揭示岩石低温热年代学的有力工具，它建立在238U自发裂变辐射损伤效应，在实验基础上来观察辐射损伤特征，并利用数学地质模型模拟岩石所经历的低温热演化史。
Fleischer等(1975)将裂变径迹的定义为：238U自发核裂变会产生具有很高能量的带电重粒子，当高能量带电重粒子(238U)穿过绝缘固体材料时，会在固体材料如磷灰石中留下放射性的狭窄痕迹，称之裂变径迹(Fleischer al．，1975)。
在上述过程中，Fleischer 等(1988)发现238U 将会分裂成两个大致相同的高能带电粒子向相反方向飞行，每个粒子带电大约在40～160MeV( Fleischer et al．，1988）。
Gleadow 等（1986) Green （1988）和Donelick （1990）等均实验并最终证实这些核裂变产生的高能带电粒子能在固体材料上留下大约16～18μｍ的线性裂缝（Gleadow et al，1986；Green，1988；Donelick et al.，1990）。
这些线性裂变径迹可以通过化学酸蚀处理可视化，进而可被光学显微镜观察。
相对低温下稳定的磷灰石裂变径迹在60°Ｃ以上会发生退火，而且会不断累计（Donelick et al．，1981）。
这意味着磷灰石裂变径迹很少代表岩石的形成年龄，主要代表其低温演化的年龄（Gleadow et al．，1986）。
磷灰石裂变径迹退火行为受温度影响的。
Duddy等（1988）在其恒温退火的描述与温度随时间变化吻合的实验过程中，利用“等效时间原理”解释实验现象，印证了该原理。
磷灰石的退火行为一旦发生就受温度及时间的因素影响，而且温度是主导因素（Duddy et al．，1988）。
裂变径迹测年原理及对温度的响应
裂变径迹测年（fission track dating）是一种用来确定岩石和矿物样品年代的方法。
这种方法利用了岩石中裂变所产生的径迹数量与时间的关系，通过计算裂变径迹数量来推断样品的年代。
裂变径迹测年是一种重要的地质年代学方法，广泛应用于地质学、考古学、地质灾害研究等领域。
裂变是指重元素核碎裂为两个较轻的碎片并释放出中子的过程。
在天然岩石中，铀和钍是最常见的放射性元素，它们的裂变产物产生能够留下径迹的粒子。
当裂变产物来到岩石中，它们会从轨道中脱离并迅速与晶格中的原子发生相互作用，产生一系列的原子伤害，形成微小的径迹。
这些径迹在岩石中形成一个特定的结构，可以通过显微镜观察和计数。
核裂变中生成的径迹数量与裂变时间及温度相关。
核裂变释放出的中子速度很高，径迹的长短与中子的速度和触发核反应的维度有关。
在高温条件下，岩石结构活跃，微小的径迹会被抹平或修复，从而减少裂变径迹的数量。
而在低温条件下，岩石结构相对稳定，微小的径迹会得以保留或积累，从而增加裂变径迹的数量。
因此，高温环境下的样品裂变径迹数量较少，低温环境下的样品裂变径迹数量较多。
通过对裂变径迹数量的测量和分析，可以计算样品的裂变径迹密度，并与已知年代的样品进行对比，从而确定样品的年代。
裂变径迹测年方法具有以下优点：测年范围广，可追溯几千万年；无需破坏样品，可应用于原地测量；对于岩石和矿物中的不同裂变系统都可应用。
但裂变径迹测年方法也有其局限性，例如需要高精度的显微镜来观察和计数径迹，测年结果可能受到样品中的多种因素的干扰。
裂变径迹测年方法在地质学和其他相关领域中具有广泛的应用。
在地质学中，裂变径迹测年可以用来确定岩石的年代，并提供了研究地质历史、构造过程和地壳演化的重要线索。
在考古学中，裂变径迹测年可以用来确定史前遗址和文化层的年代，为考古学家提供时间框架。
在地质灾害研究中，裂变径迹测年可以用来研究地震活动、火山喷发和地滑等现象的频率和规模，对地质灾害的预测和评估有重要作用。
磷灰石裂变径迹在确定造山带隆升速率中的应用
磷灰石裂变径迹在确定造山带隆升速率中的
应用
1磷灰石裂变径迹的概念
磷灰石裂变径迹，即Fission Tracks或FTs，是由高能中子和其他离子束所产生的放射记录，即能够在矿物中持续保存，并且可以被观察到并识别出来的典型微米级小型特征。
它们是指矿物内空隙中的微小裂纹，形成这些微小裂纹的原因是中子和其他离子束在捕获反应中穿过矿物时，会导致原子核碰撞或裂变反应，这会产生大量的热量，从而导致矿物熔融或引起介质的拉裂，形成磷灰石裂变径迹。
2磷灰石裂变径迹在确定造山带隆升速率中的应用磷灰石裂变径迹技术是地质古代放射同位素技术的开山头，经过几十年的发展，Fission Track技术的应用日渐广泛，已经成为地质古代研究的重要手段和有效方法，近年来在地质科学领域有重大的进展。
Fission Track技术可以用来研究古地壳深部变形过程，是计算造山带隆升速率和形成造山带时代的重要依据，它可以用矿物样品中生成的磷灰石裂变径迹来确定当前振幅，以推断变形的度和量。
根据不同的裂变时间，计算出造山作用的持续时期，从而确定当前的应变历史以及地壳的古代构造演化过程，这便是应用Fission Tracks在识别古造山作用构造过程中的重要性。
3结论
磷灰石裂变径迹是一种由高能中子和其他离子束引起的有效研究古代变形过程的技术，其定义了一种新的方法，用来辨别历史构造过程，并可用来确定造山带隆升速率。
我们相信，今天的磷灰石裂变径迹技术将为世界的构造古老研究带来深刻的贡献，为我们提供关于古代构造历史的一些有价值的信息，它是一项高效能的、省时的、有效的技术。
裂变径迹法
裂变径迹法裂变径迹法（FissionTrackAnalysis，FTA）是一种用于研究古地质、地貌及其他矿物构造应用的地球物理学方法。
它研究的主要是采用放射性裂变来研究古地质学问题，例如古地貌、古构造以及古元素的研究。
裂变径迹的特征及原理基础裂变径迹是由放射性裂变产生的物质在古地质、地貌及其他矿物构造物中留下的印记。
裂变径迹的特征是有限的，从观察的角度来看，它是一种曲线，它在矿物结晶中会产生椭圆形的孔洞。
并且，裂变径迹在矿物结晶中会产生类似激光孔细小的小口，称为裂变物质洞，它可以用来研究固体构造及其他构造。
放射性裂变是一种自发裂变，裂变物质可以分解为两个小的物质，它的产生是由于辐射及物质的散失引起的，一旦发生裂变，就会形成穿过结晶矿物的椭圆形裂变径迹，而在这个过程中，结晶矿物是不受损害的。
裂变径迹法的应用裂变径迹法可以用于研究古地质学问题，例如古地貌、古构造以及古元素的研究。
它也可以用于研究地质构造，例如深度和年龄的研究。
此外，它还可以用于探测放射性材料，例如放射性废物的定位及监测。
在矿产勘查中，裂变径迹法可以用于探测矿物中的放射性元素，以及恢复古地貌，探测矿产构造，识别古气候改变，解释变质作用等。
在社会科学中，裂变径迹也能够用于古文化遗址的研究，以及研究古文物及历史人类活动的痕迹等。
裂变径迹法可以用于研究古地质学问题的原因是，它可以根据裂变径迹推测穿过矿物的放射性裂变产生的放射性物质的角度来识别古元素，从而确定其古代的年龄，从而研究古地质变化的过程。
总结裂变径迹法是一种用于研究古地质学及其他应用的地球物理学方法，它使用放射性裂变来研究古地质学问题，例如古地貌、古构造以及古元素的研究。
它可以用于矿产勘查、古文化遗址研究以及社会科学研究等，通过裂变径迹法可以识别古元素，从而研究其古代的年龄，从而研究古地质变化的过程。
裂变径迹测年原理及对温度的响应
• （三）径迹形态 • 裂变径迹蚀刻外貌受矿物结晶对称性、蚀刻 面在晶体结构中的位置、径迹取向、蚀刻时 间等有关；径迹蚀刻数目与蚀刻剂种类和浓 度、蚀刻时间、蚀刻温度、蚀刻面在晶体结 构中的位置有关。
• 表1 不同的常见矿物的蚀刻条件
矿物名称 磷灰石 白云母 锆石 榍石 70%HNO3 40%HF 20gNaOH+5gH2 0 6:3:2:1 H2 O+HCl+HNO3+HF 蚀刻剂 温度 20 20 220 20 时间 15s 4h 2.5h 5min
裂变径迹测年原理及对温度的 响应
卫江伟 2015/6/4
内容概述：
• • • • 一、 裂变径迹产生原理 二、 裂变径迹定年原理 三、 裂变径迹封闭温度原理 四、 裂变径迹相关应用
一、 裂变径迹产生原理
• （一）裂变产生 • （二）径迹蚀刻 • （三）径迹形态
一、 裂变径迹产生原理
• （一）裂变产生 • 裂变与衰变均属于自然界放射性同位素由不稳定 状态变为稳定状态时所发生的核反应过程； • 核衰变通常是指α、β、γ等衰变； • 核裂变是指一个重元素的原子核分裂为两个质量 相差不远的碎片；裂变反应可分为自发裂变和诱 发裂变。自发裂变是原子核在没有外来因素影响 下自行发生的核裂变，属于核素放射性衰变的一 种类型； • 诱发裂变是重原子核受外来粒子轰击，发生的核 裂变反应，以中子诱发核裂变最为重要
• （一）裂变产生 • 重核裂变之后，由于质量减少，产生约200MeV能 量，大部分转变为裂变后碎片的动能，两个碎片 在运动过程中经过一系列β或其他形式衰变最终形 成两个稳定的核素； • 碎片运动时与周围物质的原子核和电子发生电磁 作用，从而使碎片改变方向和损失能量； • 当通过的物质为绝缘材料时，就会沿着运动轨迹 产生一个放射性损伤的狭窄痕迹即径迹； • 解释：1）缓慢冷却重结晶；2）“离子爆炸尖峰” 模型：电离化——正离子——排斥——损伤区域 • 此时形成的径迹称为潜径迹。
磷灰石裂变径迹
磷灰石裂变径迹磷灰石裂变径迹的发现和研究，为地质学家研究地壳演化、构造运动以及岩石类别、矿床类型等提供了重要的指导和依据。
磷灰石裂变径迹指的是磷灰石中由于自然放射性元素的α粒子撞击引起的磷灰石晶格结构的损伤痕迹。
这些裂变径迹的形成与地质年代学以及岩石学研究息息相关，对地质历史和地质事件的了解具有重要意义。
磷灰石作为广泛存在于地壳中的矿物，是研究地质现象的重要载体之一。
磷灰石晶格结构中的磷元素与天然放射性元素钍和铀有一定的亲和性，因此，地球上的磷灰石中往往含有少量的天然放射性元素。
由于这些元素的自然衰变，会释放出大量α粒子，当这些α粒子撞击到磷灰石的晶格结构上时，会在磷灰石晶格中留下特征性的损伤痕迹，形成所谓的裂变径迹。
磷灰石裂变径迹的研究可以通过光学显微镜观察和计数裂变径迹来进行。
通过计数磷灰石中裂变径迹的数量和长度，可以对样品中的放射性元素含量和衰变历史进行初步的估计。
同时，裂变径迹的形貌、分布和密度等特征也对地质过程和岩石演化的研究提供重要线索。
磷灰石裂变径迹的研究在地质学和岩石学的诸多领域中发挥着重要的作用。
首先，磷灰石裂变径迹的计数可以用于放射性年代学研究。
通过测定岩石或矿床中磷灰石晶体中裂变径迹的数量，结合自然放射性元素的衰变规律，可以确定样品的年代信息。
这对于研究地壳演化、地质历史和构造运动等具有重要意义。
其次，磷灰石裂变径迹的观察与分析还可以用于岩石类型和矿床类型的判别。
不同类型的岩石和矿床中的磷灰石裂变径迹特征各异，通过观察和分析磷灰石中的裂变径迹，可以对岩石和矿床的形成过程和成因进行研究。
同时，由于裂变径迹的形成与岩石中的相对温度有关，因此，磷灰石裂变径迹也可以作为岩石温度史的指标之一，用于研究岩石的热力学特征以及构造运动的发育过程。
总结起来，磷灰石裂变径迹的研究为地质学家提供了一种有效的研究手段，对于理解地球的演化历史、地壳构造和航空航天中的飞行空间等诸多领域都具有重要的指导和应用价值。
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总之,研究区下第三系样品刚进入 磷灰石裂变径迹退火带,中生界样 品已接近磷灰石裂变径迹退火带 物源区剥蚀的原 的下限 始平均年龄
L-6样品己受到退火影响。因此,我们可推 断研究区中生界和下第三系退火带具有较 大差异
L-11样品已接近磷灰石裂变径 迹退火带的底界深度
2.古地温和热历史回溯 第三系样品可能仅遭受过简单的一次热事件 (裂变径迹均为单峰分布),而中生界样品基本 为双峰特征,表明中生界可能经历了复杂的热 历史（即两次热事件）
基本原理
结论
应用实例
结论
1.济源凹陷三叠系—侏罗系磷灰石裂变径迹 经历了两次退火过程带,第三系磷灰石经历 了一次退火作用,根据样品所受最高古地温 计算出中生代地温梯度为2.9℃/100m,第三 纪为3.1℃/100m。 2.磷灰石裂变径迹指示的古地温梯度反映了研 究区大地构造演化特征,因为中生代研究区是广盆 拗陷性质具有相对低的地温梯度,第三纪具有断陷 性质,地温梯度较高。晚白垩世—古新世沉积间断 (并伴有抬升剥蚀)期是地温梯度的转变期。
裂变径迹基本原理
1.定年原理
由于λfission的定值存有争议，且 确定照射过程中的中子通量等参 数也存在一定困难，故用同时照 射已知年龄标样的办法，结合标 消除因照射能量和裂变迹径衰变常数的不确定性 样的径迹密度ρd，确定出参数ζ
引起的误差。在对未知样品进行年龄计算时，只
需统计标样、未知样品的自发、诱发裂变径迹即 可。 。 zeta校正 法
中生界和下第三系组成了济源凹陷主要生储盖 组合
1.磷灰石裂变径迹年龄和退火带的确定
裂变径迹表观年龄
T=[ln(1+λD×ρs×n×ρs为自发裂变径迹密度(径迹数/cm2);ρi为 诱发裂变径迹密度(径迹数/cm2);λD为铀的总裂变 常数(1.54×10-10a-1);n为中子通量(0.345×1016 中子/cm2);σ为反应堆中子诱发裂变的截面(562× 10-24cm2);I为235U与238U的丰度比(1. 25× 10-3)
从L-6样品开始,随着层位的加深,年龄值逐渐减小,直至 L-11样品(层位T3c,深度3 182.4m),年龄减为0.36Ma。这 是由于地层的埋藏作用,地热增温,而引起磷灰石径迹退 火作用造成的
国内外的理论和实验研究表明,裂变径迹的退火作 用,从开始到完全退火不是在瞬间完成的,而是中间 有个过渡带,这个带被称之为裂变径迹退火带
当温度升高时，径迹范围内发生了错位的离子将丢失电荷，进而重返其正 常的晶格位置。这些位置在遇到酸反应时，将不再趋向于选择性地易于受 到酸溶解。这种裂变径迹发生消退的现象称为径迹退火作用。裂变径迹具 有明显的热效应,在一定的温度压力条件下才得以保存,当地下温度超过它 的保存温度后,径迹密度开始减少、径迹长度缩短,直至完全消失,这种特性 称之为退火
2、酸浸蚀方法
天然裂变过程产生的径迹难以直接观察，需要用酸浸蚀（刻蚀）的方法进行 统计前的预处理。对径迹进行刻蚀时，所形成的径迹取决于矿物的基质、性 质、铀含量和酸浸蚀温度等因素。不同物质有不同的径迹形态，进而也决定 了其定年精度。在进行径迹统计时，要求的径迹密度每平方厘米超过100。
3、径迹退火作用
图１是３种典型地温史所对应的磷灰石 裂变径迹长度分布模式图。模式ａ是样 品从高于１１０℃的区域（接近部分退 火带底部）快速降温至６０℃以下，其 后缓慢的降温至地表（图１－１），磷 灰石径迹分布特点为径迹长度集中于原 始长度附近（１４～１５ｕｍ），径迹 长度偏差较小，长度分布范围也较窄（ 图１－２）；模式ｂ具有匀速降低的冷 却史，样品从部分退火带的底部（１２ ０℃）缓慢匀速冷却至地表温度（图１ －１），径迹长度分布呈不对称的单峰 型，左侧缓右侧陡，长度分布较模式 ａ要大一些（图１－３）；模式ｃ是样 品从高于１１０℃的区域（接近部分退 火带底部）不匀速降温至１００℃（图 １－１），在９０～１００℃范围缓慢 降温持续很长时间，然后快速冷却到部 分退火带的顶部（６０℃），最后再缓 慢冷却至地表温度。在２次缓慢冷却过 程中，第一次在部分退火带滞留时间过 长，因而径迹长度被极大地缩短，在第 二次冷却过程中，温度较低，径迹未退 火，基本上保留了原始长度（原始长度 约为１６．３ｕｍ）。因此，径迹长度 分布具有双峰结构（图１－４），反映 样品经历了２次热事件。由此可见，通 过分析样品的裂变径迹长度特征，再配 合热演化模拟就可以确定样品的热历史
根据每个样品实际测得的裂变径迹年龄,再根 据样品随深度增加而裂变径迹年龄缩减的特征,进 行模拟退火计算,可推算出每个样品所经历的最 高古地温(表2)。因此得知,下第三系和中生界样 品对应的古地温范围分别为67℃~74℃和114℃~ 125℃。由此可推算,早第三纪和中生代的平均古地 温梯度: GT=dT/dH=(74-67)/(831-608)=3.1℃/100m GM=dT/dH=(125-114)/(3 182-2 802)=2.9℃/100m 即济源凹陷中生代古地温梯度为2.9℃/100m,第三 纪的古地温梯度为3.1℃/100m,低于现今地温梯度 (3.25℃/100m)。
基本原理
应用实例
结论
应用实例 华北盆地济源凹陷古地温梯度的研 究———磷灰石裂变径迹的应用
赵伟卫,金 强,王伟锋
准 备 知 识
磷灰石裂变径迹的退火温度在70℃~130℃,此温度正 好与生油窗（60~130℃）比较接近，能够有 效地反映油气生成等重要的石油地质问题,因此,常 被视为油气地质的古温度计
裂变径迹
资源1304 廖凌波
基本原理
应用实例
结论
应用实例
基本原理
结论
裂变径迹基本原理
在放射性元素的自发裂变过程中，当带电粒 子穿过固体介质时，会在介质中产生细而长 的辐射损伤痕迹，称为裂变径迹。
裂变径迹的密度和样品中铀 含量和样品形成时间有关， 只要测定样品中的径迹密度 和铀含量，就可以计算样品 的年龄，这就是裂变径迹计 时的原理。