高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理

达西定律描述饱和土中水的渗流速度与水力坡降之间的线性关系的规律，又称线性渗流定律。1856年由法国工程师H.P.G.达西通过实验总结得到。1852-1855年，达西进行了水通过饱和砂的实验研究，发现了渗流量Q与上下游水头差（h2-h1）和垂直于水流方向的截面积A成正比，而与渗流长度L成反比，即：Q=K*A*（h2-h1）/L。

非常规储层呈现低速非达西渗流特征，存在启动压力梯度；渗流曲线由平缓过渡的两段组成，较低渗流速度下的上凹型非线性渗流曲线和较高流速下的拟线性渗流曲线，渗流曲线主要受岩芯渗透率的影响，渗透率越低，启动压力梯度越大，非达西现象越明显。需要人工压裂注气液，增加驱替力，形成有效开采的流动机制。 水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可研究水泥基材料的微观结构、裂缝变化。高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理

水泥基材料是一种非常复杂的材料。 未水化的水泥以晶体矿物为主，但水化后的水泥基材料既含有晶态的钙矾石、氢氧化钙及未水化的水泥矿物，又有Ｃ-Ｓ-Ｈ凝胶及其它非晶态相，且水化产物以非晶态物质为主。同时其结构中既含有固态物质，又有液态的孔溶液及气孔。由于水泥基材料组份和结构的复杂性，大部分的现代测试分析方法在研究水泥水化及其它过程时所能得到的信号不清晰（Ｘ射线衍射为典型），而核磁共振技术无此方面限制，它可表征水分在水泥基材料中的分布及传输，极大地促进水泥基材料的研究。高精度水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质仪器特色多孔介质中水分和气体的传输是研究的重要内容。

低场时域核磁共振技术用于土壤中的孔隙分布研究 土壤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。通常对土壤等多孔介质中的孔隙定性分为3大类：微孔（micropores）、中孔（mesopores）、大孔（macropores）。当孔隙中填充水时，由于水中的氢原子核在不同尺寸的孔隙中，受到的束缚强度不同。基于低场时域核磁共振技术原理，当氢原子在静磁场中，受静磁场作用，定向排列，形成宏观磁矩，被一特定交变磁场激发后，吸收能量，使宏观磁矩发生偏转（90°、180°等），当交变磁场撤除后，受静磁场作用，宏观此举恢复到初始状态，这一过程即共振。其中横向弛豫时间T2是描述氢原子核弛豫快慢的特征参数，其大小反应了氢原子核所处的环境，即束缚的越强烈，弛豫越快，T2越小。

纵向弛豫(T1)和横向弛豫(T2)是由质子之间的磁相互作用引起的。从原子的角度来看，当一个进动的质子系统将能量传递给周围环境时，弛豫就发生了。供体质子弛豫到它的低能态，在低能态中质子沿着B0的方向进动。同样的转移也有助于T2弛豫。此外，消相有助于T2松弛，而不涉及向周围环境转移能量。因此，横向弛豫总是比纵向弛豫快;因此，T2总是小于等于T1。·对于固体中的质子，T2比T1小得多。·对于流体中的质子：(1)当流体处于均匀静磁场时，T1近似等于T2。(2)当流体处于梯度磁场并采用CPMG测量过程时，T2小于T1，其差异主要受磁场梯度、回波间距和流体扩散率的控制。当润湿流体填充多孔介质(如岩石)时，T1和T2都急剧减小，并且弛豫机制不同于固体或流体中的质子。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于土壤水分物性研究（冻土未冻水研究、水分迁移研究）。

(1) 为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化，该研究在田间土壤调查的基础上，结合低场核磁测氢 技术，评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明：随着转化时间的延长， 耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降，土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升，犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化， 土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势，但长期施用有机肥可以优化耕层质量，提升土壤大孔隙吸持自由水的能力，改善土壤水分供释性能；水稻土转化为设施蔬菜地土壤 2 a 后，出现新犁底层，使得原有的耕层土壤变薄，土 壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段，可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化，可为 设施农业的可持续管理提供新的技术支持。水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振分析仪可用于土壤水分物性研究（自由水和束缚术含量)。时域核磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质检测设备

水泥基材料是构建多孔介质的关键组成部分。高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理

核磁共振弛豫分析设备通常使用永磁体产生磁场。其磁场强度较低。体积相对于核磁共振波谱仪和核磁共振成像设备要小得多。而且通常不含梯度模块。所以价格相对很低（几十万人民币）。基本没有维护费用。物质的弛豫特性反映了物质内部原子核所处的化学环境以及分子之间的相互作用。所以弛豫特性能够灵敏地反映出物体内物质所处环境的变化以及物体内不同物质 含量比例的变化。比如岩心中水的弛豫时间随着孔隙的变小而变小、硫酸铜溶液的浓度越大其弛豫时间越短。因此。利用这一原理。弛豫分析技术能够实现物体内物质的鉴别、物体内部的结构分析以及物质的定量分析。如牛奶掺假的检测和定量分析、 木材和岩心的孔径分布、种子中水分和油脂含量的测定以及油脂中固态脂肪含量的测定等等。高精度磁共振水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质系统原理