矿物自发裂变径迹统计误差对值的影响

矿物自发裂变径迹统计误差对值的影响

广泛使用了矿物变形直径轨迹的年龄技术，对构造热事件、大地构造、石油地质和新构造运动的研究取得了良好的效果。但人们在利用该技术时,发现裂变径迹年龄准确性除了受衰变常数λα、热中子通量Φ以及样品制备条件等的影响外,矿物自发和诱发裂变径迹数的统计及统计的准确性是影响裂变径迹年龄准确性的重要因素之一;而其统计常由地质工作者自已完成,因此地质工作者如能充分了解自发和诱发裂变径迹统计对年龄值的影响,就可最大限度地减少其误差,提高年龄值的可靠性。获得裂变径迹年龄的关键步骤是统计矿物的自发和诱发裂变径迹数量,将裂变径迹密度代入等式(1),即得计算值。tu=1λαln[1+(ρsρi)uρmGζλα]tu=1λαln[1+(ρsρi)uρmGζλα](1)其中tu为未知矿物裂变径迹年龄;λα为238U衰变常数;ρs为矿物自发裂变径迹密度;ρi为矿物诱发裂变径迹密度;ρm为标准铀玻璃诱发裂变径迹密度;G为几何因子,外探测器法取值0.5,总体法取值1.0,ζ为裂变径迹测试者的测量校正系数。从(1)可知:如衰变参数已定,裂变径迹密度和ζ值是获得准确年龄数据的关键所在,对已知年龄样品,等式(1)可变为ζ=eλαts−1λαG[ρsρi]sρmζ=eλαts-1λαG[ρsρi]sρm(2)其中ts是标准样品的已知年龄;[ρs/ρi]s是标准样品自发裂变径迹与诱发裂变径迹密度比。由等式(2)可知,影响ζ值的主要参数有矿物的自发、诱发裂变径迹和标准铀玻璃诱发裂变径迹密度(ρs,ρi和ρm)。由于矿物的晶格缺陷、裂隙、解理等和其它人为因素(如统计习惯)的影响,人们不可能完全准确地识别和正确统计矿物中全部裂变径迹。(2)式中的密度值实质上为统计的密度值,只具统计意义的准确度,其准确性依赖于工作者对样品裂变径迹的正确识别与准确统计,其准确性越高,就越趋于其真实值。工作者经验的积累虽可提高统计的准确性,却正说明裂变径迹统计的准确性受到人为影响。正因如此,裂变径迹工作者必须获得个人独特的ζ值(310～360是可取值)。为提高ζ值的准确性,专家们进行了大量研究,如强调增加统计数量,对与获得ζ值有关的参数进行实验和理论校正。Green概括出8种对裂变径迹统计准确性产生影响的原因,并对之进行分析,提出要对所获数据进行评价分析的观点,使用方法有χ2分析,等值线拟合、自发和诱发裂变径迹密度比平均值分析法等。作者在工作中发现,自发裂变径迹统计的精确度很大程度地控制了ζ值的准确性。因此认为对自发裂变径迹的正确识别和统计是提高裂变径迹年龄准确度的关键途径之一,分析如下。1径迹密度的统计描述(2)式中,设ρs=Ns/Ss,ρi=Ni/Si,ρm=Nm/Sm,其中Ns为矿物自发裂变径迹统计数,Ni为诱发裂变径迹统计数,Nm为标准铀玻璃的诱发裂变径迹统计数,Ss、Si、Sm分别为自发和诱发裂变径迹统计区面积。在外探测器法中,Ss=Si,所以ρs/ρi=Ns/Ni。设矿物的自发和诱发裂变径迹实际值分别为Ts和Ti,误差修正系数(统计的系统误差函数)分别为Es和Ei,则有Ns=Es×Ts,Ni=Ei×Ti。同理,对标准铀玻璃,有Nm=Em×Tm,其中Tm为标准铀玻璃中实际诱发裂变径迹数,Em为误差修正系数,误差修正系数依赖于统计者的经验,包括对裂变径迹的确认、统计习惯等。对同一统计者而言,认识矿物和标准铀玻璃的诱发裂变径迹的能力相近,即Ei≈Em,相应地(2)式中有关径迹密度项可表述为:ρsρi×ρm=Es×TsEi×Ti×Em×TmSm=Es×TsTi×TmSmρsρi×ρm=Es×ΤsEi×Τi×Em×ΤmSm=Es×ΤsΤi×ΤmSm(3)显然,矿物诱发裂变径迹的统计误差对ζ值的影响可以通过标准铀玻璃诱发裂变径迹的统计得到大致抵消,而自发裂变径迹的统计误差却未得到有效“弱化”。将(3)式代入(2)式,有:ζ=eλα×ts−1λαG×Es×TsTi×ImSmζ=eλα×ts-1λαG×Es×ΤsΤi×ΙmSm(4)(4)式中已没有了Ei和Em误差项,只留下了Es误差项,因而可得出自发裂变径迹的统计误差值对ζ值的影响明显大于诱发裂变径迹的结论。2自发和诱发分裂径迹统计数比例的比较统计中,统计者有将所确认的裂变径迹全部进行统计计数以提高数据准确性的潜意识,这种意识客观上强化了自发裂变径迹统计数与诱发裂变径迹统计数的比率对ζ值的影响,现以磷灰石为例加以说明。裂变径迹工作者多以美国FishCanyon,墨西哥Durango和澳大利亚MountDromedary的磷灰石作为标样,以取得ζ值;但这些样品的自发裂变径迹较少,如果样品照射时的中子通量较大,其诱发裂变径迹密度可远大于自发裂变径迹,如FishCanyon样品,其自发裂变径迹只有诱发径迹的10%左右。在外探测器法运用中,(2)式的ρs/ρi项可由Ns/Ni替代,Ns为自发裂变径迹统计数,Ni为诱发裂变径迹统计数,设二者比值为R=Ns/Ni,如统计相对准确,R趋于一定值;但如果Ns远小于Ni,并发生误计,R值可产生较大偏差。假设FishCanyon磷灰石的R=10%,统计时如少计或多计一条自发裂变径迹,则必须相应少计或多计10条诱发裂变径迹才能保持R值的准确,但实际操作中却办不到。因为统计者不可能意识到是否少计或多计了自发裂变径迹,也不能知道误计了多少自发裂变径迹;同时由于统计者对裂变径迹的判识经验及保持统计准确的心理,也使之只会遵循其判识经验及统计习惯进行诱发裂变径迹统计,保持诱发裂变径迹的统计系统误差。人们试图通过增加裂变径迹的统计数量来“弱化”统计误差,但如前所述,诱发裂变径迹统计时所产生的误差可通过标准铀玻璃的诱发裂变径迹的统计误差而“弱化”,因此统计数量的增加虽然可“弱化”诱发裂变径迹的统计误差,但自发裂变径迹的统计误差得不到较好的“弱化”,故达不到理想的效果。表1是不同自发和诱发裂变径迹统计数比率的对比表,由表可见,FishCanyon的磷灰石的平均R值为0.105,Durango的为0.128,前者的ζ值为360,后者为342。由此可知当Ns<Ni,自发和诱发裂变径迹统计数比值R越小(即矿物的自发裂变径迹总数与诱发裂变径迹总数相差越大),由自发和诱发裂变径迹统计数比