北山花岗岩热损伤：低场磁共振下的关键发现

本研究聚焦于"基于低场磁共振的北山花岗岩热损伤研究"，这是在高放射性废物地质处置工程背景下的一项重要探索。作者团队选取了位于甘肃北山的高放废物处置库中的花岗岩样品作为研究对象，利用先进的实验设备进行深入分析。 首先，研究者采用了低场核磁共振系统来监测岩石在不同温度下的特性。他们发现，在0℃至400℃的温度范围内，核磁共振(T2)谱图保持稳定，没有明显变化。然而，当温度超过500℃时，T2谱图的振幅显著增加并向右移动，表明高温下岩石的磁性行为发生了显著变化。同时，T2谱面积与孔隙率之间的关系呈现出幂率关系，这暗示着孔隙率的变化对岩石热稳定性有重要影响。 其次，通过MTS岩石力学试验机进行的实验揭示了峰值应力随温度和孔隙度的增加而按幂律规律降低。这意味着随着温度上升和孔隙度增大，岩石的强度减小，可能增加其破裂的风险。 核磁共振成像(MRI)技术在这个研究中发挥了关键作用。在较低温度下（500℃以下），质子密度分布均匀，没有明显的质子密度聚集，说明此时岩石内部结构相对稳定。然而，当温度升高到500℃以上，晶体裂纹和边界裂纹开始形成，导致质子密度分布不均，出现了高质子密度区域，这些区域随着时间的推移逐渐融合，形成连续的区域，这可能是热损伤的早期迹象。 进一步的微观结构观察显示，500℃时主要在长石晶间和长石与石英晶粒之间产生了边界裂纹，同时晶体内部也出现了少量穿晶裂纹。当温度达到600℃，超过了石英的α/β相转变温度，可能引发了更复杂的微观结构变化和岩石性能的恶化。 研究还发现，花岗岩岩样的核磁成像像素的概率密度函数在整个温度范围内遵循对数正态分布。值得注意的是，当温度超过500℃，概率密度函数整体向右移动，反映了热损伤对核磁信号的统计特性的影响。 这项研究的结果对于理解花岗岩在高放废物处置中的热稳定性具有重要意义，有助于评估潜在地质处置场址的长期安全性，并为未来设计和优化热处理方案提供科学依据。作者孙中光等人的研究工作得到了国家重点研发计划、天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目以及重庆市研究生科研创新项目的资助，体现出多学科交叉和国际合作的优势。