高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

基于低场时域核磁共振技术的土壤润湿性评价标准的探索 土壤的憎水性是土壤润湿性差的直接体现，通常是由于土壤中的有机物在土壤表层形成一层覆层，从而阻碍水分在土壤中的吸收。 从低场时域核磁共振技术理论来看，土壤润湿性差主要表现为：土壤的水分以自由水的形式存在，其横向弛豫时间（T2）当量通常大于1000ms量级。土壤润湿性优主要表现为：土壤中的水分快速吸收，以束缚水形式存在，其横向弛豫时间（T2）反演谱图上有两个在在1ms-10ms，10ms-100ms当量的谱峰。因此，通过计算其弛豫时间的几何平均数，即加权平均T2弛豫时间，可定性评价土壤的润湿性：在土壤样品中加水后，短时间内（几天）持续测量其横向弛豫时间T2，并计算加权平均横向弛豫时间T2gm，如T2gm大于1000ms，那么该土壤样品润湿性差，表现为憎水性；如T2gm小于1000ms，且变化不大，那么该土壤样品润湿性好，持水能力强。 MAGMED磁共振土壤分析仪，以其优化的场强、探头系统等硬件配置，功能强大的软件分析系统，可对土壤样品中的水分信息进行全力精确的测量，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-土壤-岩芯等多孔介质低场核磁共振技术主要采用永磁体结构，磁场强度一般在1.0 T以下。高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

低场核磁共振是一种正在兴起的快速无损检测技术。具有测试速度快。灵敏度高、无损、绿色等优点。已广阔应用在食品品质控制、非酒精性脂肪肝等代谢疾病研究、石油勘探、水泥水化过程分析、水泥基材料不同配方选择、土壤水分物性及孔隙物性研究、土壤固体有机质探测、非常规岩芯总体孔隙度及有效孔隙度检测、油水气饱等水泥基材料、土壤、岩芯等多孔介质领域。 水泥水化反应几分钟后，核磁共振纵向弛豫时间分布呈现两个峰，一个是在100ms附近，反映水泥颗粒周围自由水的弛豫信息；另一个是在2ms附近，反映水泥凝结之前包裹在絮凝结构中水的弛豫信息。研究发现，水泥水化进程中极长弛豫时间随时间的变化呈现出５个阶段，正好与水泥水化反应的初始反应、诱 导期、加速期、减速期和稳定期相对应。 通过质子横向弛豫来反映白水泥浆体的水化进程，发现从加水开始15min到200h，水泥浆体水化过程中出现５种不同的自旋质子群。研究中用自旋－自旋弛豫时间和信号量百分比来表征不同种类的自旋质子群，以此来监测水泥浆体的水化进程，观测研究结果与通过其它途径测得的结果呈现良好一致性，证明了用核磁共振来研究水泥水化的可靠性。高精度TD-NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质弛豫分析核磁共振是指具有固定磁距的原子核，在恒定磁场与交变磁场的作用下，与交变磁场发生能量。

 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。

随着种植年限的增长，小峰面积呈现消减的趋势，主峰面积呈现增加的趋势。综合研究区各类型土壤吸持自由水和束缚水比重随转化时间的变化特征可知，总体来讲，耕层土壤吸持自由水的性能降低，吸持束缚水的性能提高，土壤吸持水分的有效性下降。这可能是由于大棚土壤耕作次数较少，且多为浅耕，肥料多为表施，灌水次数多，土壤长期保持湿润状态，使得土壤非水稳性团粒结构遭受破坏，通透性变差；无降水、高蒸发量的环境条件导致盐分上升累积，造成土壤板结退化，继而降低了耕层土壤水分的吸持性能。水泥基材料是构建多孔介质的关键组成部分。

核磁共振技术是利用岩石等多孔介质内部流体中H原子的核磁共振信号强度与流体体积成正比这一特性来实现岩石微观孔隙结构测量，T2图谱是核磁共振测得的直观结果之一。对于均质的纯净物，发生核磁共振时其内部每个原子核与周围环境的相互作用基本相同，因此可以用一个单一的弛豫时间T来表征被测样品的物性特征。而对于岩石这种多孔介质而言，情况要复杂的多。岩石矿物含量与构成不一，孔隙内的流体被岩石骨架分割在大小形状不一的孔道内，每个原子核与固体表面的接触机会不一样，导致每个原子核弛豫被加强的几率不等，因此，储层岩石内的流体弛豫不能用单一的弛豫时间来描述，而应当是一个分布。不同类型岩石内不同流体决定了各自具有不同的弛豫时间分布。非常规岩芯分析仪具有高性能驱替系统，及大围压1万psi，及大驱替压8千psi，最高温度120℃。高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质磁共振弛豫分析技术是核磁共振技术的一个分支被应用在各个行业。高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用

.规格化FID法的方法为：1. 所有测得的低于冰点的温度下的FID信号以任一高于冰点的温度的FID信号进行规格化；2. 在规格化后的FID曲线上确定，所有规格化后的FID曲线水平平行的点（即从该时间后，规格化话后的FID曲线水平平行）。则该时间点对于的FID信号的强度用于计算冻土中未冻水含量。 FIDx=(FID10-FID5)Tx/（T10-T5）+(FID5T10-FID10T5)/(T10-T5)----(1) 根据公式（1）确认不同温度Tx下的FIDx的大小：其中FID10、FID5分别为10℃和5℃时的FID信号强度，T10=10℃、T5=5℃。 Wu=FIDX60Wg/FIDX-----（2） 根据公式（2）计算x温度下的冻土中的未冻水含量Wu，其中FIDx由公式（1）确认，FIDx60为x温度下的FID信号在60us时的信号强度（60us时规格化后的FID曲线水平平行，对于不同样品该时间点不同），Wg为样品中的重力水含量。高精度NMR水泥基材料-土壤-岩芯等多孔介质的应用