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冻融循环条件下岩石核磁共振特性的试验研究

日期:2022-06-29 06:26
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摘要: 岩石是一种由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体,岩石中通常含有节理、裂缝纹和孔隙等,而在孔隙空间中通常包含油、气、水等流体。 在寒区,由于季节更替、昼夜循环,岩石材料承受着冻融循环而引起的物理风化作用,造成岩石内部的微裂缝扩张和传播,内部材质发生劣化,影响岩石的物...



岩石是一种由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体,岩石中通常含有节理、裂缝纹和孔隙等,而在孔隙空间中通常包含油、气、水等流体。
在寒区,由于季节更替、昼夜循环,岩石材料承受着冻融循环而引起的物理风化作用,造成岩石内部的微裂缝扩张和传播,内部材质发生劣化,影响岩石的物理力学性质。因此,分析和了解岩石在冻融循环条件 下微观结构的变化特征,对于研究岩石冻融损伤的规律和寒区岩体工程的破坏机制有重要意义。
核磁共振技术已经**应用在医学诊断、石油勘探开发、农业、食品和生物医药等领域,在岩石孔隙结构、储层岩石孔隙流体特性研究等方面也已得到广泛的应用。
下面简单先容中南大学周柯平课题组选取黑龙江省黑河地区的花岗岩,在进行不同冻融循环次数试验,采用核磁共振分析仪进行弛豫测量和成像测量。

核磁共振T2 谱分布与孔隙尺寸相关,T2 值越 小,代表的孔隙越小,孔隙大,T2 值也大,所以T2 谱分布反映了孔隙的分布情况。峰的位置与孔径大小有关,峰面积的大小与对应孔径的孔隙数量有关。下图为经历不同冻融循环次数后,自然饱和和 真空饱和2种情况下岩样的T2谱分布。




从图4 可以看出,经过40 次冻融循环后,花岗岩的T2谱分布主要表现为3个峰图,部分为4个峰图,随着冻融次数的增加,T2谱形态上发生了左移,即向小孔隙的T2谱方向偏移,小孔隙T2谱的核磁共振信号强度增加。

图5 为岩样在经历不同冻融次数后自然饱和和真空饱和2种条件下T2谱面积的变化情况。随着冻融循环次数的增加,2种条件下的T2谱面积均会增加,表明岩石内部产生了新的微孔隙,从而使得岩石中的总孔隙体积也逐渐变大。在20次冻融循环后,2种条件下的T2谱面积差别很小,但经过30,40次冻融循环后,增加的幅度出现了明显的差距,表明在自然饱和条件下,水分无法迁移到小尺寸的微孔隙中,并未达到完全意义上的饱和


更多详情请参考文献 “冻融循环条件下岩石核磁共振特性的试验研究”《岩石力学与工程学报》第31卷 第4期2012年4月




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