业渝光1 刁少波1 邬象隆2 陈锡3
(1．国土资源部海洋沉积开放研究实验室2．国土资源部海洋地质研究所3．中国海洋石油南海东部公司科技研究中心）
提要 对8个取自南海珠江口盆地XJ33-2-1井的样品进行了热力实验，使用电子自旋共振（ESR）技术获取了样品中石英E′心天然状况下的ESR信号强度I1对经热活化技术处理后石英E′心的ESR信号强度I2的比值。实验结果表明：每个样品的活化温度不完全相同，这与母岩的特性有关；I1/I2值与古地温呈正相关关系；I1/I2值与地层年龄有很强的相关性，相关系数高达0.99。说明I1/I2值具有古地温指示和地质计时的实际意义。
关键词 石英 电子自旋共振信号 古地温 地层年龄
石英E′心的电子自旋共振（ESR）信号在受热时增大早已被发现，McMorris认为这种特性可用于地质古温度的估算。近年来，石英E′心的I1/I2值（I1为石英E′心天然状况下的ESR信号强度，I2为热活化后石英E′心的ESR信号强度）已被人们用来估算古石器工具碎片的加热温度，估算古地温。作者在沉积物中石英氧空位的地质计时意义的研究中，也曾测试过沉积物中石英E′心的I1/I2值，发现了一些潜在的应用意义。
1 样品
样品取自南海珠江口盆地XJ33-2-1井，该井地质情况比较清楚，已做过许多地层学工作，在进行沉积物中石英氧空位的地质计时意义研究时把该井作为标准井。本项研究共采取了8个岩屑样品，要求精选后的样品较纯。经X射线衍射（XRD）分析，除1号样品外，精选后的样品都很纯，石英质量分数在99%以上，每份样品重量为350mg。采样层位深（D）从320～3972m，地层年龄1.5～27.5Ma，每个样品的层位、年龄和石英含量见表1。
2 实验方法和结果
岩屑样品在水中冲洗，筛取0.06～0.25mm粒级，加入H2O2除去有机物，冲洗干净后在6mol/LHCl中泡1d以上，以除去碳酸盐，然后在浓HF中酸蚀1h左右，除去石英颗粒的表层，冲洗至中性，在40℃烘干，最后用磁选机去掉磁性矿物。ESR谱测试是在德国BRUKER公司的ECS106型ESR谱仪上完成的。ESR谱仪的测试条件为：室温，X波段，磁场中心348mT，扫宽5mT，调制幅度0.1mT，转换时间5.12ms，时间常数40.96ms，微波功率0.1mW。样品典型的ESR波谱图见图1。精选后的样品首先测试I1然后在不同的温度下加热60min，再在相同测试条件下测试，选取最大值为I2。在样品ESR谱测试的开始和结束时用福建梧龙纯石英砂监测，仪器测试误差为＋1.2%～－1.0%。样品的测试结果见图2和表1。
表1 XJ33-2-1井样品及有关参数 Table1 Measurement results of samples in core XJ33-2-1
图1 典型的ESR波谱图 Fig.1 Typical ESR spectrum of samples
3 讨论
图2 样品的热动力学实验结果 Fig.2 Results of thermodynamical experiments for samples
3.1 活化温度
石英E′心的活化温度多报道为300℃，也有的报道为250℃。本次实验对每个样品都做了等时退火实验，结果6个样品在300℃时ESR信号达到最大值，2个样品在350℃时达到最大值。样品的活化温度不同，说明沉积物中的石英具有不同的热力学特性，这可能与母岩的不同有关。
3.2 I1/I2值与地层温度的相关关系
把样品的I1/I2值、深度和由测井曲线得到的地温标绘在图3a中，可看出I1/I2值随着深度的增加而增大，与地层的温度呈正相关关系。把用镜质体反射率（R0)－温度（t）方法和地球动力学方法恢复的该井古地温、I1/I2值和井深标绘在图3b中，其相关性优于图3a中的相关性。由此可见，石英的I1/I2值有可能成为一种古地温温度计。
图3 钻井地温、Il/I2值和井深关系图 Fig.3 Plot of theI1/I2and the geotemperature as well as paleo-geotemperature vs depth
3.3 I1/I2值与地层年龄相关
样品受热能使I1值增加，但是在200℃前E′心ESR信号增加的幅度比较小。因此，必须考虑另外一个因素——埋藏时间。环境物质U、Th和K2O的电离辐射作用是使天然石英E′心ESR信号增加的另一个因素，随着埋藏时间的增加，电离辐射作用亦增强，ESR信号就会增大。XJ33-2-1井的有孔虫、孢粉和超微化石地层学的研究都使地层年龄得到了很好的控制，从石英氧空位的研究中已得到了沉积年龄。于是笔者用I1/I2值和沉积年龄作图，结果呈现出极强的相关性，线性拟合的相关系数为0.98，指数拟合的相关系数为0.99（见图4）。石英I1/I2值具有时显的地质计时意义。
图4 I1/I2值与沉积年龄关系图 Fig.4 Plot of the measured I1/I2vs sedimentation ages
石英E′心的I1/I2值的地质计时意义至今未见报道，有待更深入的研究。尽管如此，基本原理还是成立的，那就是埋藏时间越长，所接受的剂量亦越多，石英E′心的ESR信号就越强，自然I1/I2的值越大。实际上，在同一钻井中地温梯度和埋藏深度（也就是沉积年龄）是有直接关系的，埋藏时间越长，地层越厚，地温梯度亦增加。
参考文献（略）
（岩矿测试，2000.3,19卷，1期，4～6页）