凍融循環(huán)條件下巖石核磁共振特性的試驗研究
發(fā)布時間：2017-01-18
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巖石是一種由各種造巖礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律組合而形成的多種礦物顆粒的集合體，巖石中通常含有節(jié)理、裂縫紋和孔隙等，而在孔隙空間中通常包含油、氣、水等流體。
在寒區(qū)，由于季節(jié)更替、晝夜循環(huán)，巖石材料承受著凍融循環(huán)而引起的物理風化作用，造成巖石內(nèi)部的微裂縫擴張和傳播，內(nèi)部材質(zhì)發(fā)生劣化，影響巖石的物理力學性質(zhì)。因此，分析和了解巖石在凍融循環(huán)條件 下微觀結(jié)構(gòu)的變化特征，對于研究巖石凍融損傷的規(guī)律和寒區(qū)巖體工程的破壞機制有重要意義。
核磁共振技術(shù)已經(jīng)**應(yīng)用在醫(yī)學診斷、石油勘探開發(fā)、農(nóng)業(yè)、食品和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，在巖石孔隙結(jié)構(gòu)、儲層巖石孔隙流體特性研究等方面也已得到廣泛的應(yīng)用。
下面簡單介紹中南大學周柯平課題組選取黑龍江省黑河地區(qū)的花崗巖，在進行不同凍融循環(huán)次數(shù)試驗，采用核磁共振分析儀進行弛豫測量和成像測量。
核磁共振T2 譜分布與孔隙尺寸相關(guān)，T2 值越 小，代表的孔隙越小，孔隙大，T2 值也大，所以T2 譜分布反映了孔隙的分布情況。峰的位置與孔徑大小有關(guān)，峰面積的大小與對應(yīng)孔徑的孔隙數(shù)量有關(guān)。下圖為經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)后，自然飽和和 真空飽和2種情況下巖樣的T2譜分布。
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從圖4 可以看出，經(jīng)過40 次凍融循環(huán)后，花崗巖的T2譜分布主要表現(xiàn)為3個峰圖，部分為4個峰圖，隨著凍融次數(shù)的增加，T2譜形態(tài)上發(fā)生了左移，即向小孔隙的T2譜方向偏移，小孔隙T2譜的核磁共振信號強度增加。
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圖5 為巖樣在經(jīng)歷不同凍融次數(shù)后自然飽和和真空飽和2種條件下T2譜面積的變化情況。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，2種條件下的T2譜面積均會增加，表明巖石內(nèi)部產(chǎn)生了新的微孔隙，從而使得巖石中的總孔隙體積也逐漸變大。在20次凍融循環(huán)后，2種條件下的T2譜面積差別很小，但經(jīng)過30，40次凍融循環(huán)后，增加的幅度出現(xiàn)了明顯的差距，表明在自然飽和條件下，水分無法遷移到小尺寸的微孔隙中，并未達到完全意義上的飽和
更多詳情請參考文獻 “凍融循環(huán)條件下巖石核磁共振特性的試驗研究”《巖石力學與工程學報》第31卷 第4期2012年4月
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