地质时间的确定方法和装置
阅读：996发布：2020-05-15
专利汇可以提供地质时间的确定方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种地质时间的确定方法和装置，其中，该方法包括：确定待测样品的天然 放射性 核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的 能量 ；确定待测样品在 核反应堆 中辐照发生 核裂变 时所释放的核裂变能量；确定待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；根据各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、核裂变能量、和沉积能量，确定待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。在本发明 实施例 中，通过对核裂变过程中在待测样品上的沉积能量和核裂变能量的精确计算，对比待测样品中天然 放射性核素 全部衰变最终放出的总能量，从而确定出待测样品所经历的模拟核衰变地质时间。，下面是地质时间的确定方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种地质时间的确定方法，其特征在于，包括：
确定待测样品的天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量；
确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量；
确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；
根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变所经历的第一地质时间，包括：
分别计算模拟已衰变能量与所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与所述多个第一核素相对应的多个模拟核衰变比例，其中，所述模拟已衰变能量为所述核裂变能量与所述沉积能量的和；
确定出所述多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例；
根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设要求为模拟核衰变比例小于1。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间，包括：
根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例、所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例中各个模拟核衰变比例所对应的第二核素的半衰期，计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间；
将若干个第二地质时间中的最小值作为所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间：
其中，Ti表示第i个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间，θi表示第i个第二核素所对应的模拟核衰变比例，T1/2表示第i个第二核素的半衰期。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量，包括：
计算所述待测样品辐照发生核裂变的核素质量；
根据所述核素质量以及发生核裂变前后样品能量的变化情况，确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量，包括：
根据所述待测样品的物理性质、所述待测样品在核反应堆中的辐照点位置、所述待测样品在核反应堆中的辐照时间、所述待测样品在核反应堆中辐照时的核反应堆物理参数，模拟确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测样品的物理性质包括以下至少之一：所述待测样品的密度、体积、厚度和重量，所述核反应堆物理参数包括：辐射源的粒子种类和/或辐照时的粒子种类。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间之后，所述方法还包括：
根据所述第一地质时间，确定测试样品的生烃潜力。
10.一种地质时间的确定装置，其特征在于，包括：
衰变能量确定模块，用于确定待测样品的天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量；
裂变能量确定模块，用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量；
沉积能量确定模块，用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；
地质时间确定模块，用于根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述地质时间确定模块包括：
第一衰变比例确定单元，用于分别计算模拟已衰变能量与所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与所述多个第一核素相对应的模拟核衰变比例，其中，所述模拟已衰变能量为所述核裂变能量与所述沉积能量的和；
第二衰变比例确定单元，用于确定出所述多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例；
地质时间计算单元，用于根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
地质时间的确定方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种地质时间的确定方法和装置。
背景技术
[0002] 油气地质勘查结果显示，深部烃源岩层和含油气层的放射性现象一般较严重。这些地层的放射性主要来自于铀、钍、钾等天然放射性核素在自然衰变过程中所释放出的α射线、β射线以及γ射线。原子核在自然衰变过程中会产生一定的质量损失，并释放出一定的能量；同时，α射线、β射线以及γ射线与周围物质作用也能够产生一定的热量。上述这两部分由于放射性核素在自然衰变过程中所产生的能量可以称为放射性成因热。地质掩埋条件下所造成的封闭环境，可以使得放射性成因热产生累积作用，最终累积得到的放射性成因热对于有机质成熟演化有着较为明显的影响。
[0003] 基于放射性核素衰变过程的研究可知：由于放射性现象是由原子核内部变化引起的，同核外电子的状态变化关系较小，因此，只能引起核外电子状态变化的温度、压力以及磁场均不能显著地影响放射性核素的衰变过程。即，核衰变对于有机质成熟演化的影响只与放射性核素的含量以及地层所经历的地质时间有关，而与地质演化的背景无关，是独立于成岩作用、深埋深成作用以及岩浆侵入烘烤等地质演化事件存在的。
[0004] 综上，当确定核衰变过程中所经历的地质时间时，由于地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用是一个长期的过程，所需要消耗的时间较长，因而，无法在实验室条件下直接模拟出地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用，当然也就无法在实验室条件下直接确定出核衰变过程所经历的地质时间。
[0005] 针对上述地质时间的确定问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
[0006] 本发明实施例提供了一种模拟核衰变地质时间的确定方法和装置，以解决现有技术中无法在实验室条件下直接模拟出地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用，也无法确定出核衰变过程所经历的地质时间的问题。
[0007] 本发明实施例提供了一种地质时间的确定方法，可以包括：确定待测样品的天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量；确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量；确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0008] 在一个实施例中，根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变所经历的第一地质时间，可以包括：分别计算模拟已衰变能量与所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与所述多个第一核素相对应的多个模拟核衰变比例，其中，所述模拟已衰变能量为所述核裂变能量与所述沉积能量的和；确定出所述多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例；根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0009] 在一个实施例中，所述预设要求为模拟核衰变比例小于1。
[0010] 在一个实施例中，根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间，可以包括：根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例、所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例中各个模拟核衰变比例所对应的第二核素的半衰期，计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间；将若干个第二地质时间中的最小值作为所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0011] 在一个实施例中，可以按照以下公式计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间：
[0012]
[0013] 其中，Ti表示第i个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间，θi表示第i个第二核素所对应的模拟核衰变比例，T1/2表示第i个第二核素的半衰期。
[0014] 在一个实施例中，确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量，可以包括：计算所述待测样品辐照发生核裂变的核素质量；根据所述核素质量以及发生核裂变前后样品能量的变化情况，确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量。
[0015] 在一个实施例中，确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量，可以包括：根据所述待测样品的物理性质、所述待测样品在核反应堆中的辐照点位置、所述待测样品在核反应堆中的辐照时间、所述待测样品在核反应堆中辐照时的核反应堆物理参数，模拟确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量。
[0017] 在一个实施例中，在确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间之后，还可以包括：根据所述第一地质时间，确定测试样品的生烃潜力。
[0018] 本发明实施例还提供了一种地质时间的确定装置，可以包括：衰变能量确定模块，可以用于确定待测样品的天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量；裂变能量确定模块，可以用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量；沉积能量确定模块，可以用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；地质时间确定模块，可以用于根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0019] 在一个实施例中，所述地质时间确定模块可以包括：第一衰变比例确定单元，可以用于分别计算模拟已衰变能量与所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与所述多个第一核素相对应的模拟核衰变比例，其中，所述模拟已衰变能量为所述核裂变能量与所述沉积能量的和；第二衰变比例确定单元，可以用于确定出所述多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例；地质时间计算单元，可以用于根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0020] 在本发明实施例中，基于核反应堆辐照待测样品产生核裂变并释放能量的过程，来模拟出地质历史过程中的核衰变过程。通过对核裂变过程中在待测样品上的沉积能量和核裂变能量的精确计算，对比待测样品中天然放射性核素全部衰变最终放出的总能量，从而确定出待测样品在核衰变过程中所经历的模拟核衰变地质时间。由于本申请中所采用的核裂变过程耗时短，易于实现，从而解决了现有技术中无法在实验室条件下直接模拟出地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用，也无法确定出核衰变过程所经历的地质时间的问题。进一步地，基于上述地质时间确定测试样品的生烃潜力。附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1是本申请提供的一种地质时间的确定方法流程图；
[0023] 图2是本申请提供的一种地质时间的确定装置的一种结构框图。
具体实施方式
[0024] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0025] 需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0026] 考虑到确定核衰变过程所经历的地质时间时，由于地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用是一个长期的过程，所需要消耗的时间较长，无法在实验室条件下直接模拟。现有技术中已经提出了可以利用核反应堆对待测样品进行中子辐照，通过诱导放射性核素的裂变，从而实现核衰变过程的模拟。但上述模拟实验应用至实际的最为重要的一步，即为计算所模拟的核衰变地质时间。然而现有技术中并没有提出关于确定地质时间的方法，因此，发明人提出了利用待测样品在核反应堆中辐照期间，因粒子轰击所产生的放射性成因热定量推算所经历的模拟核衰变地质时间的方法，基于待测样品核裂变时所释放的核裂变能量、沉积能量来模拟上述核衰变过程中所释放出的放射性成因热，并结合各个第一核素全部衰变时所释放出的能量，确定待测样品在各个第一核素发生核衰变产生模拟的核衰变放射性成因热所需要的地质时间。基于此，提出了一种地质时间的确定方法，如图1所示，可以包括以下步骤：
[0027] S101：确定待测样品的多个天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量。
[0028] 在本实施例中，可以先计算待测样品的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量。其中，天然放射性核素可以是放射性衰变系列中的第一核素的统称，即，天然放射性核素可以由多个第一核素组成，其中，值得注意的是，第一核素即为天热放射性核素中的核素，为了和下文中的第二核素进行区分，所以在此处描述为第一核素，在本申请中的第一核素和第二核素均指的是核素，并不具有其他特殊含义。第一核素全部衰变时所释放出的能量可以指的是全部衰变时所释放出的能量即为仅一种天然放射性核素全部发生核衰变所释放出的能量，不包括其他放射性核素发生核衰变所放出的能量。其中，天然放射性核素可以包括：以铀-238为首至铅-206的铀系、以铀-235为首至铅-207的锕系、以钍-
232为首至铅-208的钍系等原子序数大于82的天然放射性核素，以及碳-14、钾-40等原子序数小于81的天然放射性核素。在本申请的一个实施例中，待测样品的天然放射性核素主要可以包括：铀元素的多个同位素(在下文中简称为铀元素，具体指的是：238U、235U、234U)、钾元素(在本申请中具体指的是：40K)、钍元素(在本申请中具体指的是：232Th)。当然，还可以包括上述碳元素等其他天然放射性核素，只要满足所选择的测定的天然放射性核素至少为3种的要求，具体为何种天然放射性核素，本申请对此不作限定。
232为首至铅-208的钍系等原子序数大于82的天然放射性核素，以及碳-14、钾-40等原子序数小于81的天然放射性核素。在本申请的一个实施例中，待测样品的天然放射性核素主要可以包括：铀元素的多个同位素(在下文中简称为铀元素，具体指的是：238U、235U、234U)、钾元素(在本申请中具体指的是：40K)、钍元素(在本申请中具体指的是：232Th)。当然，还可以包括上述碳元素等其他天然放射性核素，只要满足所选择的测定的天然放射性核素至少为3种的要求，具体为何种天然放射性核素，本申请对此不作限定。
[0029] 当待测样品的天然放射性核素分别为铀元素、钾元素、钍元素时，可以按照以下方式计算待测样品的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量E1：
[0030] S1-1：测定待测样品在辐照前所含有的铀元素、钍元素以及钾元素的含量。
[0031] 可以精确称量少许已充分混匀的待测样品，通过酸溶处理成溶液之后，精确测定该待测样品辐照前的铀含量、钍含量以及钾含量。其中，待测样品需碾细磨匀至样品粒径为74μm以下，所称量的待测样品的重量不低于0.10000g，称量精确度不低于10μg。
[0032] 酸溶处理时可以选择硝酸、氢氟酸等酸溶液，该酸溶液纯度均应为优级纯；结合电阻率不低于18MΩ的超纯水将待测样品进行酸溶处理之后，经电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体光谱法分别测定铀、钍、钾的浓度，进而计算待测样品中的铀、钍、钾含量。其中，硝酸、氢氟酸和超纯水中所含有的铀元素、钍元素进行空白试验所得到的空白含量均低于10-9g L-1、钾的空白含量低于10-6g L-1。样品中铀、钍的含量结果应精确到10-9g，钾含量测定结果应精确到10-6g。
[0033] S1-2：根据待测样品的质量，结合上述铀元素、钍元素以及钾元素的含量，计算得到待测样品中铀元素的质量mU1、钍元素的质量mTh1、钾元素的质量mK1。
[0034] 可以重新精确称量预定质量的待测样品，根据上述铀、钍、钾的含量，计算铀元素的质量mU1、钍元素的质量mTh1、钾元素的质量mK1。其中，重新称量的待测样品的质量不低于-1.00000g，称量精确度不低于10μg。计算得到的铀、钍、钾三种元素的质量精确度不低于10
9g。
9g。
[0035] S1-3：根据铀元素、钍元素以及钾元素的质量，结合铀元素、钍元素以及钾元素全部核衰变时的能量方程中能量的变化情况，分别计算得到待测样品中铀元素全部衰变时所释放出的能量、钍元素全部衰变时所释放出的能量以及钾元素全部衰变时所释放出的能量E1。
[0036] 由可以按照以下公式计算得到各个第一核素全部衰变时所释放出的能量：
[0037]
[0038] 其中，E1i表示第i个放射性核素全部衰变时所释放出的能量，Δmi表示第i个放射性核素全部衰变前后的质量变化，c＝299792458m/s。由于本申请中的各放射性核素的摩尔质量不同，所以也可以基于摩尔质量来区分各个放射性核素，即，利用 来表示摩尔质量为k的放射性核素全部衰变时所释放出的能量。
[0039] 在本申请的一个实施例中，当计算238U全部衰变所释放出的能量时，由于238U完全衰变后将变成206Pb，在此过程中释放出8个4He粒子和6个电子，反应能量方程式表示为：238U→206Pb+84He+6e-+能量，因此，可以按照以下公式计算得到E2381：
[0040] E2381＝ΔmC2＝0.99275×mU1/238.0508×(238.0508-205.9744-8×4.0026-4×0)×10-3×2997924582＝20749.5049×106×mU1，单位为焦耳(J)。其中，0.99275为238U在自然界中的同位素丰度，238.0508为238U的摩尔质量，205.9744为206Pb的摩尔质量，4.0026为氦粒子(4He)的摩尔质量，0为电子(e-)的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E2381即为E1。
[0041] 在本申请的另一个实施例中，当计算235U全部衰变所释放出的能量时，由于235U完全衰变后将变成207Pb，在此过程中释放出7个4He粒子和4个电子，反应能量方程式表示为：235U→207Pb+74He+4e-+能量，因此，可以按照以下公式计算得到E2351：
[0042] E2351＝ΔmC2＝0.00720×mU1/235.0439×(235.0439-206.9759-7×4.0026-4×0)×10-3×2997924582＝136.5272×106×mU1，单位为J。其中，0.00720为235U在自然界中的同位素丰度，235.0439为235U的摩尔质量，206.9759为207Pb的摩尔质量，4.0026为4He的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E2351即为E1。
[0043] 在本申请的另一个实施例中，当计算234U全部衰变所释放出的能量时，由于234U完全衰变后将变成206Pb，在此过程中释放出7个4He粒子和4个电子，反应能量方程式为234U→206Pb+74He+4e-+能量，因此，可以按照以下公式计算得到E2341：
[0044] E2341＝ΔmC2＝0.00005×mU1/234.0409×(234.0409-205.9744-7×4.0026-4×0)-3 2 6 1 234
×10 ×299792458＝0.9234×10 ×mU ，单位为J。其中，0.00005为 U在自然界中的同位
素丰度，234.0409为234U的摩尔质量，205.9744为206Pb的摩尔质量，4.0026为4He的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E2341即为E1。
×10 ×299792458＝0.9234×10 ×mU ，单位为J。其中，0.00005为 U在自然界中的同位
素丰度，234.0409为234U的摩尔质量，205.9744为206Pb的摩尔质量，4.0026为4He的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E2341即为E1。
[0045] 在本申请的另一个实施例中，当计算232Th全部衰变所释放出的能量时，由于232Th完全衰变后将变成208Pb，在此过程中释放出6个4He粒子和4个电子，反应能量方程式为232Th→208Pb+64He+4e-+能量，因此，E2321应遵照以下公式计算：
[0046] E2321＝ΔmC2＝1.00000×mU/232.0380×(232.0380-207.9766-6×4.0026-6×0)×10-3×2997924582＝17670.0042×106×mTh1，单位为J。其中，1.00000为232Th在自然界中的同位素丰度，232.0380为232Th的摩尔质量，207.9766为208Pb的摩尔质量，4.0026为4He的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E2321即为E1。
[0047] 在本申请的另一个实施例中，当计算40K全部衰变所释放出的能量时，由于40K完全衰变后将变成40Ca，在此过程中释放出1个电子，反应式为40K→40Ca+e-+能量，因此，E401应遵照以下公式计算：
[0048] E401＝ΔmC2＝0.000117×mU/39.9640×(39.9640-39.9626-1×0)×10-3×2997924582＝0.3684×106×mK1，单位为J。其中，0.000117为40K在自然界中的同位素丰度，
39.9640为40K的摩尔质量，39.9626为40Ca的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E401即为E1。
39.9640为40K的摩尔质量，39.9626为40Ca的摩尔质量，0为e-的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数，E401即为E1。
[0049] 在本实施例中，可以根据上述S1-1至S1-3计算出待测样品的多个放射性核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的多个总能量E1，从而可以为后续计算地质时间打下基础。
[0050] S102：计算待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量。
[0051] S103：计算待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量。
[0052] 在本实施例中，在得到各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之后，可以计算待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量以及沉积能量。
[0053] 具体的，计算待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量，可以包括以下步骤：
[0054] S2-1：计算待测样品辐照发生核裂变的核素质量。
[0055] 具体的，可以包括：
[0056] S2-1-1：将待测样品置于核反应堆中，并由相应的粒子辐照预设的辐照时间。
[0057] 上述粒子可以为超热中子、电子、质子等粒子。在本实施例中，上述粒子为超热中238
子，该超热中子的辐照能量不超过1MeV，从而可以保证待测样品中的铀元素(例如： U)不会发生链式核反应。其中，上述辐照时间可以根据待模拟的核衰变时间进行确定。
子，该超热中子的辐照能量不超过1MeV，从而可以保证待测样品中的铀元素(例如： U)不会发生链式核反应。其中，上述辐照时间可以根据待模拟的核衰变时间进行确定。
[0058] S2-1-2：精确称量样品辐照后的质量。
[0059] 其中，辐照后样品的称量精确度不低于10μg。
[0060] S2-1-3：精确称量少许辐照后的样品，酸溶处理成溶液后，精确测定样品辐照后的发生核裂变的核素含量。
[0061] 在本申请中的一个实施例中，由于铀元素和其他元素相比，在地质条件下发生核衰变时能量变化最明显，因而，在本申请中所选择的测定元素为铀元素，这种最主要的受超热中子轰击后会发生核裂变的元素。当然，也可以为其他核素，本申请对此不作限定。
[0062] 采用和S1-1中酸溶处理时相同要求的方式，对辐照后的样品处理成溶液，并测定样品辐照后的发生核裂变的核素，在本申请中即为样品辐照后的铀元素含量。
[0063] S2-1-4：根据样品辐照后的质量和样品辐照后的发生核裂变的核素含量，精确计算样品辐照后发生核裂变的核素质量。
[0064] 在本申请中的一个实施例中，可以根据样品辐照后的质量和样品辐照后的铀含量，精确计算样品辐照后的铀元素质量mU2。
[0065] S2-1-5：将发生核裂变的核素在辐照前后的质量差值，作为发生核裂变的核素质量。
[0066] 在本申请中的一个实施例中，可以将铀元素在辐照前后的质量差值作为发生核裂变的铀元素质量。即，发生核裂变的铀质量mU3＝mU1-mU2，质量计算值单位为g，精确度应不低于10-9g。
[0067] S2-2：根据核素质量以及发生核裂变前后样品能量的变化情况，确定待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量。
[0068] 可以按照发生核裂变的核素发生核裂变前后的能量变化以及质能方程，计算样品中铀原子受超热中子轰击后发生核裂变所释放能量E2。
[0069] 在本申请中的一个实施例中，上述发生核裂变的核素为235U。由于受能量低于1MeV的中子轰击后，238U会捕获中子但不发生裂变，只有235U吸收中子后发生核裂变，因此辐照后样品中铀元素质量的减少均来自于235U的裂变。235U有多种裂变途径，其中比较有代表性的是吸收1个中子后，裂变生成141Ba和92Kr，并放出3个中子和能量。反应式为235U+n→141Ba+92Kr+3n+能量，因此，可以按照一下公式计算E2352：
[0070] E2352＝ΔmC2＝mU3/235.0439×(235.0439+1.0087-140.9139-91.8973-3×1.0087)×10-3×2997924582＝82325.8932×106×mU3，单位为焦耳(J)。其中，235.0439为
235 141 92
U的摩尔质量，140.9139为 Ba的摩尔质量，91.8973为 Kr的摩尔质量，1.0087为中子(n)的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数。E2352即为E2。
235 141 92
U的摩尔质量，140.9139为 Ba的摩尔质量，91.8973为 Kr的摩尔质量，1.0087为中子(n)的摩尔质量，10-3为克到千克的转换系数。E2352即为E2。
[0071] 进一步的，可以根据待测样品的物理性质、待测样品在核反应堆中的辐照点位置、待测样品在核反应堆中的辐照时间、待测样品在核反应堆中辐照时的核反应堆物理参数，模拟计算待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量E3。
[0072] 为了得到最优的沉积能量，上述待测样品的物理性质可以包括但不限于以下至少之一：待测样品的密度(包括原子的排列以及组成情况)、体积、厚度和重量，辐照点位置具体可以是辐射源到待测样品之间的距离，核反应堆物理参数包括：辐射源和/或辐照时的粒子种类等。
[0073] 在选取好上述参数之后，可以采用蒙特卡洛模拟计算待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量E3。
[0074] 核反应堆是一种能以可控方式实现人造核反应的装置。根据原子核产生能量的方式，可以将核反应堆分为裂变反应堆和聚变反应堆两种。当今世界上已建成和广泛使用的核反应堆都是裂变反应堆。裂变反应堆内的主要核过程是中子与核反应堆内各种核素的相互作用。核反应的能量来源一方面来自于辐照中子的沉积能量，另一方面也来自于样品自身重元素在中子轰击后发生链反应释放的裂变能量。
[0075] 由于地壳及沉积物中的天然放射性核素较多，但含量较高，且较为主要的放射性核素为238U、235U、234U、232Th和40K等。但这些放射性核素在沉积物中的含量有很大差异，半衰期也从2.47×105年至1.41×1010年各自不一。另外，在中子轰击下，可能发生核裂变的核素也包括238U、235U、232Th等，但这些核素发生核裂变所需的入射中子能量阈值不同，链式核反应所释放的能量也有很大差异。
[0076] 在本申请中，利用时间较短的可实验室完成的核裂变反应来模拟时间较长的核衰变过程，并基于核裂变得到的沉积能量以及裂变能量，计算得到中子辐照期间待测样品因中子轰击所产生的放射性成因热，将该放射性成因热定量推算至核衰变所经历的地质时间。利用本申请所提出的核裂变方式来模拟核衰变，可以实现实验室模拟核衰变的目的，进而可以实现实验室定量计算待测样品所经历的模拟核衰变地质时间的目的。
[0077] S104：根据各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和沉积能量，确定待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0078] 在本申请的一个实施例中，可以根据放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变所释放的能量与核裂变能量、沉积能量，确定待测样品所经历的模拟核衰变第一地质时间。具体的，可以包括以下步骤；
[0079] S4-1：计算模拟已衰变能量与各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与多个第一核素相对应的多个模拟核衰变比例，其中，模拟已衰变能量为核裂变能量与沉积能量的和。
[0080] 将E2+E3作为模拟核衰变所释放的能量，E2+E3/E1的比值代表模拟的已衰变核产生能量与全部衰变后产生能量的比值，即为样品中多个第一核素中各个第一核素的模拟核衰变比例θ。
[0081] 即，可以根据238U、235U、234U、232Th、40K所对应的E1：E2381、E2351、E2341、E2321、E401，分别计算与多个第一核素相对应的多个模拟衰变比例，分别为：θ238、θ235、θ234、θ232、θ40。
[0082] S4-2：确定出多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例。
[0083] 该预设要求为多个模拟核衰变比例中各个模拟核衰变比例小于1。当模拟核衰变比例大于1时，该比例值无意义，可以剔除。
[0084] S4-3：根据满足预设要求的模拟核衰变比例，确定待测样品所经历的模拟核衰变第一地质时间。
[0085] 在本申请的一个实施例中，可以若干个满足预设要求的模拟核衰变比例、若干个满足预设要求的模拟核衰变比例中各个模拟核衰变比例所对应的第二核素的半衰期，计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生模拟已衰变能量时所需的第二地质时间；将若干个第二地质时间中的最小值作为待测样品所经历的模拟核衰变第一地质时间。
[0086] 可以按照以下公式计算得到若干个第二核素中各个第二核素衰变产生模拟已衰变能量时所需的第二地质时间：
[0087]
[0088] 其中，Ti表示第i个第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的第二地质时间，θi表示第i个第二核素所对应的模拟核衰变比例，T1/2表示第i个第二核素的半衰期。
[0089] 和上述第一核素以及第二核素类似，此处的第二地质时间和上述第一地质时间均可以表示地质时间，为了区分二者为不同的计算结果，此处用第一地质时间和第二地质时间进行区分。
[0090] 在本申请的一个实施例中，也可以利用第二核素的摩尔质量来表示上述表达式：
[0091]
[0092] 其中，Tk表示摩尔质量为k的第二核素衰变产生所述模拟已衰变能量时所需的地质时间，θk表示摩尔质量为k的第二核素所对应的模拟核衰变比例， 表示摩尔质量为k的第二核素的半衰期。
[0093] 在本申请的一个实施例中，238U产生模拟已衰变能量E2+E3所需的地质时间计算公式为t238＝-ln(1-θ238)/ln2×4.51×109＝-6.54×ln(1-θ238)×109，单位是年。其中，ln2＝0.69，4.51×109年为238U的半衰期，均属于常数。
[0094] 在本申请的另一个实施例中，235U产生模拟已衰变能量E2+E3所需的地质时间计算公式为t235＝-ln(1-θ235)/ln2×7.00×108＝-1.01×ln(1-θ235)×109，单位是年。其中，7.00×108年为235U的半衰期，属于常数。
[0095] 在本申请的另一个实施例中，234U产生模拟已衰变能量E2+E3所需的地质时间计算公式为t234＝-ln(1-θ234)/ln2×2.47×105＝-3.58×ln(1-θ234)×105，单位是年。其中，2.47×105年为234U的半衰期，属于常数。
[0096] 在本申请的另一个实施例中，232Th产生模拟已衰变能量E2+E3所需的地质时间计算公式为t232＝-ln(1-θ232)/ln2×1.41×1010＝-2.04×ln(1-θ232)×1010，单位是年。其中，1.41×1010年为232Th的半衰期，属于常数。
[0097] 在本申请的另一个实施例中，40K产生模拟已衰变能量E2+E3所需的地质时间计算公式为t40＝-ln(1-θ40)/ln2×1.25×109＝-1.81×ln(1-θ)×109，单位是年。其中，1.25×9 40
10年为 K的半衰期，属于常数。
10年为 K的半衰期，属于常数。
[0098] 在得到上述多个第二地质时间之后，可以选取t238、t235、t234、t232、t40中的最小值作为待测样品在核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0099] 在采用上述方式得到待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间之后，可以建立核衰变第一地质时间与样品生烃量的关系图版，根据关系图版将实验室数据外推到地质历史时期，从而可以分析测试样品所经历的核衰变地质时间、已生烃量及生烃潜力。进一步地，可以建立核衰变史与生烃史、产物组成的相关性。由此，确定核衰变过程对已知核衰变地质时间烃源岩的生烃贡献。
[0100] 下面结合一个具体的实施例对上述地质时间的确定方法进行具体说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0102] S201：精确称量0.15000g粒径74μm以下且已充分混匀的待辐照干酪根样品。使用优级纯的硝酸、氢氟酸和电阻率不低于18MΩ的超纯水将样品酸溶处理后，经电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体光谱法分别测定铀、钍、钾在溶液中的含量，进而计算干酪根中的含量分别为11.723μg g-1、1.711μg g-1、1472.258μg g-1。其中空白对照实验显示，硝酸、氢氟酸和超纯水的铀、钍的空白离子含量均低于10-9g L-1、钾的空白离子含量低于10-6g L-1。
[0103] S202：精确称量1.00000g的干酪根样品，根据步骤S201中所测定的铀、钍、钾含量，计算铀、钍、钾的元素质量mU1、mTh1、mK1分别为11.723μg、1.711μg、1472.258μg。
[0104] S203：根据放射性同位素核衰变的能量方程中能量的变化情况和质能方程，以及步骤S202中所得到的辐照样品中铀、钍、钾的元素质量mU1、mTh1、mK1，计算铀、钍、钾各天然放射性同位素全部衰变后，最终放出的能量。各个核素全部衰变后所释放的能量分别为：
[0105] E2381＝20749.5049×106×mU1＝2.432×105J，
[0106] E2351＝136.5272×106×mU1＝1.600×103J，
[0107] E2341＝0.9234×106×mU1＝10.825J，
[0108] E2321＝17670.0042×106×mTh1＝3.023×104J，
[0109] E401＝0.3684×106×mK1＝542.380J。
[0110] S204：将干酪根样品在中国原子能研究院的某超热中子(49-2轻水核反应堆D10孔道)中辐照3小时，满功率时孔道中心部位及平均γ剂量分别为2.18×106Gy/h和1.80×106Gy/h。
[0111] S205：精确称量样品辐照后的质量为0.99995g。
[0112] S206：精确称量0.15000g辐照后的样品，使用优级纯的硝酸、氢氟酸和电阻率不低于18MΩ的超纯水将样品酸溶处理后，经电感耦合等离子体质谱法测定铀在溶液中的含量，进而计算辐照后干酪根中的铀含量为11.711μg g-1。其中空白对照实验显示，硝酸、氢氟酸和超纯水的铀、钍的空白离子含量均低于10-9gL-1、钾的空白离子含量低于10-6gL-1。
[0113] S207：根据步骤S205中得到的样品辐照后的质量0.99995g和步骤S206中得到的样品辐照后的铀含量11.711μg g-1，精确计算得到样品辐照后的铀元素质量mU2为11.710μg。
[0114] S208：根据步骤S202和步骤S207中得到的铀元素在辐照前后的质量差值，计算发生核裂变的铀元素质量mU3＝mU1-mU2＝0.013μg。
[0115] S209：235U经中子轰击后的最终核裂变产物为144Ba、89Kr和2个中子。按照质能方程和步骤S206中得到的样品辐照后的发生核裂变的铀元素质量，计算样品中铀原子发生核裂2 6 3
变所释放能量E2。E2＝E235＝82325.8932×10×mU＝1070.225J。
变所释放能量E2。E2＝E235＝82325.8932×10×mU＝1070.225J。
[0116] S210：根据样品物理性质、所处辐照点位置、辐照时间和核反应堆物理参数，利用蒙特卡洛模拟计算样品辐照时的沉积能量E3＝5654.328J。具体计算过程参照金文绵、李素梅主编的《MCNP3B使用手册》(1998年修订版，中国原子能科学研究院计算机应用研究所内部资料)。
[0117] S211：以步骤S209和步骤S210所得到的能量的和(E2+E3＝6724.553J)作为模拟已衰变能量，模拟已衰变能量与步骤S203得到的各元素全部衰变所放出的能量比值((E2+E3)/E1)作为各放射性同位素的模拟核衰变比例θ。根据步骤S203计算得到的238U、235U、234U、232Th、40K所对应的E1分别为E2381、E2351、E2341、E2321、E401，计算各放射性同位素的模拟衰变比例分别为θ238＝0.0277、θ235＝4.2028、θ234＝621.2058、θ232＝0.2224、θ40＝12.3982。因θ235、θ234、θ40大于1，无意义，选择θ238和θ232进行模拟核衰变地质时间计算。
[0118] S212：根据238U、232Th的放射性原子半衰期T1/2和步骤S211中所得到的模拟核衰变比例θ238、θ232，计算238U、232Th衰变产生模拟已衰变能量所需地质时间分别为：
[0119] t238＝-6.54×ln(1-θ238)×109＝1.83×108年，
[0120] t232＝-2.04×ln(1-θ232)×1010＝5.13×108年，
[0121] 选取其中的最小值t238即1.83亿年，作为此次模拟核衰变地质时间。
[0122] 基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种地质时间的确定装置，如下面的实施例所述。由于地质时间的确定装置解决问题的原理与地质时间的确定方法相似，因此地质时间的确定装置的实施可以参见地质时间的确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是本发明实施例的地质时间的确定装置的一种结构框图，如图2所示，可以包括：衰变能量确定模块201、裂变能量确定模块202、沉积能量确定模块203、地质时间确定模块204，下面对该结构进行说明。
[0123] 衰变能量确定模块201，可以用于确定待测样品的天然放射性核素的多个第一核素中各个第一核素全部衰变时所释放出的能量；
[0124] 裂变能量确定模块202，可以用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照发生核裂变时所释放的核裂变能量；
[0125] 沉积能量确定模块203，可以用于确定所述待测样品在核反应堆中辐照时所产生的沉积能量；
[0126] 地质时间确定模块204，可以用于根据所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量、所述核裂变能量、和所述沉积能量，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0127] 在一个实施例中，所述地质时间确定模块包括：第一衰变比例确定单元，可以用于分别计算模拟已衰变能量与所述各个第一核素全部衰变时所释放出的能量之间的比值，得到与所述多个各个第一核素相对应的多个模拟核衰变比例，其中，所述模拟已衰变能量为所述核裂变能量与所述沉积能量的和；第二衰变比例确定单元，可以用于确定出所述多个模拟核衰变比例中满足预设要求的若干个模拟核衰变比例；地质时间计算单元，可以用于根据所述若干个满足预设要求的模拟核衰变比例，确定所述待测样品模拟核衰变过程中所经历的第一地质时间。
[0128] 利用上述各实施例所提供的地质时间的确定装置的实施方式，可以自动实施地质时间的确定方法，对地质时间进行预测，可以不需要实施人员的具体参与，可以直接输出地质时间的预测结果，操作简单快捷，有效提高了用户体验。
[0129] 需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
[0130] 从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：基于核反应堆辐照待测样品产生核裂变并释放能量的过程，来模拟出地质历史过程中的核衰变过程。通过对核裂变过程中在待测样品上的沉积能量和核裂变能量的精确计算，对比待测样品中天然放射性核素全部衰变最终放出的总能量，从而确定出待测样品所经历的模拟核衰变地质时间。由于本申请中所采用的核裂变过程耗时短，易于实现，从而解决了现有技术中无法在实验室条件下直接模拟出地质条件下核衰变过程对有机质生烃的作用，也无法确定出核衰变过程所经历的地质时间的问题。进一步地，基于上述地质时间确定测试样品的生烃潜力。
[0131] 本申请并不局限于必须是本申请实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取/计算/判断等获取的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。
[0132] 虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
[0133] 上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0134] 本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0135] 本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0136] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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