地下磁共振响应特征与超前探测

摘要：

地下(矿井和隧道内)超前探测灾害水源是磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)方法应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题.本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立线圈的磁共振响应信号表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性.引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和线圈方向的激发场垂直分量.研究了磁共振响应信号与线圈法向偏角和倾角的关系,指出当线圈法向方向垂直于地磁场方向时,磁共振响应信号最大.同时,研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关,激发脉冲矩越大,接收灵敏度越高,则超前探测距离越大,但存在极限距离.在地下线圈尺寸受限的情况下,为使检测信号灵敏度为5 nV时,超前探测距离达到30 m,提出了边长2 m线圈的匝数优化方案,共圈模式最少需要100匝,分离线圈模式最少需要10匝发射线圈和160匝接收线圈.仿真模型试验结果证明,随着噪声水平增大,磁共振超前探测距离和反演分辨率均减小.泽雅隧道探测实践表明,本文提出的地下空间磁共振理论在矿井和隧道环境中进行超前探测是可行的.

关键词：磁共振测深、核磁共振、灾害水源、超前探测、接收灵敏度

所属期刊栏目：61

分类号：P631

资助基金：国家重大科学仪器设备开发和应用专项项目2011YQ030133;国家自然科学基金青年科学基金项目41604083,41504086

在线出版日期：2018-07-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：1615-1627