基于低场磁共振的北山花岗岩热损伤研究

孙中光^1,2，姜德义¹，谢凯楠^1,3，王克全^1,2，李磊^1,2，蒋翔^1,4,5

1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室3. 巴塞罗那大学凝聚态物理系4. 重庆大学土木工程学院5. 剑桥大学地球科学系

摘 要：研究岩石的热破裂和损伤机制在高放废物地质处置工程中越来越受到重视。以我国甘肃北山的高放废物处置库的花岗岩岩样为研究对象,采用低场核磁共振系统、MTS岩石力学试验机、倒置镜像光学显微镜对重点预选场址花岗岩的热稳定性开展室内试验研究。研究发现:①核磁共振T2谱图在0～400℃没有明显变化,当温度高于500℃时,T2谱图振幅显著增大且向右大幅移动,T2谱面积与孔隙率在加热过程中呈现幂率关系;②峰值应力随着温度和孔隙度的增加以幂律关系降低;③通过核磁共振成像(MRI)发现,温度低于500℃时质子密度分布均匀且没有发现明显的质子密度簇,说明岩石内部结构稳定。当温度高于500℃时,晶体裂纹和边界裂纹的产生致使出现大量的高质子密度区域,并随着温度持续升高质子密度高的微小区域融合成大的连通区域;④花岗岩岩样在不同温度条件下的核磁成像像素的概率密度函数都服从对数正态分布,当温度超过500℃,概率密度函数整体向右转移;⑤通过显微结构观察,500℃时在长石晶间和长石晶粒与石英晶粒间有边界裂纹产生,并在晶体内部出现少量的穿晶裂纹,当试样温度加热到600℃时,超过了石英α/β相变点,石英颗粒产生大面积透明状穿晶裂缝,同时伴随着明显的穿晶网络。

关键词：花岗岩;热损伤;核磁共振;核磁成像;