Laboruntersuchungen mit Kernspinresonanz

Mit dem Verfahren der magnetischen Kernspinresonanz (engl: nuclear magnetic resonance, NMR) kann der Porenraum wasserführender Gesteine charakterisiert werden. Die Beobachtungsgröße in einem NMR-Experiment ist die makroskopische Magnetisierung. Diese ergibt sich als Summe der einzelnen magnetischen Kernmomente der positiv geladenen, in einem äußeren Magnetfeld rotierenden, Wasserstoffkerne. Angeregt mittels Radiofrequenz wird die makroskopische Magnetisierung ausgelenkt und anschließend ihr zeitlicher Verlauf zurück zur Gleichgewichtslage (Relaxation) gemessen. Aus dem Relaxationsverhalten können sowohl der Wassergehalt bestimmt als auch qualitative Aussagen über die Porenradienverteilung im Gestein gemacht werden. Das gesamte Porenwasser kann dabei über die unterschiedlichen Relaxationszeiten in ”freies Wasser“, ”Kapillarwasser“ und ”gebundenes Wasser“ unterteilt werden.

Das im LIAG vorhandene NMR-Spektrometer ”Maran Ultra 5“ der Firma ”Resonance Instruments“ besitzt ein für NMR-Messungen ungewöhnlich großes Probenvolumen (Durchmesser bis zu 4,5 cm), um repräsentative Proben zur Beschreibung der Struktur eines Gesteins messen zu können. Der Magnet hat eine Feldstärke von 0,19 Tesla und somit eine Protonenresonanzfrequenz von 8 MHz