原子核的磁性.ppt

原子核的磁性 NMR技术的基础是利用原子核自身的磁性及其与外加磁场的相互作用 原子核=质子+中子=核子 原子序数=质子数 所有含奇数个核子或含偶数个核子但原子序数为奇数的原子核，具有自旋磁矩即具有磁性，如11H、 21H、 31H、 136C、 178O、 199F 、2312Na等。 这样的核，不停旋转，象一根磁棒。 11H具有最大的自旋角动量和测量灵敏性，是测量对象。 没有外场时，单个核自旋或核磁矩随机取向，系统宏观上没有磁性。 单自旋核在外磁场中的表现 核磁矩在外磁场（由永久磁铁产生）中，受到力矩的作用，象倾倒的陀螺绕重力场进动一样，绕外场方向进动。 对氢核：γ=4258Hz/Gauss，在500Gauss的外加磁场中，共振频率f=2.13 MHz 不同的核具有不同的γ值，在同一磁场中具有不同的进动频率，因此能够将不同的磁性核区分开 在外磁场中，整个自旋系统被磁化，所有核磁矩沿静磁场方向取向，在宏观上将产生一个磁矩和，称为宏观磁化矢量M，方向与Bo平行。 大量核磁矩由无序变有序排列 宏观磁化矢量 宏观磁化矢量M是测量区域内的磁性氢核磁矩被静磁场Bo磁化所形成的，其方向与静磁场Bo一致。M绕Bo以Larmor频率进动。 核磁共振测井的目的是：用相同频率的射频脉冲场激发它，使之产生共振信号并用线圈加以接收，以获得有关的地层信息。 NMR弛豫 B1射频脉冲施加前：自旋系统处于平衡状态，M与 Bo方向相同； 射频脉冲施加期间：M与Bo垂直,产生磁共振：核自旋系统吸收外界能量，由低能态跃升至高能态； 射频脉冲施加后：M朝Bo方向恢复，核自旋系统由非平衡时的高能态恢复到平衡时的低能态。 核自旋系统由非平衡时的高能态恢复到平衡态的过程，称为弛豫。弛豫的快慢或速率用1/T1或1/T2表示。 T1和T2弛豫时间 纵向弛豫：过程中自旋系统内部能量发生变化，自旋与晶格或环境间进行能量交换，把共振时吸收的能量释放出来，又称自旋-晶格弛豫。 横向弛豫：过程中自旋系统内部发生能量偶合，总能量不变，磁化矢量进动由有规律变为无规律，又称自旋-自旋弛豫。 T2弛豫时间测量：  CPMG脉冲法 脉冲序列： (90o)X—τ —(180o)Y — τ —echo — τ —(180o)Y — τ —echo …… CPMG脉冲序列 NMR测量原理 MRIL-C磁共振成像仪结构 五、测量结果及提供的地质参数 1、原始数据 2、原始数据的反演 3、T2分布的意义 4、影响T2的因素-孔隙半径、 流体粘度 测井原始数据：自旋-回波串 NMR回波串的反演处理方法 NMR测井提供的地质参数 通过对自旋—回波串反演，得到下列参数： 横向弛豫时间T2分布 地层有效孔隙度 自由流体体积 束缚流体体积 连续的渗透率剖面 典型T2分布 T2分布的意义 一般呈双峰分布，短T2对应的峰是由毛细管微孔隙中的束缚流体(不可动流体)形成的， 长T2对应的峰是由渗流大孔隙中的自由流体(可动流体)形成的。 区分自由流体和束缚流体的界限称之为T2截止值。砂岩T2截止值为33ms，灰岩为92ms。 T2分布与压汞资料对比，可得到与之相对应的孔隙大小（孔径）分布。 当孔隙中只有单相流体存在时， T2分布的形态反映岩石的孔隙大小（孔径）分布，从而能反映储集层的岩石物理特性。 当孔隙中有多相流体存在时， T2分布的形态不仅反映岩石的孔隙大小（孔径）分布，而且反映流体的类型和特性。当油、气、水的弛豫性质差别较大时，根据T2分布的形态和展布情况，可定性地识别油、气、水的存在。 影响Ｔ2的主要因素 三种弛豫机制 1、岩石颗粒表面弛豫 流体分子在孔隙内不停地运动和扩散，在每一个测量周期内，与岩石颗粒表面发生碰撞：Ⅰ 氢核把能力传给颗粒表面，对T1有贡献；Ⅱ 影响散相过程的恢复，对 T2有贡献。大多数岩石颗粒表面对T1和T2具有重要影响。 孔隙大小(S/V)和表面弛豫能力(ρ1、ρ2)在表面弛豫过程中起重要作用。 岩石颗粒表面弛豫 孔径大小与T2弛豫时间关系 T2分布形态与K的关系 三种弛豫机制 2、体积流体弛豫 即使不存在于岩石孔隙内，在体积流体内也会发生弛豫。 影响体积弛豫的因素有：流体粘度，温度，是否含气。 T2与流体粘度的关系 三种弛豫机制 3、梯度场中分子扩散引起的弛豫 使CPMG回波间隔最小,并使磁场梯度较小,可把扩散对T2的影响减小。 三种弛豫机制 总弛豫过程 对T2： 对T1： 六、测井解释模型 1、NMR孔隙度解释模型 2、NMR资料处理方法 3、综合流体评价和饱和度计算模型 NMR孔隙度解释模型 MRIL测井资料处理方法 第一