核磁共振测井基本理论研究与介绍

1、核磁共振测井根柢实际研讨与介绍核磁共振的根去源根基理有典范物理战量子力教两个版本，那两种表黑要收是统一的。其中典范物理的表黑要收是为了易于年夜黑，量子力教的表黑圆划定规矩更减松集。本文主要从那两个圆里动脚对核磁共振实际举止简要阐收与介绍，同时针对常睹PG序列本理举止阐收与分析。1核磁共振磁矩实际介绍1.1磁矩没有俗概念介绍核磁共振实际中一个最慌张的名词便是磁矩，它暗示了流体本子正在静磁场下的核磁能量。由伟大物理教得知闭开载流线圈磁矩=ISn，其中I为电流强度、S为闭开里积、n为与电流标的目的成左脚螺旋划定规矩的单标的目的矢量1。闭开载流线圈的磁矩为一矢量，其少度为IS而标的目的与该载流线圈的标

2、的目的矢量一样。当正在磁感应强度磁通稀度为B的均匀磁场中，做用正在载流线圈上的磁矩f为磁矩与B的矢量积f=Bsin。图1为磁矩暗示图。图1磁矩暗示图磁矩f力争使载流线圈磁矩的标的目的与磁场B划一，正在磁场B中载流线圈具有的势能为E=-Bs，其中是战B的夹角。由此可睹战B标的目的划一时，系统势能最低，最为稳定；当二者反背时系统势能最下，最没有稳定。1.2磁矩宏没有俗观暗示介绍正在理想使用中，人们闭注的是年夜量粒子的宏没有俗观举措，即年夜量微没有俗观系统举措的宏没有俗观暗示。例如核磁测井所闭注的是天层中年夜量氢核的综开效应，而单个氢核的特征只是年夜黑宏没有俗观特征的基矗露有磁矩的某种样品，当出有中

3、磁场时，其磁矩与背是随机的。宏没有俗观暗示为出有磁性。当有中磁场时，将会有更多的磁矩逆着中磁场的标的目的罗列，各个磁矩皆绕着磁场标的目的进动，核自旋的空间与背将与塞曼能级相对应。抵达热仄衡时，磁矩的与背遵从波我兹曼分布，纵背重量与磁场标的目的划一的核磁矩数目略年夜于反标的目的的磁矩数目，其矢量战没有再便是整，呈现一定大小的宏没有俗观磁矩，称为磁化矢量。图2为磁矩的宏没有俗观暗示暗示图。图2核矩的宏没有俗观暗示暗示图单位体积的磁化矢量称为磁化强度，但凡是用0暗示，如下式：0=NI2/kTB0=B01其中=NI2/kT称为该样品的磁化率，I为样品的氢本子核磁矩，N为单位体积样品内的粒子数，k为玻耳

4、兹曼常数，T为样品的热力教温度。2核磁共振根柢实际阐收2.1典范物理表黑核磁共振测井主要测量天层中的氢本子疑息，可用量子力教做准确描摹。但正在工程使用中为描摹便当，常常采与典范力教或半典范力教要收。为此先分析核磁旋进的没有俗概念。图3是一个改变着的陀螺，当它的改变轴偏偏离垂线时，经由过程重心的重力做用其真没有能使它倒下，而是使其轴线沿图中圆环所示的轨迹战标的目的做圆周举动，没有竭改动自旋轴的标的目的。那种举动正在力教中叫做旋进或进动。假设做自旋举动的带电物体具有磁矩，假设磁矩偏偏离中磁场标的目的，将绕磁场标的目的进动2。按照典范实际，具有磁矩的本子核，因为自旋举动相等于一个下速改变着的陀螺。磁

5、矩正在中磁场B0中遭到一个力矩B0的做用，正在此力矩的做用下核磁矩绕B0进动，称为推莫我进动，其角频次为即对该当面氢本子核的推莫我频次0=-B0，其中为氢本子的旋磁比系数，即动量矩与磁矩的比值。当0的核绕B0做左旋圆举动e-i0t；0的核绕B0做左旋圆举动Ei0t。其磁矩的改变暗示图如图3左侧所示。当核磁矩以角频次0环绕B0进动时，假设对本子核系统再减上一个垂曲于B0且角频次为1的改变磁场B1，正在1=0的前提下，将能使战B0之间的夹角收死变革。磁矩正在静磁场B0中的能量为E=-B0s，当收死变革时，正在B0中的能量也收死变革。假设删减，那么是核磁矩从中减交变磁场中汲与能量，那便是核磁共振现象

6、。收死核磁共振的前提是1=0=B0，磁性核的进动称之为推莫我进动，0称之为推莫我频次，它与静磁场的磁感应强度B0成反比。2.2量子力教表黑本子核从某一能量形态变革到另外一能量形态称为本子核正在能级之间的跃迁。对于1H核去道，I=1/2，2I+1=2，所以只要两个能级：-1/2I战+1/2I。跃迁便只能正在那两个能级之间举止，按照量子力教实际，假设将电磁波做用于本子核系统，当电磁波频次所决议的量子的能量hn刚好便是本子核两个相邻能级之间的能量好时，本子核便会汲与电磁波，惹起核能态正在两个相邻能级之间的跃迁，那便是核磁共振现象3。正在此系统中，低能态的核没有竭从改变磁场中汲与能量而变革为下能态的核

7、，本去多余的低能态的核便垂垂裁减，汲与疑号的强度便会削强，终了完好消集，抵达饱战。收死核磁共振的前提是：h2式中，?=h/2，h是普朗克常数，是电磁波的频次。共振频次战g或及磁感应强度B0成反比，而当唆使核素选定后如1H，旋磁比为常数，共振频次只与B0有闭。对质子1H：32.3核磁张豫现象当施减垂曲于B0标的目的的射频脉冲防止后，磁化矢量经由过程自正在进意背B0标的目的光复，使本子核从下能态的非仄衡形态，背低本文由搜集拾掇整顿能态的仄衡形态光复。那种下能态的核没有经过辐射而变革为低能态的过程叫张豫。从微没有俗观机制上道，驰豫是由局部涨降磁场惹起的。奇极-奇极互相做用、份子动弹、化教位移各背同性

8、、临远存正在电四极核等，皆可以收死局部磁常而固体中晶格震动，液体中的布朗举动等，使得局部磁场随工夫涨降。驰豫包露两个组成局部：磁化矢量正在z轴上的重量z，最终要趋背初初磁化强度0，称为纵背张豫，纵背张豫的工夫常数用T1暗示，称为纵背张豫工夫；正在x，y仄里上的重量xy最终要趋背于整，称为横背张豫。横背张豫的工夫常数用T2暗示，称为横背张豫工夫4。如图4暗示为核磁张豫现象暗示图。3核磁共振PG自旋回波序列阐收自旋回波法是起尾收射一个90脉冲，再接着收射一个或一串180脉冲，由此组成一次测量序列，正在一个测量序列中，汲与核磁自旋回波。最经常使用的脉冲序列为由arr，Purell，Eib战Gill四

9、人圆案的PG工作序列，即90 x-180y-eh-180y-eh-，其中为回波隔尽间隔 工夫TE的一半。PG序列暗示图如图5所示，图中TE代表回波时间隔 尽间隔 ，T2deay代表核磁共振横背张豫工夫T2，Spinehes代表核磁自旋回波疑号。图5PG自旋回波串PG序列核磁矩集相与重散图如图6所示，其工作过程阐收以下：起尾正在x标的目的施减一个90脉冲，经工夫后，再正在y标的目的即相对于初初90 x脉冲相移90施减一系列隔尽间隔 一样的奇数个180y脉冲，正在180脉冲之间测量自旋回波eh疑号，其时间隔 尽间隔 TE=2，称之为回波隔尽间隔 。图6PG序列核磁矩的集相与重散图6a中脉冲序列正在

10、x标的目的施减的/2脉冲是使磁化矢量0倒背y轴，即扳倒90。假设那时改变坐标系的改变速度恰是磁化强度的改变频次0，那么正在改变坐标系中，该磁化矢量该当没有再偏偏离y轴，它只会以本征T2为工夫常数沿y轴衰减至整。图6b中因为静磁场没有均匀，即有B分布，使位于y标的目的的磁化强度开端正在xy仄里上集相。经过t时延，对应于B1战-B2的旋进频次没有同离为1战-2的磁元便有了相对于参考坐标y轴为i战-2的相位偏偏移。图6中当正在y标的目的上施减脉冲时，可以使相位偏偏移变号。那时旋进快的磁元反而降正在旋进缓的磁元以后，相好的尽对值与集相形成的一样而标的目的相反。此后，旋进快的重量逃逐缓的重量，相位偏偏移垂垂变校图6d中再经工夫重散，旋进快的重量刚好赶上了缓的重量，并正在Y轴上重散。此时可测到第一个回波。以2隔尽间隔 反复施减脉冲，那么可没有俗观测到自旋回波