一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析

表層沃土商品土中腐殖酸（HA） 提取及HA覆層sand樣品的制作；重油中瀝青（Asphaltenes）提取及瀝青覆層sand樣品的制作； 標(biāo)準(zhǔn)樣品0.002 M CuSO4溶液的弛豫時(shí)間當(dāng)量240us（1MHz）；Bulk蒸餾水的弛豫時(shí)間當(dāng)量2500ms； 3.5cm直徑、5cm高的樣品管；承裝樣品的高度略小于1.5cm（磁場(chǎng)的MORE檢測(cè)區(qū)域），加蓋，特氟龍膠帶纏繞，防止蒸發(fā)； 以1滴/秒的速度滴加蒸餾水，直至樣品的上表面有一薄層液體，模擬下雨的情況； 如果不加水，NMR測(cè)得的都是噪音信號(hào)，這說明該文章中所使用的NMR設(shè)備和測(cè)量方法無法測(cè)得固體有機(jī)質(zhì)信號(hào)； 前后兩次測(cè)量土壤樣品的幅值誤差小于4%（驗(yàn)證重復(fù)性）； 標(biāo)準(zhǔn)樣品的幅值誤差小于5%，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)（約20天）； NMR定量測(cè)量水含量與Mass balance方法（天平）誤差小于5%，NMR定量測(cè)量含水量的精度達(dá)到0.01g；多孔介質(zhì)在水利工程、土木工程等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析

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)。一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析水泥基材料-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。

水泥水化反應(yīng)幾分鐘后，核磁共振縱向弛豫時(shí)間分布呈現(xiàn)兩個(gè)峰，一個(gè)是在100ms附近，反映水泥顆粒周圍自由水的弛豫信息；另一個(gè)是在2ms附近，反映水泥凝結(jié)之前包裹在絮凝結(jié)構(gòu)中水的弛豫信息。研究發(fā)現(xiàn)，水泥水化進(jìn)程中極長(zhǎng)弛豫時(shí)間隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)出５個(gè)階段，正好與水泥水化反應(yīng)的初始反應(yīng)、誘 導(dǎo)期、加速期、減速期和穩(wěn)定期相對(duì)應(yīng)。 通過質(zhì)子橫向弛豫來反映白水泥漿體的水化進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)從加水開始15min到200h，水泥漿體水化過程中出現(xiàn)５種不同的自旋質(zhì)子群。研究中用自旋－自旋弛豫時(shí)間和信號(hào)量百分比來表征不同種類的自旋質(zhì)子群，以此來監(jiān)測(cè)水泥漿體的水化進(jìn)程，觀測(cè)研究結(jié)果與通過其它途徑測(cè)得的結(jié)果呈現(xiàn)良好一致性，證明了用核磁共振來研究水泥水化的可靠性。

低場(chǎng)核磁共振（NMR）巖心分析技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井和錄井中得到了廣闊應(yīng)用，它主要反映巖石內(nèi)部的含氫流體（包括油、氣、水）的分布狀況，并且可以結(jié)合其他手段間接反映巖石孔隙結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，它具有快速檢測(cè)、無損巖心、無污染、可重復(fù)檢測(cè)等特點(diǎn)。飽水巖石的弛豫時(shí)間（T2）分布存在著一種“擴(kuò)散耦合”效應(yīng)——巖石孔隙尺度變化大時(shí)，不同尺寸孔隙中的含氫流體往會(huì)相互擴(kuò)散而使巖石的T2分布趨于“平均化”，這使得 T2分布難以顯示這種復(fù)雜的孔徑分布。水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)磁共振分析儀可用于土壤修復(fù)研究。

低場(chǎng)時(shí)域核磁共振用于土壤潤(rùn)濕性的檢測(cè) 土壤潤(rùn)濕性（wettability）對(duì)土壤的性能參數(shù)之一，其表現(xiàn)為快速吸水，持水能力強(qiáng)。土壤的憎水性（repellency）是指土壤具有較差的潤(rùn)濕性，其表現(xiàn)為植物生長(zhǎng)緩慢、表面多塵、因缺少圖聚核而結(jié)構(gòu)一致，這種現(xiàn)象增加了地下水污染的可能性。土壤憎水性的成因包括：自然發(fā)生的、因火災(zāi)或污染產(chǎn)生等。污染引起的土壤憎水性通常是由于土壤長(zhǎng)期暴露在液相或氣相的石油烴中。因此對(duì)于土壤潤(rùn)濕性的評(píng)價(jià)非常重要。 傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法包括乙醇滴定法（MED）和水分滲透時(shí)間法（WDPT），這兩種方法雖然檢測(cè)快速、易于操作，但也有著不可忽略的弊端。在MED法中：如果不忽略固-液分子相互作用性質(zhì)的差異的情況，那么土壤/水/空氣系統(tǒng)不能直接與土壤/乙醇水溶液/空氣系統(tǒng)進(jìn)行比較，且MED測(cè)試結(jié)果重復(fù)性較差。在WDPT法中：時(shí)間維度的選擇過于隨意，且無特定的物理意義。多孔介質(zhì)具有高滲透性和良好的力學(xué)性能。一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析

小型核磁共振儀器能夠從頻率維度、空間維度和時(shí)間維度信息表征物體特性。一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析

儲(chǔ)層巖體中的流體根據(jù)其賦存狀態(tài)分為可動(dòng)流體和束縛流體。在毛管力和孔隙表面力作用下，束縛流體緊緊吸附在孔喉極其微小的孔隙中或較大孔隙的壁面處。在較大孔隙內(nèi)的流體受巖石骨架作用較弱，在一定的驅(qū)動(dòng)力作用下可自由流動(dòng)，稱為可動(dòng)流體。在常規(guī)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中，通常以孔隙度、滲透率和孔喉大小來反映儲(chǔ)層物性的好壞。對(duì)于低滲透儲(chǔ)層而言，受沉積、成巖作用，孔喉細(xì)小，孔隙連通性差，滲流通道狹窄，只測(cè)量孔隙度與滲透率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需考慮可動(dòng)流體在總的飽和流體中所占的比例，并通過這一指標(biāo)來表征儲(chǔ)層物性的好壞。 核磁共振技術(shù)基于流體弛豫特征，可以準(zhǔn)確測(cè)量巖石的基本物性特征，獲取儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度。一站式水泥基材料-土壤-巖芯等多孔介質(zhì)土壤水文特性分析