岩心核磁测量研究孔隙结构.doc

岩心核磁测量研究孔隙结构 一、实验目的 １、掌握脉冲核磁共振的基本概念和方法，观察自旋回波信号 　　 (1) 式中:h为普朗克常数，等于；I为自旋量子数。自旋量子数I只能取零、半整数和整数，而不能取其它值。 具有自旋角动量的带电原子核如同一个磁化的小“陀螺”，具有磁矩μ。由原子核磁矩和角动量的绝对值之比，定义为原子核的磁旋比γ。当原子核处于磁场强度为的稳定磁场中时，磁矩μ将受到一个转矩使之按定向，但由于自旋角动量P与磁矩μ是共轴的，将受到自旋角动量的反抗，于是产生绕的进动。进动的角速度为   　　　 (2) 进动的频率为  (3) 称为拉莫频率。 在外加磁场中，整个自旋系统被磁化，宏观上产生一个净的磁化矢量和。单位体积内核磁矩的和叫做宏观磁化量，用M表示， 　　　　　　　 (4) 对于磁化后的自旋系统，如果在垂直于静磁场的方向再加一个变电磁场，而且，让其频率，那么，根据力学原理，该旋系统将发生共振吸收现象。即处于低能态的核磁将通过收变电磁场提供的能量，跃迁到高能态。这种现象即是所谓的核磁共振。交变电磁场既可以连续地施加，也可以以短脉冲的形式施加。现代核磁共振技术都采用脉冲方法由仪的工作频率(由静场的强度决定)大多在射频段，把的脉冲电磁叫做射频脉冲。和（如图1a)。如果原子核系统再受到另一个电磁场的作用，磁化强度就会偏离平衡位置，则，（图1b)。当这个电磁场去掉之后，原子核系统的不平衡状态并不能维持下去，而要向平衡状态恢复。但是恢复过程并不能马上完成，而需要一定的时间。人们把原子核系统从不平衡状态向平衡状态恢复的过程称为弛豫过程。 　　　　　　　　　 (5) 　 　　　　　　　　　 (6) 式中负号表示弛豫过程是磁化的逆过程。和具有时间量纲，称为弛豫时间。(5)和(6)式积分，得 　　　　　 (7) 　　　　　　 (8) 是描述核磁化强度的纵向分量恢复过程的时间常数，因此称为纵向弛豫时间。这个过程是由于核自旋系统与周围介质交换能量所引起的，因此也称为核的自旋－晶格弛豫时间。是描述核磁化强度的横向分量恢复过程的时间常数，因此称为横向弛豫时间。这个过程是核自旋系统内部交换能量所引起的，因此也称为核的自旋－自旋弛豫时间。 横向弛豫时间的测量 最基本的测量横向弛豫时间的自旋回波法是使用90°—τ—180°脉冲序列。最初，在静磁场中处于热平衡状态的自旋系统具有磁化强度M。在90°脉冲作用下，M转到x-y平面上，成为磁化强度的横向分量。在非均匀磁场作用下，它呈扇形散开，并迅速衰减到零。在经过时间τ后，在x轴上加一个180°脉冲，把磁化矢量倒转180°，使横向分量由分散变为重聚，于是在2τ时刻就可以得到一个自旋回波，如图2所示。 经过改进的自旋回波法是采用脉冲序列，把N次实验一次完成。在现代测井仪中采用的是CPMG脉冲序列方法。CPMG是由四位研究人员卡尔(Carr,H.Y.)、帕塞尔(Purcell，E.M.)、梅博姆(Meiboom，S.)和杰尔(Gill，D.)名字的第一个字母构成。 CPMG法的工作原理如图3所示，90°脉冲加在轴上，使M转90°到轴上(图3a)。由于磁场的非均匀性，相位将逐渐分散开来(图3b)，在时刻τ，在轴上加一个180°脉冲，使分散开来的磁矩围绕轴旋转180°(图3c)，这时核磁矩仍向原来的方向旋转，但旋转较快的在后面(图3d)，因此在时刻2τ时，它们在轴上重新聚集起来，形成一个自旋回波(图3e)。这个回波的幅度是由2τ时的所决定的。第一个回波之后，核磁矩在非均匀磁场作用下，又重新分散开来(图3f)。在3τ时再加上一个180°脉冲，同理在4τ时又得到一个自旋回波信号。因此在90°脉冲之后，在τ，3τ，5τ，……在轴加上180°脉冲，则在2τ，4τ，6τ，……就得到自旋回波信号，而且回波信号都是正值。根据图2的原理不难分析出，当180°脉冲存在误差±θ时，第一个回波信号将出现一个小的偏差，但在第二个回波信号时就会回到正确的位置，即在回波序列中奇数回波幅度会有一些误差，同时这些误差不会积累起来，而那些偶数回波幅度则是正确的。因此，脉冲宽度不精确对T2测量结果的影响不大。 由CPMG法得到的自旋回波脉冲序列如图4所示。图的上部是一个自旋回波脉冲序列，下部表示自旋回波脉冲序列之间