地面核磁共振测深仪器NUMIS Plus 介绍

天涯

核磁共振技术是目前世界上唯一的直接找水的地球物理新方法。它应用核磁感应系统（MRS），通过由小到大地改变激发电流脉冲的幅值和持续时间，探测由浅到深的含水层的赋存状态。相对于传统的地球物理方法而言，它无需打钻，是一种无损监测。 MRS方法可以解决以下问题：第一，快速圈定找水远景区；第二，区分ρs低阻区段异常性质，即用MRS方法区分储水构造内是否有水，有自由水存在，就有MRS信号响应；第三，在MRS方法确定的有水范围内，结合ρs异常的特点确定井位；第四，区分水质，利用电阻率值的大小来区分出咸水或淡水；第五，结合激发极化法异常特点，圈定烃类（含有氢核）污染水的污染范围和程度；第六，评价堤坝和工程地质中地下水的活动情况、滑坡监测、考古等。 原理：通过测量地层水中的氢核来直接找水。核磁共振是原子核的一种物理现象，指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。氢核是地层中具有核子顺磁性物质中丰度最高、磁旋比最大的核子。 除油层、气层外，水（H2O）中的氢核是地层中氢核的主体。核磁共振找水方法就是通过测量地层。水中的氢核来直接找水。 当施加一个与地磁场（B0）方向不同的外磁场（B1）时，氢核磁矩将偏离地磁场方向，一旦B1 消失，氢核将绕B0 旋进，其磁矩方向恢复到地磁场方向。设旋进频率（拉摩尔圆频率）为ω0，氢核的磁旋比为γ，则： ω0＝ γB0　通过施加具有拉摩尔圆频率的外磁场，再测量氢核的共振讯号，便可实现核磁共振测量。 在MRS 找水方法中，通常向铺在地面上的线圈（发射/接收线圈,）中供入频率为拉摩尔频率的交变电流脉冲，交变电流脉冲的包络线为矩形。在地中交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中氢核形成宏观磁矩。这一宏观磁矩在地磁场中产生旋进运动，其旋进频率为氢核所特有。在切断激发电流脉冲后，用同一线圈拾取由不同激发脉冲矩激发产生的MRS 信号，该信号的包络线呈指数规律衰减。MRS 信号强弱或衰减快慢与水中质子的数量有直接关系，即MRS 信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比，这就是核磁共振找水方法的原理。 MRS方法的原理指出，在有地下水活动的地段，就有MRS信号响应，利用NUMIS（或NUMISρLS或NUMISLis）系统配备的软件对采集的信号进行处理和解释，就给出了各含水层的深度、厚度。在没有地下水活动的地段，MRS方法则无响应，说明被研究地段是完好的。 主要技术：①信号振幅直接反映地下水的含水量；②衰减时间反映地下水岩层的平均孔隙度；③信号相位反映岩层电阻率；④最大探测深度为150米。NUMIS系统是当前最先进的直接找水设备，在世界上多个国家进行过实地应用，应用效果非常理想。 使用优点：1)核磁共振找水方法的原理决定了该方法能够直接找水，特别是找淡水。在该方法的探测深度范围内，只要地层中有自由水存在，就有核磁共振信号响应，反之则没有响应，2)核磁共振方法受地质因素影响小。这些优点可用来区分间接找水的电阻率法和电磁测深法卡尼亚视电阻率的异常性质。例如，在我国岩溶发育区，特别是在西南岩溶石山缺水地区，当溶洞、裂隙被泥质充填或含水时，视电阻率均显示低阻异常，是泥是水难以区分。核磁共振测深不受泥质充填物干扰，很容易将二者区分开来。3)在淡水电阻率与其赋存空间介质的电阻率无明显差异的情况下，电阻率法找水就显得无能为力，而核磁共振测深却能够直接探测出淡水的存在。完成一个核磁共振深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的1/10，并可以快速地提供出打井位置及划定找水远景区.