地下磁共振响应特征与超前探测

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5nV时,超前探测距离达到30m,提出了边长2m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.

半航空电磁探测方法技术创新思考

最新的成矿理论研究和深部定位预测结果均表明我国大陆2000 m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源,为在辽阔的国土面积上实现大深度、高精度、广覆盖地球物理探测,开展半航空电磁探测方法与技术研究显得十分必要.本文总结了国内外半航空电磁法的发展现状,重点围绕方法与装备技术等问题进行讨论,并对近年来的最新成果,如:时频协同探测、半航空短偏移距探测、无人机编队观测等新模式,深度学习去噪、多发射源视电阻率定义、拟地震成像等进行了系统分析.最后,对半航空电磁法的发展方向进行了展望,指出任意码形大功率发射和三维高分辨成像等方法技术是下一步的关键突破方向,有望在深部地质找矿、灾害预警和城市地下深部勘查等方面发挥重要作用.

基于双频磁共振的未知拉莫尔频率地下水探测方法

在利用地面磁共振方法进行地下水探测时,要求发射频率与拉莫尔(Larmor)频率相同.由于地磁场的不均匀性和噪声干扰,实际测量时无法获得准确的Larmor频率,导致发生偏共振现象.如果假设磁共振或频率偏量未知时,反演得到的含水量和弛豫时间(T 2)将存在较大误差.为了解决未知Larmor频率情况下的准确探测问题,本文在频率环测量方案的基础上提出了双频磁共振探测方法,即只需知道Larmor频率的范围区间,通过区间外的两个频率进行偏共振激发,利用频率差值的一半作为频率偏量计算核函数,即可消除未知Larmor频率的影响.通过仿真实验,证明了在电阻率大于100Ωm时,双频磁共振和偏共振的核函数偏差较小.对于双层含水层模型,双频磁共振和偏共振的信号偏差小于3 nV,因此得到双频磁共振信号可以用偏共振核函数进行反演.通过对假设磁共振、假设偏共振和双频磁共振反演结果的对比,可以得到在未知频率偏量和设定频率偏量改变时,双频磁共振均能得到准确的反演结果.但是,当环境噪声增加和电阻率降低时,反演结果的准确度降低.最后,通过长春市烧锅镇采集数据的反演结果与已知钻探资料进行对比,验证了双频磁共振探测方法的有效性和准确性.