核磁共振應用巖土孔隙結構分析和孔隙度測量

應用背景

一般認為土壤由固相（土壤顆粒）、液相（土壤水）和氣相（土壤所含氣體）三相構成，在土壤顆粒空隙完全由液相填充，即水占土壤空隙的比例為百分之百時該土壤稱之為飽和土。反之，土壤孔隙由水和空氣填充，即飽和度小于100時但大于0時，該土壤為非飽和土。 土體孔隙中的水，按其存在的狀態、性質和流動方式，可分為3類 吸附水、毛細水與重力水； 對于土水間物理化學作用較顯著的黏性土, 吸附水在土體中的含量是3類孔隙水中最高的, 當飽和度在70 以下時, 吸附作用將是土水作用的主要形式. 鑒于吸附水在較大飽和度范圍內對土體工程力學和物理化學特性的重要影響, 那么對土體中吸附水的含量及其變化的研究工作就具有非常重要的理論和實踐意義； 質子核磁共振技術是一項研究單位體積中質子(即氫核)含量與分布的快速、無損探測技術. 由于水中1H 的核磁信號較強, 且水廣泛存在于大自然中。核磁共振技術在巖土工程中的應用主要集中在巖石徑分布和吸附水含量的測試，具體方法為聯合T2 曲線和壓汞曲線換算巖石孔徑分布及通過離心方法確定吸附水T2 截止值進而測定吸附水含量。 當孔隙內的液體為水且磁場梯度近似為零的條件下，多孔介質體系的橫向弛豫時間和縱向弛豫時間只與多孔介質的孔隙結構有關系，主要受體系的表面弛豫機制影響，而近似與其他兩類弛豫機制無關

核磁共振在石油巖心領域的功能 ：

1)孔隙度、含水率、含水飽和度的測定
2)凍融溫度-滲流-應力損傷本構模型
3)凍融機理研究
4)凍土未動水含量測定
5)天然氣水合物的形成與過程分解
6)毛細水與吸附水含量測定

應用舉例一：土壤孔徑分布

應用舉例二：土壤吸附水含量測試分析