解鎖地球熱能密碼：低場核磁共振照亮地熱儲層“黑箱”

在地熱資源開發的熱潮中，高效開采深層熱能面臨核心挑戰：如何精準評估與改造儲層？壓裂技術是增強地熱開采效率的關鍵手段，其核心在于在致密巖層中創造高導流能力的人工裂縫網絡，并激活天然裂縫系統。然而，壓裂效果的好壞，從根本上依賴于對儲層孔隙發育特征（如孔隙大小分布、連通性、流體賦存狀態）的深刻理解。傳統評估方法如同“霧里看花”，亟需更精準、無損的探測技術——低場核磁共振技術正以其獨-特優勢，成為照亮地熱儲層微觀世界的“明燈”。

長期以來，評估巖石孔隙結構主要依賴巖心實驗室分析（如壓汞法、氣體吸附法）和微觀成像技術（如微CT掃描）。這些傳統方法雖能提供寶貴信息，卻存在明顯局限：巖心分析通常具有破壞性，僅能反映取樣點的局部信息，且難以模擬原位溫壓條件；微CT掃描雖能實現高分辨率三維成像，但設備昂貴、樣品尺寸受限，對低孔隙度致密巖石的流體動態表征能力不足。面對地熱儲層非均質性強、原位條件復雜的特點，傳統方法在全面、原位評價壓裂改造前后儲層孔隙結構動態變化方面力不從心。

低場核磁共振技術的崛起，為地熱儲層表征帶來了革命性突破。其核心原理在于利用氫原子核（質子）在磁場中的弛豫特性。當巖石孔隙中的流體（主要是水）處于特定磁場環境中時，其氫原子核會被激發；當激發停止后，這些原子核會釋放能量并恢復到平衡狀態，這一過程稱為“弛豫”。弛豫速率（T₁、T₂ 時間）與流體所處的物理化學環境密切相關：

小孔隙中流體受孔壁束縛更強，弛豫更快（T₂ 時間短）；

大孔隙或裂縫中流體自由度更高，弛豫較慢（T₂ 時間長）；

連通性好的孔隙網絡信號更強。

通過測量和分析巖石樣品或原位條件下流體的核磁共振弛豫信號（T₂ 譜），低場核磁技術能夠無損、快速、定量地描繪出巖石內部復雜的孔隙結構圖譜：

精準刻畫孔隙發育： 清晰區分微孔、中孔、大孔及裂縫，揭示孔隙大小分布規律，為評估儲層原始滲透潛力和壓裂改造潛力提供關鍵依據。

洞察流體賦存： 識別束縛水與可動水，定量評價有效孔隙度和流體可采性，直接指導地熱開采策略。

評價壓裂效果： 對比壓裂前后巖樣的核磁信號變化，直觀反映人工裂縫的生成、天然裂縫的擴展以及孔隙連通性的改善程度，成為優化壓裂方案、評估增透效果的“黃金標尺”。

高效無損： 無需復雜前處理，不破壞樣品，可對同一塊巖樣進行壓裂前后的重復測試，動態追蹤孔隙結構演化過程。

核磁表征不同溫度下的多孔砂巖T₂ 分布

相較于傳統方法，低場核磁共振技術在地熱儲層研究中展現出無可-比擬的綜合優勢：

無損檢測： 最-大程度保留巖樣原始結構和流體狀態，結果更貼近地下真實情況。

全面信息： 一次測量同時獲得孔隙大小分布、孔隙度、滲透率估算、流體飽和度及可動流體飽和度等多維度信息。

快速高效： 單次測試通常在幾分鐘到幾十分鐘內完成，顯著提升實驗效率。

原位表征潛力： 結合專用探頭設計，未來有望向井下原位探測方向發展，實現真正意義上的儲層原位評價。

動態監測： 完-美適用于壓裂、驅替等物理模擬實驗過程的實時監測，揭示孔隙內流體的動態運移規律。

低場核磁共振技術已成功應用于多個地熱項目的研究中。通過分析壓裂前后巖心的T₂ 譜變化，研究人員能夠清晰識別出壓裂誘導的新生微裂縫及其對孔隙連通性的顯著改善，量化評估可采流體體積的增加。這種基于低場核磁的精準評價，為優化壓裂參數設計（如排量、砂量、壓裂液類型）提供了科學依據，從而顯著提升了地熱開采的效率和經濟性。