小核磁水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

PM-1030 是用于测试水泥和混凝土样品的台式磁共振分析系统，仪器采用磁共振电子控制中心部件，配备的数据采集和分析软件。主要用于对水泥、混凝土和岩石材料中水分物性、孔隙物性、水化过程、干燥过程、水分迁移等的测量分析，材料的微观结构，裂缝变化，对水分的吸收，酸腐蚀研究，盐类在孔隙中的形成，致密水泥中的强力束缚水和水分对混凝土物理参数的影响。

本应用实验是干燥的灰水泥样本1-2与白水泥样本2-1CPMG(T2)信号与反演谱。主峰区域表示束缚水含量，其中白水泥样品中在主峰左侧出现一个额外的T2峰，可能为样品中结合水产生（进一步分析可参照下述T1-T2二维谱图），其中灰水泥样本主峰对应的弛豫时间（0.169ms）相较白水泥样本主峰（0.442ms）左移，可能的原因为灰水泥样本中含有铁磁质。 增加核磁共振磁场强度能够提高检测的灵敏度，增加核磁共振磁场均匀性能够提高弛豫信号质量。小核磁水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

通过不同含水量土壤在静置不同时间后的一维弛豫时间分析，可推断：水分进入土壤后，将立即渗透至不受约束的有机质中，形成凝胶相，不受约束矿物颗粒（粘土）的微孔中，这一过程很短。然而随着水分的进入，土壤的组分单元将与水分产生相互作用，如水分渗透进有机质与矿物颗粒的结合界面，从而阻断之间的氢键连接、离子键连接、共价键连接等，甚至还伴随着水解作用的产生，随着这些约束的破坏，其产物如分离出的有机质和矿物颗粒进一步吸水，从而终达到水分传输分布的平衡状态，反推，当如土壤失水干燥时，伴随着凝胶相失水坍塌、有机质与矿物质在界面作用下，重新分型聚集，封闭微孔等。这可有效表征土壤在吸水/失水过程中微观结构的变化，对土壤中水分的迁移、水分子动力学研究等提供依据，同时，这一微孔打开/封闭的过程，将极有可能使污染物在土壤中聚集，从而形成土壤污染。T2弛豫时间反演谱图累加值，可有效用于土壤总体含水量的测量，开展土壤持水能力的研究。核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质水泥基材料配方选择多孔介质的研究有助于优化工程设计和降低工程成本。

低场核磁共振是一种正在兴起的快速无损检测技术。具有测试速度快。灵敏度高、无损、绿色等优点。已广阔应用在食品品质控制、非酒精性脂肪肝等代谢疾病研究、石油勘探、水泥水化过程分析、水泥基材料不同配方选择、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固体有机质探测、非常规岩芯总体孔隙度及有效孔隙度检测、油水气饱等水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质领域。 水泥水化反应几分钟后，核磁共振纵向弛豫时间分布呈现两个峰，一个是在100ms附近，反映水泥颗粒周围自由水的弛豫信息；另一个是在2ms附近，反映水泥凝结之前包裹在絮凝结构中水的弛豫信息。研究发现，水泥水化进程中极长弛豫时间随时间的变化呈现出５个阶段，正好与水泥水化反应的初始反应、诱 导期、加速期、减速期和稳定期相对应。 通过质子横向弛豫来反映白水泥浆体的水化进程，发现从加水开始15min到200h，水泥浆体水化过程中出现５种不同的自旋质子群。研究中用自旋－自旋弛豫时间和信号量百分比来表征不同种类的自旋质子群，以此来监测水泥浆体的水化进程，观测研究结果与通过其它途径测得的结果呈现良好一致性，证明了用核磁共振来研究水泥水化的可靠性。

储层岩体中的流体根据其赋存状态分为可动流体和束缚流体。在毛管力和孔隙表面力作用下，束缚流体紧紧吸附在孔喉极其微小的孔隙中或较大孔隙的壁面处。在较大孔隙内的流体受岩石骨架作用较弱，在一定的驱动力作用下可自由流动，称为可动流体。在常规的储层评价中，通常以孔隙度、渗透率和孔喉大小来反映储层物性的好坏。对于低渗透储层而言，受沉积、成岩作用，孔喉细小，孔隙连通性差，渗流通道狭窄，只测量孔隙度与渗透率是远远不够的，还需考虑可动流体在总的饱和流体中所占的比例，并通过这一指标来表征储层物性的好坏。 核磁共振技术基于流体弛豫特征，可以准确测量岩石的基本物性特征，获取储层可动流体饱和度。核磁共振是指具有固定磁距的原子核，在恒定磁场与交变磁场的作用下，与交变磁场发生能量。

由饱水与离心状态下的核磁共振T2谱可以看出，束缚水主要集中在小孔隙空间或者极少部分的大孔隙中，这是由于孔隙结构的非均质性对由静电力和毛管作用引起的束缚水的形成有很大影响，对于较大孔隙中的束缚水，主要是由于孔隙的形状不规则而在孔隙的死角处形成束缚水。定量地区分吸附孔和渗流孔对于储层岩石的评价具有重要意义。吸附孔是指在离心力作用下，此流体不能被排出的孔隙，而渗流孔是指水可以在其中自由流动或者在一定的压力下水容易离心出来的孔隙。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质核磁共振检测技术特点： 测量目标原子核的特一性。磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质总体孔隙度检测

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纵向弛豫(T1)和横向弛豫(T2)是由质子之间的磁相互作用引起的。从原子的角度来看，当一个进动的质子系统将能量传递给周围环境时，弛豫就发生了。供体质子弛豫到它的低能态，在低能态中质子沿着B0的方向进动。同样的转移也有助于T2弛豫。此外，消相有助于T2松弛，而不涉及向周围环境转移能量。因此，横向弛豫总是比纵向弛豫快;因此，T2总是小于等于T1。·对于固体中的质子，T2比T1小得多。·对于流体中的质子：(1)当流体处于均匀静磁场时，T1近似等于T2。(2)当流体处于梯度磁场并采用CPMG测量过程时，T2小于T1，其差异主要受磁场梯度、回波间距和流体扩散率的控制。当润湿流体填充多孔介质(如岩石)时，T1和T2都急剧减小，并且弛豫机制不同于固体或流体中的质子。小核磁水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用