时域磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用介绍

基于低场时域核磁共振技术的土壤润湿性评价标准探索 土壤的润湿性其本质机制是水分进入土壤后所发生的一系列化学反应。水分进入土壤后，其有两个进程，first个为快速吸收，这主要是由于干燥的有机物吸水、膨胀，形成凝胶，并产生微孔；第二个进程主要体现在具有憎水性的土壤中，即土壤颗粒表面的憎水性有机物覆层与载体-土壤颗粒之间的连接，因水分的渗透作用而发生破坏，该过程伴随少量的吸水量，且持续时间较长。基于低场时域磁共振技术，通过测量土壤样品中的水分的横向弛豫时间及其分布发现：当憎水性土壤暴露在水分中足够长的时间，其与同类型的润湿性能优异的土壤将达到相同或相似的水分分布平衡状态。基于此，低场时域核磁共振技术，为评价土壤的润湿性提供了一条可行的途径：通过计算土壤样品的加权平均T2横向弛豫时间T2gm，即当土壤样品暴露于水中足够长的时间后，其T2gm持续降低，并在3周后，降低一个数量级，则说明该土壤为憎水性土壤，润湿性能较差。 磁共振土壤分析仪，采用优化的磁场强度、探头系统、温控系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可对土壤样品进行长时间在线精确测量，可为土壤润湿性评价分析提供一种高效、快捷、精确分析途径。水泥基材料是构建多孔介质的关键组成部分。时域磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用介绍

土壤是一种具有复杂成分的多孔介质系统，包括粘土（伊利石、高岭石、蒙脱石等）、有机质（腐殖酸、酯等）等，作为一种非稳态多孔介质，其在吸水过程中孔隙状态发生变化，并形成新的孔隙分布状态。土壤中水分的渗透机理/水分迁移、水分子动力学等是一个复杂的过程，其对土壤微观结构的影响，直接影响土壤的相关特性，如土壤的持水能力、吸湿量、土壤污染等。水作为一种典型的含氢组分，是低场时域磁共振技术主要的检测目标物，通过对土壤吸水/失水过程中，土壤中水分弛豫时间的测量分析，可有效表征土壤的微观结果，土壤中水分的迁移情况、渗透机理、水分子动力学等，为土壤性能分析，如土壤的孔隙分布、土壤的污染研究等提供支撑。无损伤水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测原理水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可对水泥基材料不同配方选择进行研究。

核磁共振由哈佛大学Purcell教授和斯坦福大学Bloch教授在1946 年独自发现现象之后，该项技术在科学研究和工业领域的应用日益广阔。 在水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质研究领域，Brown 和 Fatt 于 1956 年首先研究了多孔介质中水的核磁共振弛豫特征，发现多孔介质中水的弛豫时间远小于其自由状态的体弛豫时间。 根据核磁共振机制，由于多孔介质中水的弛豫时间主要反映的是水的表面弛豫特征，即水与多孔介质孔隙表面之间的相互作用力强弱，液固之间的作用力越强则液体的弛豫时间越短，否则液体的弛豫时间越长。

低场时域核磁共振技术用于土壤中水分的运动机制研究 土壤作为一种包含多中成分：多种矿物质、多种有机质的复杂非稳态的多孔介质，其吸水后，水分的渗透机理与典型稳态多孔介质中水分的渗透机理相违背，而是先进入大孔，进入微孔则是一个缓慢、漫长的过程，这说明水分与土壤中的部分组分相互作用，从而改变了土壤的微观结构。典型的解释是：土壤吸水后，水分与土壤中的有机质相互作用，形成“凝胶相”，打开土壤中的微孔系，从而吸水膨胀。但内在机理有待进一步研究。 基于低场时域核磁共振技术，通过对土壤样品的各个单独组分（如蒙脱石、腐殖酸）及全土吸水后的弛豫时间测量和分析，得出：土壤中的水分进入微孔之所以是一个缓慢、漫长的过程，主要是因为土壤渗透如有机质和矿物颗粒的结合界面、破坏有机质和矿物颗粒之间的相互作用，从而使土壤中形成凝胶相，并打开矿物颗粒（蒙脱石粘土）的微孔系的时间较长。 MAGMED-Soil-2260磁共振土壤分析仪，能够精确、全力的采集土壤样品中所有孔径对应的弛豫时间信号，优化的软硬件配置，满足长时间在线测量要求，重复性好，为土壤中的水分运动机制研究提供一种精确、快速、方便的分析途径。江苏麦格瑞电子科技有限公司积极探索磁共振应用创新。

根据核磁共振T2谱，不只可以得到孔隙度、渗透率等储层常规物性参数，而且与离心、水驱油等实验技术相结合，还可以获得可动流体百分数、剩余油微观分布状态等储层评价所需的参数。与孔隙度、渗透率等常规物性参数不同，润湿性是一个与储层岩石矿物成分、孔隙流体数量和类型等有关的相对特征参数，并且其在油藏水驱开发过程中会发生一定程度的变化。根据核磁共振弛豫机制，T2谱上弛豫时间较长的核磁信号对应岩石中较大孔隙中的流体，T2谱上弛豫时间较短的核磁信号对应细微孔隙中的流体。多孔介质的研究有助于优化工程设计和降低工程成本。时域磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质有效孔隙度检测

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 对常规水稻土和不同转化年限设施蔬菜地犁底层土壤进行即时扫描得到的 T2谱线可知，耕层土壤小峰横向弛豫时间集中分布在 3～2000 ms，犁底层土壤小峰横向弛豫时间的集中分布在6～100 ms，耕层土壤分布范围明显大于犁底层土壤，说明耕层土壤吸持自由水的能力明显大于犁底层土壤，即耕层土壤吸持水分的有效性更强。水稻土转化为大棚蔬菜地土壤2 a后即出现了新犁底层，使得原有的犁底层位置上移，耕层空间压缩。]认为长期的复耕压实和黏粒淀积是产生新犁底层的主要原因。由于犁底层结构致密，会严重妨碍空气和水分的运动，进而会对作物根系的延伸以及对土壤水分的吸收产生很大的影响。时域磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质应用介绍