磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)凍土未凍水檢測(cè)

規(guī)格化FID法（Normalization method）用于凍土未凍水含量的測(cè)量 傳統(tǒng)利用FID信號(hào)的FIRST數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行凍土中未凍水含量的測(cè)量的方法，由于FID的First數(shù)據(jù)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度包含凍土中冰的信號(hào)，所以測(cè)得的未凍水含量遠(yuǎn)高于實(shí)際的未凍水含量。為了降低該影響，可使用規(guī)格化FID法（Normalization method）測(cè)量?jī)鐾林械奈磧鏊俊?規(guī)格化FID法的前提條件為：1. FID的信號(hào)強(qiáng)度與凍土中的未凍水含量成正比；2. 任何低于冰點(diǎn)的溫度下的FID信號(hào)強(qiáng)度與任意一高于冰點(diǎn)的參考溫度的FID信號(hào)強(qiáng)度的比值（FID信號(hào)強(qiáng)度的差值與溫度的差值的比）恒定不變。巖石和土體是天然形成的多孔介質(zhì)材料。磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)凍土未凍水檢測(cè)

對(duì)于水泥中的結(jié)晶水，主要來自于水泥水化過程的產(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)。無損傷水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)液體飽和度檢測(cè)其內(nèi)部有大量不規(guī)則、多尺度的孔隙，并且還存在不同狀態(tài)和不同數(shù)量的水分。

磁共振橫向弛豫時(shí)間T2是描述氫原子核弛豫快慢的特征參數(shù)，其大小反應(yīng)了氫原子核所處的環(huán)境，即束縛的越強(qiáng)烈，弛豫越快，T2越小?；诖?，當(dāng)土壤中充滿水，通過對(duì)土壤樣品T2弛豫時(shí)間的測(cè)量及T2弛豫時(shí)間的一維反演分布，可獲得3-4個(gè)明顯的譜峰，分別對(duì)應(yīng)微孔、中孔、大孔及完全自由水，每個(gè)譜峰的積分面積對(duì)應(yīng)該類型孔隙所占的比例，從而對(duì)土壤中的孔隙分布做出評(píng)價(jià)分析。通常微孔和潛力束縛水對(duì)應(yīng)的T2為0.1-60ms之間，譜峰在60-300ms之間則表征中孔中水，大孔中的水對(duì)應(yīng)的譜峰在300-1000ms之間，而完全自由水（Bulk water）的弛豫時(shí)間2s-3s之間。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析儀，配備22MHz靜磁場(chǎng)，能夠有效提高信號(hào)的信噪比，探頭死時(shí)間小于15us，極短回波時(shí)間0.08ms，能夠精確、全力的采集土壤樣品中所有孔徑對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間信號(hào)，為土壤的孔隙分布研究提供一種精確、快速、方便的分析途徑。

 對(duì)常規(guī)水稻土和不同轉(zhuǎn)化年限設(shè)施蔬菜地犁底層土壤進(jìn)行即時(shí)掃描得到的 T2譜線可知，耕層土壤小峰橫向弛豫時(shí)間集中分布在 3～2000 ms，犁底層土壤小峰橫向弛豫時(shí)間的集中分布在6～100 ms，耕層土壤分布范圍明顯大于犁底層土壤，說明耕層土壤吸持自由水的能力明顯大于犁底層土壤，即耕層土壤吸持水分的有效性更強(qiáng)。水稻土轉(zhuǎn)化為大棚蔬菜地土壤2 a后即出現(xiàn)了新犁底層，使得原有的犁底層位置上移，耕層空間壓縮。]認(rèn)為長(zhǎng)期的復(fù)耕壓實(shí)和黏粒淀積是產(chǎn)生新犁底層的主要原因。由于犁底層結(jié)構(gòu)致密，會(huì)嚴(yán)重妨礙空氣和水分的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而會(huì)對(duì)作物根系的延伸以及對(duì)土壤水分的吸收產(chǎn)生很大的影響。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可用于對(duì)土壤水分物性，自由水與束縛水水分遷移的測(cè)量分析。

核磁共振對(duì)天然巖石飽和油、水兩相的不同潤(rùn)濕性狀態(tài)研究表明：核磁共振弛豫譜在反映儲(chǔ)層巖石潤(rùn)濕性變化過程的準(zhǔn)確性和敏感性，與常規(guī)潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)方法相比其具有實(shí)驗(yàn)效率高、無需多次改變巖石原始流體飽和度分布狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。核磁共振技術(shù)能夠較為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)地下油氣藏儲(chǔ)層巖石的潤(rùn)濕性特征，而且可以反映潤(rùn)濕性發(fā)生變化的微觀機(jī)制，儲(chǔ)層巖石潤(rùn) 濕性動(dòng)態(tài)演化不只與原油組成有關(guān)，而且與黏土含量及其類型密切相關(guān)。核磁共振在巖心高溫老化過程中發(fā)現(xiàn)T2弛豫時(shí)間較短的核磁信號(hào)變化幅度較小， 而T2弛豫時(shí)間較長(zhǎng)的核磁信號(hào)變化較為明顯，認(rèn)為老化過程 中巖石潤(rùn)濕性變化主要發(fā)生在較大孔隙中。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可用于可動(dòng)與不可動(dòng)（固體）有機(jī)質(zhì)隨溫度和壓力的變化分析。麥格邁水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)應(yīng)用領(lǐng)域示例

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)對(duì)儀器環(huán)境要求不高，具有操作簡(jiǎn)單快捷、檢測(cè)速度快、對(duì)人體無輻射。磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)凍土未凍水檢測(cè)

低場(chǎng)核磁共振（ＬＦ－ＭＭＲ）通過Ｈ原子能量變化判斷樣品中水分子的自由度、分析不同種類水分的含量，是一種快速、有效、無損的測(cè)量技術(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在食品水分檢測(cè)、凍土未凍水、低滲透巖心孔隙分布等方面進(jìn)行了大量研究。

根據(jù)拉莫定律，在給定磁場(chǎng)強(qiáng)度下，當(dāng)外加射頻頻率與１Ｈ核共振頻率相同時(shí)，１Ｈ才產(chǎn)生共振吸收。而１Ｈ核共振頻率由分子組成與結(jié)構(gòu)決定，即不同分子的１Ｈ具有不同的核磁共振頻率，因此施加特定外加射頻頻率，測(cè)水中的Ｈ而不測(cè)其他物質(zhì)中的Ｈ。１Ｈ低場(chǎng)核磁共振的弛豫時(shí)間長(zhǎng)短與氫質(zhì)子的存在狀態(tài)及所處的物理化學(xué)環(huán)境有關(guān)，縱向弛豫Ｔ２越長(zhǎng)，說明分子運(yùn)動(dòng)性越強(qiáng)，所受束縛力弱，反之，分子運(yùn)動(dòng)性弱，所受束縛力強(qiáng)。因此，利用Ｔ２值大小可以區(qū)別黏土的表面水化水、滲透水、自由水的類型。即采樣總信號(hào)幅值與物質(zhì)中水分子的氫質(zhì)子數(shù)呈正比，各種類型水的質(zhì)量比等于各自的核磁共振信號(hào)峰的面積比。利用聯(lián)合迭代重建技術(shù)（ＳＩＲＴ算法）反演Ｔ２離散點(diǎn)，可得離散型與連續(xù)型相結(jié)合的Ｔ２積分譜，峰面積為該狀態(tài)水分的信號(hào)幅值。 磁共振水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)凍土未凍水檢測(cè)