二维阵列线圈核磁共振地下水探测理论研究

核磁共振法(MagneticResonanceSounding,MRS)是一种直接探测地下水的地球物理方法,目前只能对水平层状的含水层进行一维测深,对于尺寸小于线圈直径的二维或三维含水构造成像时,其灵敏度和横向分辨率很低.本文从研究二维阵列线圈核磁共振地下水探测方式的可行性出发,推导了地面发射线圈产生的椭圆极化激发场和阵列接收线圈的核磁共振响应核函数的表达式,数值计算了二维阵列线圈测量方式的MRS信号初始振幅图像和探测灵敏度,通过与二维发射/接收同一线圈测量方式对比,得到结论如下:二维阵列线圈测量方式可直接确定地下含水构造的水平位置,但需更大的激发电流强度和接收灵敏度;当中浅层(<45m)地下含水构造的水平位置、深度和截面积变化时,二维阵列线圈测量方式的相对灵敏度均高于同一线圈方式,且水平相对灵敏度改善最明显;地下含水构造的深度增加时,其水平相对灵敏度逐渐降低;对于位于地下15m处的浅层地下含水构造,其水平分辨率为5m,垂直分辨率为4.5m,横截面分辨率为8m2,以上三种分辨率均由仪器噪声水平所决定.通过实施增加接收线圈的数量和匝数、提高激发脉冲矩和接收灵敏度等改进措施,现有的仪器系统可用二维阵列线圈测量方式.本文提出的理论和方法,将促使二维阵列线圈核磁共振方法在地下暗河、喀斯特溶洞和堤坝渗漏等二维或三维含水构造快速探测方面得到应用.