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核磁共振应用于岩土孔隙结构分析和孔隙度测量

2020.5.25

核磁共振应用岩土孔隙结构分析和孔隙度测量

应用背景

一般认为土壤由固相（土壤颗粒）、液相（土壤水）和气相（土壤所含气体）三相构成，在土壤颗粒空隙完全由液相填充，即水占土壤空隙的比例为百分之百时该土壤称之为饱和土。反之，土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100时但大于0时，该土壤为非饱和土。土体孔隙中的水，按其存在的状态、性质和流动方式，可分为3类吸附水、毛细水与重力水；对于土水间物理化学作用较显著的黏性土, 吸附水在土体中的含量是3类孔隙水中最高的, 当饱和度在70 以下时, 吸附作用将是土水作用的主要形式. 鉴于吸附水在较大饱和度范围内对土体工程力学和物理化学特性的重要影响, 那么对土体中吸附水的含量及其变化的研究工作就具有非常重要的理论和实践意义；质子核磁共振技术是一项研究单位体积中质子(即氢核)含量与分布的快速、无损探测技术. 由于水中1H 的核磁信号较强, 且水广泛存在于大自然中。核磁共振技术在岩土工程中的应用主要集中在岩石径分布和吸附水含量的测试，具体方法为联合T2 曲线和压汞曲线换算岩石孔径分布及通过离心方法确定吸附水T2 截止值进而测定吸附水含量。当孔隙内的液体为水且磁场梯度近似为零的条件下，多孔介质体系的横向弛豫时间和纵向弛豫时间只与多孔介质的孔隙结构有关系，主要受体系的表面弛豫机制影响，而近似与其他两类弛豫机制无关

核磁共振在石油岩心领域的功能 ：

1)孔隙度、含水率、含水饱和度的测定
2)冻融温度-渗流-应力损伤本构模型
3)冻融机理研究
4)冻土未动水含量测定
5)天然气水合物的形成与过程分解
6)毛细水与吸附水含量测定

应用举例一：土壤孔径分布