核磁共振技術(shù)是目前世界上*的直接找水的地球物理新方法。它應(yīng)用核磁感應(yīng)系統(tǒng)（MRS），通過由小到大地改變激發(fā)電流脈沖的幅值和持續(xù)時間，探測由淺到深的含水層的賦存狀態(tài)。相對于傳統(tǒng)的地球物理方法而言，它無需打鉆，是一種無損監(jiān)測。
地面核磁共振測深儀器NUMIS Plus ——核磁感應(yīng)系統(tǒng)（MRS） 核磁共振技術(shù)是目前世界上*的直接找水的地球物理新方法。它應(yīng)用核磁感應(yīng)系統(tǒng)（MRS），通過由小到大地改變激發(fā)電流脈沖的幅值和持續(xù)時間，探測由淺到深的含水層的賦存狀態(tài)。相對于傳統(tǒng)的地球物理方法而言，它無需打鉆，是一種無損監(jiān)測。 MRS方法可以解決以下問題：*，快速圈定找水遠景區(qū)；第二，區(qū)分ρs低阻區(qū)段異常性質(zhì)，即用MRS方法區(qū)分儲水構(gòu)造內(nèi)是否有水，有自由水存在，就有MRS信號響應(yīng)；第三，在MRS方法確定的有水范圍內(nèi)，結(jié)合ρs異常的特點確定井位；第四，區(qū)分水質(zhì)，利用電阻率值的大小來區(qū)分出咸水或淡水；第五，結(jié)合激發(fā)極化法異常特點，圈定烴類（含有氫核）污染水的污染范圍和程度；第六，評價堤壩和工程地質(zhì)中地下水的活動情況、滑坡監(jiān)測、考古等。 原理：通過測量地層水中的氫核來直接找水。核磁共振是原子核的一種物理現(xiàn)象，指具有核子順磁性的物質(zhì)選擇性地吸收電磁能量。氫核是地層中具有核子順磁性物質(zhì)中豐度zui高、磁旋比zui大的核子。 除油層、氣層外，水（H2O）中的氫核是地層中氫核的主體。核磁共振找水方法就是通過測量地層。水中的氫核來直接找水。 當施加一個與地磁場（B0）方向不同的外磁場（B1）時，氫核磁矩將偏離地磁場方向，一旦B1 消失，氫核將繞B0 旋進，其磁矩方向恢復(fù)到地磁場方向。設(shè)旋進頻率（拉摩爾圓頻率）為ω0，氫核的磁旋比為γ，則： ω0＝ γB0 通過施加具有拉摩爾圓頻率的外磁場，再測量氫核的共振訊號，便可實現(xiàn)核磁共振測量。 在MRS 找水方法中，通常向鋪在地面上的線圈（發(fā)射/接收線圈,）中供入頻率為拉摩爾頻率的交變電流脈沖，交變電流脈沖的包絡(luò)線為矩形。在地中交變電流形成的交變磁場激發(fā)下，使地下水中氫核形成宏觀磁矩。這一宏觀磁矩在地磁場中產(chǎn)生旋進運動，其旋進頻率為氫核所*。在切斷激發(fā)電流脈沖后，用同一線圈拾取由不同激發(fā)脈沖矩激發(fā)產(chǎn)生的MRS 信號，該信號的包絡(luò)線呈指數(shù)規(guī)律衰減。MRS 信號強弱或衰減快慢與水中質(zhì)子的數(shù)量有直接關(guān)系，即MRS 信號的幅值與所探測空間內(nèi)自由水含量成正比，這就是核磁共振找水方法的原理。 MRS方法的原理指出，在有地下水活動的地段，就有MRS信號響應(yīng)，利用NUMIS（或NUMISρLS或NUMISLis）系統(tǒng)配備的軟件對采集的信號進行處理和解釋，就給出了各含水層的深度、厚度。在沒有地下水活動的地段，MRS方法則無響應(yīng)，說明被研究地段是完好的。 主要技術(shù)：①信號振幅直接反映地下水的含水量；②衰減時間反映地下水巖層的平均孔隙度；③信號相位反映巖層電阻率；④zui大探測深度為150米。NUMIS系統(tǒng)是當前的直接找水設(shè)備，在世界上多個國家進行過實地應(yīng)用，應(yīng)用效果非常理想。 使用優(yōu)點：1)核磁共振找水方法的原理決定了該方法能夠直接找水，特別是找淡水。在該方法的探測深度范圍內(nèi)，只要地層中有自由水存在，就有核磁共振信號響應(yīng)，反之則沒有響應(yīng)，2)核磁共振方法受地質(zhì)因素影響小。這些優(yōu)點可用來區(qū)分間接找水的電阻率法和電磁測深法卡尼亞視電阻率的異常性質(zhì)。例如，在我國巖溶發(fā)育區(qū)，特別是在西南巖溶石山缺水地區(qū)，當溶洞、裂隙被泥質(zhì)充填或含水時，視電阻率均顯示低阻異常，是泥是水難以區(qū)分。核磁共振測深不受泥質(zhì)充填物干擾，很容易將二者區(qū)分開來。3)在淡水電阻率與其賦存空間介質(zhì)的電阻率無明顯差異的情況下，電阻率法找水就顯得無能為力，而核磁共振測深卻能夠直接探測出淡水的存在。完成一個核磁共振深點的費用僅為一個水文地質(zhì)勘探鉆孔費用的1/10，并可以快速地提供出打井位置及劃定找水遠景區(qū). 主要特點 1） NUMIS+是一套具有大發(fā)射功率（瞬時zui大輸出功率為450 安、4000 伏特的模塊式找水設(shè)備。該設(shè)備 每個部分的重量都在25 公斤以內(nèi)，便于一個人搬運。NUMIS+ 輸出功率高（450 安、4000 伏特）、接收靈敏度高（接納伏級信號）并由PC 機控制的直接探測地下水的儀器。 - Tx/Rx單元: 組成NUMIS+的核心部分. 它保證脈沖在拉摩爾進動的應(yīng)用. 同時MRS測定控制過濾、放大和分析數(shù)字轉(zhuǎn)換。. - PC機接收原始數(shù)據(jù), 然后進行處理、顯示、儲存. - 勘探深度150米需要2個DC/DC轉(zhuǎn)換器器，配備150米的四方形線圈(總長600米). 勘探深度100米只需要1個變頻器, 也相應(yīng)配備100米的四方形線圈.(總長400米). - 低緯度航磁，必須使用2個調(diào)諧單元(因為大地磁場低于31000nT，需要150m四方形線圈; 磁場37000nT，需要100m四方形線圈)。然而中高緯度航磁只需要1個調(diào)諧單元. 2）直接找水 MRS方法具有如下優(yōu)點：首先，MRS找水方法的原理決定了該方法能夠直接找水，特別是找淡水。在該方 法的探測深度范圍內(nèi)，只要地層中有自由水存在，就有MRS 信號響應(yīng)，反之則沒有響應(yīng)；其次，MRS 方 法受地質(zhì)因素影響小。這些優(yōu)點可用來區(qū)分間接找水的電阻率法和電磁測深法卡尼亞視電阻率的異常地 質(zhì)。此外，在淡水電阻率與其賦存空間介質(zhì)的電阻率無明顯差異的情況下，而MRS 測深卻能夠直接探測 出淡水的存在。MRS 方法采用測深方式，通過改變激發(fā)脈沖矩q，實現(xiàn)不同深度的測量。 q ＝ I0t 式中I0 為脈沖電流的幅值，t 為脈沖電流的持續(xù)時間。 MRS 找水方法測量的參數(shù)有E0、T2＊、φ0。該方法能直接找水，主要是因為這些參數(shù)的變化能直接反映地下含水層的賦存狀態(tài)和特征。 MRS 信號初始振幅E0 E0 值的大小與含水層的含水量成正比，隨q 值變化形成測深曲線，通常用E0～q 曲線表示。對該曲線（原始資料）進行解釋后就可得到該測深點探測范圍內(nèi)的水文地質(zhì)參數(shù)，包括含水層的深度、厚度和單位體積的含水量。 MRS 信號平均衰減時間T2 ＊ MRS 信號平均衰減時間用T2 ＊表示，單位為毫秒（ms）。每個激發(fā)脈沖矩q 均可以得到一條E0 隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減的E0～t 曲線，由此曲線可以求出該q 值探測深度內(nèi)含水層的T2 ＊。T2 ＊值的大小可反映含水層類型（平均孔隙度）的信息。國內(nèi)外的研究統(tǒng)計規(guī)律表明，自由水和束縛水具有不同的T2 ＊值，自由水的T2 ＊變化范圍在30 毫秒至1000 毫秒之間。而束縛水的T2 ＊小于30 毫秒。由于MRS找水儀的電流脈沖的間歇時間是30 毫秒，因此，MRS 找水儀接收不到束縛水的MRS 信號。 MRS 信號初始相位φ0 初始相位是天線中激發(fā)的電流與測量到的衰減電壓之間的相位差。MRS 信號的初始相位反映地下巖石的導電性。 3）反演解釋具有量化的特點，信息量豐富 核磁共振方法可將核磁共振信號解釋為某些水文地質(zhì)參數(shù)和含水層的幾何參數(shù)。在該方法的探測深度范圍內(nèi),可以給出定量解釋結(jié)果，確定出含水層的深度、厚度、單位體積含水量，并可提供含水層平均孔隙度的信息。 4）經(jīng)濟、快速 完成一個核磁共振測深點的費用僅為一個水文地質(zhì)勘探鉆孔費用的十分之一，并可以快速地提供出打井位置及劃定找水遠景區(qū)。 性能指標 組件 - 1臺發(fā)射、接收器測定脈沖發(fā)生和信號 - PC機控制整個系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和解釋 - 2個轉(zhuǎn)換器的電源含2節(jié)12V電池組 - 2個調(diào)諧單元控制激磁能 - 發(fā)射和接收線圈 DC/DC 變頻器 - 電源: 2節(jié)12V電池(每節(jié)65Ah) - 6-8個小時自動讀數(shù) - 電容量: 0.07F - 輸出: ±430V DC; 0.5 A - 并聯(lián)2個轉(zhuǎn)換器 - 尺寸: 43×30×43cm - 重量：24Kg Tx/Rx發(fā)送器和接收器 - 尺寸: 43×30×43cm - 重量: 24Kg 發(fā)送器參數(shù) - 由一個或兩個DC/DC 轉(zhuǎn)換器補給 - 頻率范圍: 0.8-3 kHz - zui大輸出: 4000V, 450A - 振幅脈沖及持續(xù)時間: 可程控 - 脈沖間隔: 40msb標準脈沖持續(xù)時間為100-18000A.ms 接收器參數(shù): - 帶通濾波器譜儀寬度: 100 Hz - 增益范圍: 1010-106 - 信噪比高: < 10nV/sqrt (Hz) - A/D變頻器: 14 bits - 取樣頻率:頻率4次 - 變相參數(shù)的標準程序 - T2＊(1個轉(zhuǎn)換器) 和T2＊和T1 (2個轉(zhuǎn)換器) 測量值 調(diào)諧單元 - 根據(jù)電容調(diào)諧拉摩爾進動頻率的線圈 - 1個調(diào)諧單元的電容量為6-30µF, 2個調(diào)諧單元達60µF - 尺寸：43×30×34cm - 重量: 20Kg 發(fā)射/接收線圈 - 電線為100m, 10mm2 卷筒 - 150米勘測： 6卷筒, 電阻1.0ohm, 1.2 mH - 100米勘測： 4卷筒, 電阻0.7ohm, 0.8 mH - 其它線圈配置（按需求） PC機 - 控制整個系統(tǒng): 轉(zhuǎn)換器、發(fā)射器、接收器 - 數(shù)據(jù)傳輸: DFT 和加權(quán)棧 - 數(shù)據(jù)解釋: 1維反演算法 | |
