CN111735749B - 一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量方法，属于岩石渗透性试验测试领域，该系统包括试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统，通过试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统的相互配合，通过预先在注液腔内放置同位素混合溶液，收集并检测收集腔内的同位素浓度，借助公式计算得到渗透系数，同时通过核磁信号进行检测试样各部分的渗透性，并且，本发明的测量过程贯穿整个渗透过程，可以对整个试验过程的渗流时间段的渗透系数进行测算，同时可以完整描绘整个试样的渗透性。

Description

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量 方法

技术领域

本发明涉及一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量方法，属于岩石渗透性试验测试技术领域。

背景技术

渗透系数是岩体的一项重要的物理参数。准确测量煤岩样的渗透系数，对于分析研究煤岩样的渗流过程及通道，对于煤岩体的多场耦合有着重要的意义。随着工程地质条件的复杂以及施工难度的增加，开采或施工过程中常常大量分布着各种微裂隙以及层间节理，形成了复杂且无规律的渗流环境。因此，室内测算渗透系数实验的难度也随之增加，测算结果通常与实际有一些差别。

现有的测算煤岩样渗透系数测试装置多数为针对圆柱形标准试样，测量过程较为简单，测算渗透系数的准确性误差较大。同时，实验过程期间，对于渗透过程以及内部渗透性无法准确观察，进而对于分析研究渗透过程有一定影响。

现有的大部分渗透系数测试装置及方法比较相似，由注水压力的变化引起的煤岩样裂隙发育程度的变化进而导致的渗透系数的变化趋势研究的不够完善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量方法，可以测出不同水压下的渗透系数的大小及试样内渗透液分布进而判断试样各部分的渗透性，使用方便、实用性强。

本发明采用以下技术方案：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，包括试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统，其中：

所述试验装置包括试验台座和放置于试验台座上的U形箱体，U形箱体上方设置有顶盖，U形箱体内由下而上依次设置有收集腔、试验腔和注液腔，相邻两腔体连接处设置有橡胶密封圈进行密封；所述注液腔通过注水口与外部的加压注水试验台相连，注液腔的腔体底部设置有注液腔出水口；所述试验腔包括试样密封套和底部集水板，测试试样装入所述试样密封套内，试样密封套的顶部和底部均设置有一渗流透水板，所述试样密封套周围设置有射频信号线圈和射频感应线圈，试验腔内还设置有用于提供外磁场的永磁体；所述收集腔底部固定设置有若干同位素浓度传感器；

所述围压加载系统用于为试验装置中试验腔内试样密封套加载围压，使试样密封套与测试试样紧密接触，始终保证渗透液由测试试样顶部进行渗流；

所述数据采集分析系统与设置在收集腔底部的若干同位素浓度传感器相连接，所述数据采集分析系统用于采集通过同位素浓度传感器监测到的同位素浓度变化情况，并能够根据监测情况进行数据筛选，自动剔除干扰信号；

所述信号处理图像重建系统包括磁场信号发射器、射频信号震荡发射接收器以及计算机，所述磁场信号发射器与永磁体连接，负责提供外磁场，所述射频信号震荡发射接收器分别与射频信号线圈和射频感应线圈相连，负责发射一定频率的电磁辐射信号并进行信号监测接收，将反馈回来的信号变化情况发送至信号处理和图像重建系统内的计算机进行处理分析及图像重建；

数据存储系统分别与计算机和数据采集分析系统连接，用于存储数据。

本发明通过试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统的相互配合实现了对岩石试样渗透系数的测量以及检测试样各层位渗透特性，极大的提高了测量数据的准确性和试验的效率；

本发明的试验腔为可拆卸装置，收集腔、试验腔、注液腔由下而上进行排列在U形箱体内，并以橡胶密封圈进行密封。

优选的，若干同位素浓度传感器均匀分布于收集腔底部，同位素浓度传感器数量优选为2个，本发明对于同位素浓度传感器的型号不作限定，可选择市售型号，如同位素浓度传感器可选择德国Sensotech公司生产的液体浓度传感器40-14型号、恩德斯·豪斯公司生产的浓度传感器FML621型号等。

优选的，所述试样密封套周围布置正向线圈、反向线圈各一条，分别进行发射和接收射频信号，正向线圈与反向线圈相互不接触，线圈材质均为铜质线圈，线圈表面优选包裹铌和钛的合金，防止破坏。

优选的，所述U形箱体顶部侧边和顶盖之间设置有4个顶盖限位器，顶盖限位器通过螺栓固定于顶盖与U形箱体上，将顶盖与U形箱体固定，顶盖的下表面四周安装有橡胶密封圈进行密封。

优选的，所述底部集水板为倒锥形结构，倒锥形结构上边缘设置有集水板密封圈，倒锥形结构底部设置有集水口。

优选的，所述渗流透水板上设置有多个均匀布置的透水孔，渗流透水板的边缘设置有透水板密封圈。

本发明的渗流透水板有多种型号可供选择，如设置有2.5mm、5mm、8mm、10mm透水孔的渗流透水板，透水板上透水孔孔径不同，在渗流过程中作用在试样上的渗流面积不同，可根据实际需要灵活选择渗流透水板型号。

优选的，所述收集腔底部一侧设置有收集腔出水口，收集腔内设置有水位传感器。

优选的，所述围压加载系统与试验腔之间设置有围压加载控制阀。

优选的，试样密封套选用厚度为5mm的橡胶材质密封套，既不对磁信号产生干扰，又具有形变大、可恢复的特点。

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量方法，包括以下步骤：

a、对取样地点的水文地质条件进行深入研究探测；

b、将从取出的岩块(如煤岩块)进行重新切割、取芯、打磨，制备成所需的圆柱体岩石试样；

c、将制备好的圆柱体岩石试样表面均匀涂抹凡士林，在试样密封套内表面也涂抹凡士林，将岩石试样放置到试样密封套内，在试样密封套的顶部和底部安装橡胶密封圈，使待测试岩石试样的端面与侧面进行隔离，使渗透测试液体只能从顶部进行接触渗透；

d、将岩石试样放置于试验腔，待试验装置组装完成后，启动围压加载系统，向试验腔内加载压力液，压力液可采用一般的常用压力液，对磁信号干扰不大即可，给试样密封套施加一定压力使试样密封套与岩石试样紧密接触，起到阻水以及施加较小围压的作用；

e、加压注水试验台通过注水口向注液腔内注入密度为δ₀的重氧水混合溶液(普通清水和重氧水的混合溶液)；

f、待充水完成后，通过加压注水试验台调节注水口水压进行实验，收集腔底部的同位素浓度传感器同时进行实时测量，自数据采集分析系统中同位素浓度传感器数值发生变化时开始第一次计数，每隔3分钟进行一次计数，分别为第一次、第二次、第三次…第n次，每次测量的同位素浓度记为δ_i、收集腔内混合溶液体积变化量为ΔV，ΔV可通过水位变化量Δh×收集腔底面截面积A₁得到，如公式(1)所示，水位变化量Δh可通过水位传感器测量得出，或者根据收集腔侧壁的刻度线读出，数据采集分析系统将收集到的数据进行整理分析并通过公式(2)计算，得出收集腔内同位素浓度的平均变化量Δδ，

ΔV＝Δh×A₁ (1)

公式(1)、(2)中：Δh为收集腔的水位变化量，cm；A₁为收集腔底面截面积，cm²；n为测量的次数，且n≥5；δ_i为第i次测量样本中同位素浓度，g/m³；

g、试验腔进入收集腔的出水口水压始终保持为0MPa，故可通过注水口水压值P计算岩石试样的渗透系数k；

当P等于0时，未加压状态下：

当P不等于0时，加压状态下：

公式(3)、(4)中：P为注液腔内混合液体压力，即注水口压力值，h为岩石试样的高度，cm；A为岩石试样的横截面积，cm²；V为收集腔中清水的原始体积，cm³，加入清水的目的是使初始液体淹没其内的传感器，有利于传感器的浓度测量；

h、启动信号处理与图像重建系统，使用磁场信号发射器对永磁体进行施加强磁场，试样内不同原子核，产生共振条件不相同，根据这一特性，采用垂直于外磁场的线圈通过射频信号震荡发射接收器发射一定频率的电磁辐射信号，当渗透液中氢核的进动频率与电磁辐射信号频率相匹配时，会发生能级跃迁情况，这时分布在试件密封套周围的射频感应线圈将接收到感应信号，射频信号震荡发射接收器将接收到的信号传输至计算机进行信号处理，同时剔除干扰信号；

此处，计算机进行信号处理、以及剔除干扰信号的过程，均可采用现有技术，这里的“剔除干扰信号”就是指在信号收集处理过程中，遇到个别突变信号，不符合常理信号等可以直接过滤掉。

i、信号分析及图像重建，根据筛选后信号首先通过信号变换器转换为数字信号存入数据存储系统，图像处理系统按照既定方法处理原始数据及信号，获得关于磁共振的不同参数及信号图像，同时存入数据存储系统。根据需要进行一系列后置处理进行创建沿轴向和径向方向的成像图，通过图像中的明暗结构，划定试样渗透性情况；

本步骤中，图像处理系统处理原始数据及信号获得磁共振的不同参数及信号图像的过程，以及通过后置处理创建沿轴向和径向的成像图，均可采用现有技术进行，此处不再赘述；

j、试验完成后，打开收集腔出水口，待注液腔全部排空后，取出岩石试样；

k、经过多组试验数据对比，最终取渗透系数计算平均值为最终确定渗透系数，完成试验。

本发明未详尽之处，均可参见现有技术。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统及测量方法，通过预先在注液腔内放置同位素混合溶液，收集并检测收集腔内的同位素浓度，借助公式计算得到渗透系数，同时通过核磁信号进行检测试样各部分的渗透性。本发明的测量系统及测量方法与现有的实验方法相比具有以下优点：

1、本发明提供的渗透系测量系统和测量方法测量过程贯穿整个渗透过程，可以对整个试验过程的渗流时间段的渗透系数进行测算，可以完整描绘整个试样的渗透性。

2、本发明创造性地将渗透系数测量和试样渗透性测量结合在一起，不仅能够对整个实验过程中的各个时间段的渗透系数进行测算，同时也可以通过核磁成像技术分析试样各个位置的渗透性，实现了一机两测的功能，减少了实验次数，节省了试验周期，并且本发明能够适应多种类型试样，土样、煤岩体均可使用，适用范围广。

3、本发明提供的渗透系测量系统和测量方法借助同位素浓度传感器进行数据收集，进而通过公式计算得到渗透系数，该方法在实施过程中操作简单，所需人员少，节约了人力成本，同时，该方法的安全性与可靠性较好，测试方法简单、效率高等效果。

附图说明

图1为本发明的一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统的结构示意图；

图2为试验腔的结构示意图；

图3为试验腔的俯视图；

图4为渗流透水板的结构示意图；

图5为底部集水板的结构示意图；

图中，1-试验台座，2-收集腔出水口，3-收集腔，4-围压加载系统，5-注水口，6-顶盖限位器，7-顶盖，8-注液腔，9-渗流透水板，91-透水板密封圈，92-透水孔，10-注液腔出水口，11-永磁体，111-磁场信号发射器，112-射频信号震荡发射接收器，12-试样密封套，121-射频信号线圈，122-测试试样，123-射频感应线圈，13-底部集水板，131-集水板密封圈，132-集水口，14-数据采集分析系统，141-同位素浓度传感器，142-水位传感器，15-U形箱体，16-数据存储系统，17-计算机，18-加压注水试验台，19-围压加载控制阀，20-试验腔。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，如图1～5所示，包括试验装置、围压加载系统4、数据采集分析系统14、信号处理图像重建系统和数据存储系统16，其中：

试验装置包括试验台座1和放置于试验台座1上的U形箱体15，U形箱体15上方设置有顶盖7，U形箱体15内由下而上依次设置有收集腔3、试验腔20和注液腔8，相邻两腔体连接处设置有橡胶密封圈进行密封；注液腔8通过注水口5与外部的加压注水试验台18相连，注液腔8的腔体底部设置有注液腔出水口10；试验腔20包括试样密封套12和底部集水板13，测试试样122装入试样密封套12内，试样密封套12的顶部和底部均设置有一渗流透水板9，试样密封套12周围设置有射频信号线圈121和射频感应线圈123，试验腔20内还设置有用于提供外磁场的永磁体11；收集腔3底部固定设置有若干同位素浓度传感器141；

围压加载系统用于为试验装置中试验腔3内试样密封套12加载围压，使试样密封套12与测试试样122紧密接触，始终保证渗透液由测试试样122顶部进行渗流；

数据采集分析系统14与设置在收集腔底部的若干同位素浓度传感器141相连接，数据采集分析系统14用于采集通过同位素浓度传感器141监测到的同位素浓度变化情况，并能够根据监测情况进行数据筛选，自动剔除干扰信号；

信号处理图像重建系统包括磁场信号发射器111、射频信号震荡发射接收器112以及计算机17，磁场信号发射器111与永磁体11连接，负责提供外磁场，射频信号震荡发射接收器112分别与射频信号线圈121和射频感应线圈123相连，负责发射一定频率的电磁辐射信号并进行信号监测接收，将反馈回来的信号变化情况发送至信号处理和图像重建系统内的计算机17进行处理分析及图像重建；

数据存储系统16分别与计算机和数据采集分析系统连接，用于存储数据。

本实施例通过试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统的相互配合实现了对岩石试样渗透系数的测量以及检测试样各层位渗透特性，极大的提高了测量数据的准确性和试验的效率；

本实施例的试验腔为可拆卸装置，收集腔、试验腔、注液腔由下而上进行排列在U形箱体内，并以橡胶密封圈进行密封。

实施例2：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，所不同的是，若干同位素浓度传感器均匀分布于收集腔底部，同位素浓度传感器141数量为2个，同位素浓度传感器的型号优选为恩德斯·豪斯公司生产的浓度传感器FML621型号。

实施例3：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，所不同的是，试样密封套12周围布置正向线圈、反向线圈各一条，形成射频信号线圈121和射频感应线圈123，分别进行发射和接收射频信号，正向线圈与反向线圈相互不接触，线圈材质均为铜质线圈，线圈表面优选包裹铌和钛的合金，防止破坏。

实施例4：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，所不同的是，U形箱体顶部侧边和顶盖之间设置有4个顶盖限位器6，顶盖限位器6通过螺栓固定于顶盖7与U形箱体上，将顶盖7与U形箱体固定，顶盖7的下表面四周安装有橡胶密封圈进行密封。

实施例5：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，如图5所示，底部集水板13为倒锥形结构，倒锥形结构上边缘设置有集水板密封圈131，倒锥形结构底部设置有集水口132。

实施例6：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，如图4所示，渗流透水板9上设置有多个均匀布置的的透水孔92，渗流透水板9的边缘设置有透水板密封圈91，本实施例的渗流透水板9选择透水孔92为8mm型号。

实施例7：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，收集腔3底部一侧设置有收集腔出水口2，收集腔3内设置有水位传感器142。

实施例8：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，围压加载系统4与试验腔20之间设置有围压加载控制阀19。

实施例9：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，结构如实施例1所示，试样密封套12选用厚度为5mm的橡胶材质密封套，既不对磁信号产生干扰，又具有形变大的可恢复的特点。

实施例10：

一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量方法，包括以下步骤：

a、对取样地点的水文地质条件进行深入研究探测；

b、将从取出的如煤岩块进行重新切割、取芯、打磨，制备成所需的圆柱体岩石试样；

c、将制备好的圆柱体岩石试样表面均匀涂抹凡士林，在试样密封套12内表面也涂抹凡士林，将岩石试样放置到试样密封套112内，在试样密封套12的顶部和底部安装橡胶密封圈，使待测试岩石试样的端面与侧面进行隔离，使渗透测试液体只能从顶部进行接触渗透；

d、将岩石试样放置于试验腔，待试验装置组装完成后，启动围压加载系统4，向试验腔20内加载压力液，给试样密封套12施加一定压力使试样密封套与岩石试样紧密接触，起到阻水以及施加较小围压的作用；

e、加压注水试验台通过注水口向注液腔内注入密度为δ₀的重氧水混合溶液；

f、待充水完成后，通过加压注水试验台18调节注水口5水压进行实验，收集腔3底部的同位素浓度传感器141同时进行实时测量，自数据采集分析系统中同位素浓度传感器141数值发生变化时开始第一次计数，每隔3分钟进行一次计数，分别为第一次、第二次、第三次…第n次，每次测量的同位素浓度记为δ_i、收集腔3内混合溶液体积变化量为ΔV，ΔV可通过水位变化量Δh×收集腔底面截面积A₁得到，如公式(1)所示，水位变化量Δh可通过水位传感器142测量得出，数据采集分析系统14将收集到的数据进行整理分析并通过公式(2)计算，得出收集腔内同位素浓度的平均变化量Δδ，

ΔV＝Δh×A₁ (1)

公式(1)、(2)中：Δh为收集腔的水位变化量，cm；A₁为收集腔底面截面积，cm²；n为测量的次数，且n≥5；δ_i为第i次测量样本中同位素浓度，g/m³；

g、试验腔20进入收集腔3的出水口水压始终保持为0MPa，故可通过注水口5水压值P计算岩石试样的渗透系数k；

当P等于0时，未加压状态下：

当P不等于0时，加压状态下：

公式(3)、(4)中：P为注液腔内混合液体压力，即注水口5压力值，h为岩石试样的高度，cm；A为岩石试样的横截面积，cm²；V为收集腔中清水的原始体积，cm³，加入清水的目的是使初始液体淹没其内的传感器，有利于传感器的浓度测量；

h、启动信号处理与图像重建系统，使用磁场信号发射器111对永磁体11进行施加强磁场，试样内不同原子核，产生共振条件不相同，根据这一特性，采用垂直于外磁场的线圈通过射频信号震荡发射接收器112发射一定频率的电磁辐射信号，当渗透液中氢核的进动频率与电磁辐射信号频率相匹配时，会发生能级跃迁情况，这时分布在试件密封套周围的射频感应线圈121将接收到感应信号，射频信号震荡发射接收器112将接收到的信号传输至计算机17进行信号处理，同时剔除干扰信号；

此处，计算机进行信号处理、以及剔除干扰信号的过程，均可采用现有技术，这里的“剔除干扰信号”就是指在信号收集处理过程中，遇到个别突变信号，不符合常理信号等可以直接过滤掉。

i、信号分析及图像重建，根据筛选后信号首先通过信号变换器转换为数字信号存入数据存储系统16，图像处理系统按照既定方法处理原始数据及信号，获得关于磁共振的不同参数及信号图像，同时存入数据存储系统，根据需要进行一系列后置处理进行创建沿轴向和径向方向的成像图，通过图像中的明暗结构，划定试样渗透性情况；

本步骤中，图像处理系统处理原始数据及信号获得磁共振的不同参数及信号图像的过程，以及通过后置处理创建沿轴向和径向的成像图，均可采用现有技术进行，此处不再赘述；

j、试验完成后，打开收集腔出水2，待注液腔8全部排空后，取出岩石试样；

k、经过多组试验数据对比，最终取渗透系数计算平均值为最终确定渗透系数，完成试验。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，包括试验装置、围压加载系统、数据采集分析系统、信号处理图像重建系统和数据存储系统，其中：

所述试验装置包括试验台座和放置于试验台座上的U形箱体，U形箱体上方设置有顶盖，U形箱体内由下而上依次设置有收集腔、试验腔和注液腔，相邻两腔体连接处设置有橡胶密封圈；所述注液腔通过注水口与外部的加压注水试验台相连，注液腔的腔体底部设置有注液腔出水口；所述试验腔包括试样密封套和底部集水板，测试试样装入所述试样密封套内，试样密封套的顶部和底部均设置有一渗流透水板，所述试样密封套周围设置有射频信号线圈和射频感应线圈，试验腔内还设置有用于提供外磁场的永磁体；所述收集腔底部固定设置有若干同位素浓度传感器；

所述围压加载系统用于为试验腔内的试样密封套加载围压，使试样密封套与测试试样紧密接触，始终保证渗透液由测试试样顶部进行渗流；

所述数据采集分析系统与设置在收集腔底部的若干同位素浓度传感器相连接，所述数据采集分析系统用于采集通过同位素浓度传感器监测到的同位素浓度变化情况；

所述信号处理图像重建系统包括磁场信号发射器、射频信号震荡发射接收器以及计算机，所述磁场信号发射器与永磁体连接，负责提供外磁场，所述射频信号震荡发射接收器分别与射频信号线圈和射频感应线圈相连，负责发射一定频率的电磁辐射信号并进行信号监测接收，将反馈回来的信号变化情况发送至信号处理和图像重建系统内的计算机进行处理分析及图像重建；

所述数据存储系统分别与计算机和数据采集分析系统连接，用于存储数据。

2.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，若干同位素浓度传感器均匀分布于收集腔底部，同位素浓度传感器数量为2个。

3.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述试样密封套周围布置正向线圈、反向线圈各一条，分别进行发射和接收射频信号，正向线圈与反向线圈相互不接触，线圈材质均为铜质线圈，线圈表面包裹铌和钛的合金。

4.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述U形箱体顶部侧边和顶盖之间设置有4个顶盖限位器，顶盖限位器通过螺栓固定于顶盖与U形箱体上，将顶盖与U形箱体固定，顶盖的下表面四周安装有橡胶密封圈。

5.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述底部集水板为倒锥形结构，倒锥形结构上边缘设置有集水板密封圈，倒锥形结构底部设置有集水口。

6.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述渗流透水板上设置有多个均匀布置的透水孔，渗流透水板的边缘设置有透水板密封圈。

7.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述收集腔底部一侧设置有收集腔出水口，收集腔内设置有水位传感器。

8.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述围压加载系统与试验腔之间设置有围压加载控制阀。

9.根据权利要求1所述的基于同位素标记的渗透系数及渗透性测量系统，其特征在于，所述试样密封套选用厚度为5mm的橡胶材质密封套。

10.一种基于同位素标记的渗透系数及渗透性的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、对取样地点的水文地质条件进行深入研究探测；

b、将从取出的岩块进行重新切割、取芯、打磨，制备成所需的圆柱体岩石试样；

c、将制备好的圆柱体岩石试样表面均匀涂抹凡士林，在试样密封套内表面也涂抹凡士林，将岩石试样放置到试样密封套内，在试样密封套的顶部和底部安装橡胶密封圈，使待测试岩石试样的端面与侧面进行隔离，使渗透测试液体只能从顶部进行接触渗透；

d、将岩石试样放置于试验腔，待试验装置组装完成后，启动围压加载系统，向试验腔内加载压力液，给试样密封套施加压力使试样密封套与岩石试样紧密接触，起到阻水以及施加围压的作用；

e、加压注水试验台通过注水口向注液腔内注入密度为δ₀的重氧水混合溶液；

f、待充水完成后，通过加压注水试验台调节注水口水压进行实验，收集腔底部的同位素浓度传感器同时进行实时测量，自数据采集分析系统中同位素浓度传感器数值发生变化时开始第一次计数，每隔3分钟进行一次计数，分别为第一次、第二次、第三次…第n次，每次测量的同位素浓度记为δ_i、收集腔内混合溶液体积变化量为ΔV，ΔV通过水位变化量Δh×收集腔底面截面积A₁得到，如公式(1)所示，数据采集分析系统将收集到的数据进行整理分析并通过公式(2)计算，得出收集腔内同位素浓度的平均变化量Δδ，

ΔV＝Δh×A₁ (1)

公式(1)、(2)中：Δh为收集腔的水位变化量，cm；A₁为收集腔底面截面积，cm²；n为测量的次数，且n≥5；δ_i为第i次测量样本中同位素浓度，g/m³；

g、试验腔进入收集腔的出水口水压始终保持为0MPa，故可通过注水口水压值P计算岩石试样的渗透系数k；

当P等于0时，未加压状态下：

当P不等于0时，加压状态下：

公式(3)、(4)中：P为注液腔内混合液体压力，即注水口压力值，h为岩石试样的高度，cm；A为岩石试样的横截面积，cm²；V为收集腔中清水的原始体积，cm³；

h、启动信号处理与图像重建系统，使用磁场信号发射器对永磁体进行施加强磁场，试样内不同原子核，产生共振条件不相同，根据这一特性，采用垂直于外磁场的线圈通过射频信号震荡发射接收器发射一定频率的电磁辐射信号，当渗透液中氢核的进动频率与电磁辐射信号频率相匹配时，会发生能级跃迁情况，这时分布在试件密封套周围的射频感应线圈将接收到感应信号，射频信号震荡发射接收器将接收到的信号传输至计算机进行信号处理，同时剔除干扰信号；

i、信号分析及图像重建，根据筛选后信号首先通过信号变换器转换为数字信号存入数据存储系统，图像处理系统按照既定方法处理原始数据及信号，获得关于磁共振的不同参数及信号图像，同时存入数据存储系统，进行后置处理进行创建沿轴向和径向方向的成像图，通过图像中的明暗结构，划定试样渗透性情况；

j、试验完成后，打开收集腔出水口，待注液腔全部排空后，取出岩石试样；

k、经过多组试验数据对比，最终取渗透系数计算平均值为最终确定渗透系数，完成试验。

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