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1、NMR方法原理与地下水资源应用策略分析欢迎来到站，今天本网站为大家提供了NMR方法原理与地下水资源应用策略分析，希望朋友们读后有所收获!摘要:地面核磁共振找水方法是目前唯一直接找水的物探新方法。本文在介绍NMR方法原理的基础上,结合NMR方法技术特点和在中国的应用实例,论述了NMR方法在探测地下水、地下水资源评价等方面的效果,并提出了进一步开展新方法的工作建议。关键词:核磁共振方法地下水含水量水文地质核磁共振(NuclearMagicResonance,缩写为NMR)技术是当今世界上的尖端技术,用N
2、MR方法直接探查地下水是该技术应用的新领域,开创了地球物理方法直接找水的先河。目前,国内外研究和实践表明,NMR方法不仅在探测地下水、地下水资源评价等方面取得了明显的地质效果,而且在求取水文地质参数、使水文地质工作定量化方面也取得进展。核磁共振方法在地球科学其他领域中的应用正在向广度和深度发展。核磁共振现象于1946年被美国加州斯坦福大学BlochF和麻省哈佛大学PurcellM分别发现,并因此获得了1952年诺贝尔物理学奖金。此后,核磁共振现象已由理论研究、试验进入应用与开发阶段,最先受益的是医学
3、。NMR技术在地球科学方面的应用是该技术应用的新领域,也是地球科学研究的前沿课题。NMR技术的研究及其应用,使地球物理学的发展进入了一个新阶段。1962年美国VarianRH提出过用NMR技术普查地下水的构想,但以后未有商业仪器问世及有关的报导;1965年夏,我国张昌达、崔岫峰等曾进行过NMR技术找水的初步试验[1];从1978年起,前苏联科学院西伯利亚分院化学动力学和燃烧研究所以СeмeнoвАГ教授为首的一批物理学家,开始了利用NMR技术进行找水方法的研究,开发出了在地磁场中测定NMR信号的仪器
4、,称为核磁共振找水仪(Hydroscope)[2,3]。他们在开发、改进仪器的同时,对NMR找水的解释方法进行了研究,取得了世界领先水平的研究成果[4];1994年法国地质调查局IRIS公司购买了俄罗斯找水仪专利,并开始研究新型的NMR找水仪核磁感应系统(NuclearMagicInductionSystem,缩写为NUMIS),从此,法国成为研制NMR找水仪的第二个国家。中国地质大学(武汉)1997年底引进了法国IRIS公司研制的NUMIS地面核磁共振找水系统,结合中国的具体实际,建立了新的找水工
5、作模式,取得了世界先进水平的研究成果,使我国步入利用核磁共振技术探查地下水的先进国家行列。本文在简要介绍NMR找水方法原理的基础上,结合该方法技术特点和在我国的应用实例,论述了NMR方法在探测地下水、地下水资源评价等方面的效果,并提出了进一步开展新方法的工作建议。1 地面核磁共振找水方法的原理、特点及工作方法11 方法原理核磁共振是一个基于原子核特性的物理现象,系指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量[5]。从理论上讲,应用NMR技术的唯一条件是所研究物质的原子核磁矩不为零。水中氢核具有核子顺磁
6、性,其磁矩不为零,且氢核是地层中具有核子顺磁性物质中丰度最高、磁旋比γ最大的核子。在稳定地磁场B0的作用下,氢核象陀螺一样绕地磁场方向旋进,其旋进频率(拉摩尔圆频率ω0)与地磁场强度B0和氢核的磁旋比γ有关:氢核在地磁场作用下,处在一定的能级上。如果以具有拉摩尔频率的交变磁场B1(ω0)对地下水中的质子进行激发,则使原子核能级间产生跃迁,即产生核磁共振。在NMR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
7、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q(q=I0t,式中I0、t分别为激发电流脉冲的幅值和持续时间)激发产生的NMR信号,该信号的包络线呈指数规律衰减。NMR信号强弱或衰减快慢直接与水中质子的数量有关,即NMR信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比,因此构成了一种直接找水技术,形成了地面NMR找水方法。12 方法的特点NUMIS系统是一种
8、高灵敏度、高功率、全部由PC计算机控制的核磁共振设备。地面NMR方法的主要优点是:能够直接找水,特别是寻找淡水;反演解释具有量化的特点,信息量丰富;经济、快速,完成一个核磁共振测深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的十分之一,可以快速地提供井位及划定找水远景区。但是,目前该方法尚不能用来探测埋藏深度大于150m的地下水。此外,由于核磁共振找水系统的接收灵敏度高,可以接收纳伏级的信号,所以易受电磁噪声干扰。13 工作方法地面NMR方法在进行野外测量时,为了获得最佳质量
