Characterization of humic substances by advanced solid state NMR spectroscopy: Demonstration of a systematic approach

Characterization of humic substances is challenging due to their structural complexity and heterogeneity. Solid state nuclear magnetic resonance (NMR) is regarded as one of the best tools for elucidating structures of humic substances. The primary solid state NMR technique that has been used so far is the routine ¹³C cross polarization-magic angle spinning (CP-MAS) technique. Although this technique has markedly advanced our understanding of humic substances, the full potential of NMR for characterizing humic substances has yet to be realized. Recent technical developments and applications of advanced solid state NMR have revealed the promise to provide deeper insights into structures of humic substances. In this paper, we summarized and demonstrated the systematic solid state NMR protocol for characterization of humic substances using a humic acid as an example. This protocol included (1) identification of specific functional groups using spectral editing techniques, occasionally assisted by ¹H¹³C two-dimensional heteronuclear correlation (2D HETCOR) NMR, (2) quantification of specific functional groups based on direct polarization-magic angle spinning (DP-MAS) and DP-MAS with recoupled dipolar dephasing, combined with spectral editing techniques, (3) determination of connectivities and proximities of specific functional groups by ¹H¹³C 2D HETCOR or 2D HETCOR combined with spectral editing techniques, and (4) examination of domains and heterogeneities by ¹H¹³C 2D HETCOR with ¹H spin diffusion. We used a soil humic acid as an example to demonstrate how this protocol was applied to the characterization of humic substances step by step. Afterwards, based on typical ¹³C NMR spectra of humic substances we described how we could combine different NMR techniques to identify specific functional groups band by band from downfield to upfield. Finally, we briefly mentioned the potential new NMR techniques that could be developed to enrich the current systematic protocol. This systematic protocol is not only applicable to humic substances but also to other natural organic matter samples.     

地质勘探用金刚石钻头减振能力的分析研究

地质钻探中,钻头在轴载和扭矩作用下产生振动,钻头中产生正应力、剪切应力和位移,对钻进产生负面影响。如果形成共振,则对钻具和钻进过程产生破坏性影响。使用减振能力强的钻头胎体材料是减小钻头振动的有效方法之一。俄罗斯图拉地质勘探科学研究所对不同材料的减振能力进行了研究,认为线性尺寸为0.4 mm的BK6M材料的减振能力比试验的其他材料好。使用粉料颗粒线性尺寸比为1.15～1.25,颗粒面积比为40∶1～48∶1的WC粉料和大颗粒莱立特硬合金粉料制成的钻头,在乌拉尔地区ГП-УС-30地质勘探队进行了生产试验,取得了很好的技术经济效果,钻头寿命提高了50%,金刚石单位消耗量降低了80%～90%。     

磁共振方法在堤坝渗漏探测中的实验

为精确定位堤坝渗漏点位置,介绍了一种能直接定量探测水的地球物理方法--磁共振法。通过阐述磁共振方法的基本原理和反演算法,确定适用于堤坝渗漏探测的线圈类型和测量方式。采用吉林大学自主研制的JLMRS型磁共振探水仪,在辽宁桓仁崔家街堤坝坝顶铺设4匝边长为12.5 m的正方形线圈,连续测量15个点,测量深度达35 m。经过数据处理和反演解释,得到坝体二维含水量剖面图,为消除上游水体对实验结果的影响提出了修正方法,进而得到坝体二维相对含水量剖面。实验结果表明:崔家街大坝存在3个渗漏点（距溢洪道140、180和240 m处）和2个渗透区（距溢洪道100～150 m和170～250 m处）;深度为-20~-10 m,为砾卵石层渗漏,与工程地质资料和下游渗水情况相符。     

岩性扫描测井解释评价方法及其地质应用

作为新兴的测井仪器,岩性扫描测井（LithoScanner）通过获取地层元素含量,进一步获得地层矿物含量,帮助地质学家解决复杂岩性识别等地质学难题。为了充分推广其在地质学领域的应用, 笔者等对岩性扫描测井的原理和解释处理流程进行梳理,并对应用过程中出现的典型案例进行分析。LithoScanner测井可直接获取地层岩性特征,帮助识别地层界面,并实现页岩等复杂岩性、岩相的准确识别。而脆性矿物含量、有机碳含量等也可被LithoScanner测井准确获取,从而计算地层中的脆性指数和有机碳的含量。LithoScanner测井可以探测黄铁矿、煤层等特殊矿物组分,因此可以辅助核磁共振测井资料解释评价。最后指出LithoScanner测井与相应的岩芯和实验数据进行比对,提高LithoScanner测井的可靠性。研究有助于将LithoScanner测井中蕴含的大量地质信息进行挖掘与解读,并消除该资料应用中的一些误区,从而推广LithoScanner测井应用领域。     

利用核磁共振和双频电阻率测井评价高矿化度地层水淹层

中原油田原始地层水矿化度很高,注入水矿化度一般低于原始地层水矿化度.根据水驱油岩电实验可知,有的储层水淹后电阻率呈"U"字形变化,其变化规律随注入水和原始地层水的矿化度比值及储层孔隙结构的不同而发生变化,使得电阻率判断储层含油性存在多解性,增加了常规测井资料识别水淹层的难度.核磁共振和双频电阻率测井新技术具有受岩性和矿化度影响小的优势,在水淹层识别上具有独到之处,在一定程度上弥补了常规测井技术的不足.通过实际应用,探讨了核磁共振和双频电阻率测井资料在中原油田高矿化度地层水淹层中的评价方法,取得良好效果,为测井新技术推广应用于水淹层评价起到了借鉴作用.     

石湖金矿区中石英的找矿信息研究

石英与金矿床关系十分密切,石英中含有众多的信息.通过对它的研究,可提取出许多找金矿的信息或标志.石英热发光曲线反映金的矿化强度,矿体中的石英热发光曲线呈双蜂或多峰;而矿化带中则呈包含多种隐伏峰的单蜂曲线.与成矿有关的石英红外吸光度D_2、D_2/D_1可定性地评价其含金性.含金石英中的Al_2O_3、K_2O、Na_2O、H_3O~(+)的含量随着矿体埋藏深度的增大而增加,可用其判别矿体的埋藏深度.     

烧结莫来石的某些结构矿物学特征

莫来石因具耐火度高,抗腐蚀能力强、热震稳定性好、高温蠕变及热膨胀系数小等特性,被广泛用于化工、冶金、轻工和国防工业。本文对地球化学研究所莫来石课题组烧结的莫来石(自烧结莫来石)进行了红外光谱及固体高分辨核磁共振谱研究,依此阐明了所测莫来石结晶度、有序度及烧成温度的关系以及莫来石中Al的结构态等。本文尚讨论了随烧结温度升高α有增大趋势的微观结构机制。借鉴Sadanaga测定莫来石(2Al_2O_3·SiO_2)的平均结构参数,提出了自烧结莫来石(1.84Al_2O_3·SiO_2)的平均结构模型,并概略地论述了莫来石结构与性能的关系。