時(shí)域磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤固體有機(jī)質(zhì)探測(cè)

由飽水與離心狀態(tài)下的核磁共振T2譜可以看出，束縛水主要集中在小孔隙空間或者極少部分的大孔隙中，這是由于孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性對(duì)由靜電力和毛管作用引起的束縛水的形成有很大影響，對(duì)于較大孔隙中的束縛水，主要是由于孔隙的形狀不規(guī)則而在孔隙的死角處形成束縛水。定量地區(qū)分吸附孔和滲流孔對(duì)于儲(chǔ)層巖石的評(píng)價(jià)具有重要意義。吸附孔是指在離心力作用下，此流體不能被排出的孔隙，而滲流孔是指水可以在其中自由流動(dòng)或者在一定的壓力下水容易離心出來(lái)的孔隙。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)核磁共振檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)： 測(cè)量目標(biāo)原子核的特一性。時(shí)域磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤固體有機(jī)質(zhì)探測(cè)

基于低場(chǎng)時(shí)域核磁共振技術(shù)的土壤潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探索 土壤的潤(rùn)濕性其本質(zhì)機(jī)制是水分進(jìn)入土壤后所發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)。水分進(jìn)入土壤后，其有兩個(gè)進(jìn)程，first個(gè)為快速吸收，這主要是由于干燥的有機(jī)物吸水、膨脹，形成凝膠，并產(chǎn)生微孔；第二個(gè)進(jìn)程主要體現(xiàn)在具有憎水性的土壤中，即土壤顆粒表面的憎水性有機(jī)物覆層與載體-土壤顆粒之間的連接，因水分的滲透作用而發(fā)生破壞，該過(guò)程伴隨少量的吸水量，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)?；诘蛨?chǎng)時(shí)域磁共振技術(shù)，通過(guò)測(cè)量土壤樣品中的水分的橫向弛豫時(shí)間及其分布發(fā)現(xiàn)：當(dāng)憎水性土壤暴露在水分中足夠長(zhǎng)的時(shí)間，其與同類(lèi)型的潤(rùn)濕性能優(yōu)異的土壤將達(dá)到相同或相似的水分分布平衡狀態(tài)?；诖耍蛨?chǎng)時(shí)域核磁共振技術(shù)，為評(píng)價(jià)土壤的潤(rùn)濕性提供了一條可行的途徑：通過(guò)計(jì)算土壤樣品的加權(quán)平均T2橫向弛豫時(shí)間T2gm，即當(dāng)土壤樣品暴露于水中足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，其T2gm持續(xù)降低，并在3周后，降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，則說(shuō)明該土壤為憎水性土壤，潤(rùn)濕性能較差。 磁共振土壤分析儀，采用優(yōu)化的磁場(chǎng)強(qiáng)度、探頭系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等硬件配置，功能強(qiáng)大的軟件分析系統(tǒng)，可對(duì)土壤樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間在線精確測(cè)量，可為土壤潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)分析提供一種高效、快捷、精確分析途徑。時(shí)域核磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)的應(yīng)用水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可對(duì)水泥基材料的水分含量和水分分布進(jìn)行研究。

(1) 土壤水作為水資源的一個(gè)重要組成部分，是一切陸生植物賴以生存的基礎(chǔ)，同時(shí)也是溶質(zhì)和熱量在土壤中傳輸?shù)闹饕d體。所以，土壤水的數(shù)量和相態(tài)分布極大 地影響著土壤中其他環(huán)境因子，進(jìn)而影響植物和土壤生物的生存狀況[1]。在中國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，城市化的快速擴(kuò)張使得分布在城郊的肥沃老蔬菜地被迫轉(zhuǎn)化為城市用地。為滿足人們對(duì)蔬菜產(chǎn)品日益增加的需求，城郊原有的水稻田轉(zhuǎn)成新蔬菜地。水稻田轉(zhuǎn)成設(shè)施菜地后，耕作方式由季性水-旱輪作轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｄ旰蹈?，常年?span style="color:#f00;">強(qiáng)度的 耕作和施肥以及無(wú)降水、高蒸發(fā)量的環(huán)境條件致使土壤環(huán)境在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化：土壤水的數(shù)量和形態(tài)迅速改變，鹽分表聚現(xiàn)象頻現(xiàn)，土壤板結(jié)退化嚴(yán)重。因此，研究水稻田轉(zhuǎn)化為設(shè)施菜地后土壤持水性能的演變，尤其是土壤水分的相態(tài)分布的演變，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)施菜地土壤可持續(xù)管理具有重要意義。

核磁共振由哈佛大學(xué)Purcell教授和斯坦福大學(xué)Bloch教授在1946 年獨(dú)自發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象之后，該項(xiàng)技術(shù)在科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣闊。 在水泥基材料、土壤、巖芯等多孔介質(zhì)研究領(lǐng)域，Brown 和 Fatt 于 1956 年首先研究了多孔介質(zhì)中水的核磁共振弛豫特征，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)中水的弛豫時(shí)間遠(yuǎn)小于其自由狀態(tài)的體弛豫時(shí)間。 根據(jù)核磁共振機(jī)制，由于多孔介質(zhì)中水的弛豫時(shí)間主要反映的是水的表面弛豫特征，即水與多孔介質(zhì)孔隙表面之間的相互作用力強(qiáng)弱，液固之間的作用力越強(qiáng)則液體的弛豫時(shí)間越短，否則液體的弛豫時(shí)間越長(zhǎng)。多孔介質(zhì)的研究有助于優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和降低工程成本。

低場(chǎng)時(shí)域核磁共振技術(shù)是一種正在興起的快速、無(wú)損的檢測(cè)技術(shù)。具有無(wú)侵入。無(wú)損。測(cè)試速度快。靈敏度高。不需要對(duì)樣品進(jìn)行特殊預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)。主要通過(guò)測(cè)量在靜態(tài)磁場(chǎng)中的不同物理、化學(xué)、生物環(huán)境下的氫原子核的共振信號(hào)——時(shí)域信號(hào)。進(jìn)而獲得研究者所需要的樣品的物理化學(xué)信息。所測(cè)得的整體弛豫時(shí)間的幅值與樣品中所有含氫物質(zhì)總量成線性關(guān)系。通過(guò)與定量標(biāo)樣（已知體積）的弛豫時(shí)間幅值比對(duì)?？色@得樣品中含水率信息、滲流及滲透率信息。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可用于非常規(guī)巖芯的產(chǎn)油產(chǎn)氣過(guò)程模擬等檢測(cè)分析。低場(chǎng)磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)檢測(cè)

水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要采用永磁體結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)強(qiáng)度一般在1.0 T以下。時(shí)域磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤固體有機(jī)質(zhì)探測(cè)

對(duì)于水泥中的結(jié)晶水，主要來(lái)自于水泥水化過(guò)程的產(chǎn)生的微晶相氫氧化鈣中的羥基信號(hào)、鈣礬石中的結(jié)晶水信號(hào)，其T2弛豫時(shí)間非常短~10us左右。常規(guī)的T1-T2測(cè)量方法能夠重聚由于化學(xué)位移各向異性、潛在的磁場(chǎng)不均勻性以及異核偶極耦合相互作用造成的磁化損失，對(duì)于氫氧化鈣中同核偶極耦合作用造成的信號(hào)損失無(wú)能為力，因此常規(guī)T1-T2測(cè)量方法檢測(cè)到水泥基材料中的固體信號(hào)比較困難。而固體回波可以重聚氫氧化鈣中孤立的1/2自旋對(duì)產(chǎn)生的同核偶極耦合作用造成的信號(hào)損失，因而可以檢測(cè)到水泥基材料中的固體信號(hào)。我們將多固體回波序列用于T1-T2弛豫測(cè)量，多固體回波序列(圖1)由標(biāo)準(zhǔn)二維弛豫序列結(jié)合固體回波組成。目前，該二維脈沖序列測(cè)量方法已用于巖芯、礦物等多孔介質(zhì)材料。我們將二維固體脈沖測(cè)量方法應(yīng)用于水泥樣本的研究中，目的是使用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)獲得更完整的水泥材料中的固體信號(hào)。時(shí)域磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤固體有機(jī)質(zhì)探測(cè)