地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用

引用本文

王晓明, 崔伟, 聂栋刚. 地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用[J]. 物探与化探, 2015,39(2): 432-436.
WANG Xiao-Ming, CUI Wei, NIE Dong-Gang. The application of the SNMR groundwater detection technology to the detection of reservoir dam leakage[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2015,39(2): 432-436.
Doi:10.11720/wtyht.2015.2.37 复制到剪切板

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地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用

王晓明^1,², 崔伟³, 聂栋刚³

1.安徽省矿产资源储量评审中心,安徽合肥 230001

2. 合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥 230009

3. 安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院,安徽蚌埠 233000

作者简介:王晓明(1964-),男,高级工程师,长期从事水工环地质勘查、评价、研究工作。E-mail: cnahwxm@163.com

收稿日期: 2014-03-18

基金: 安徽省地质勘查局科研项目(2009-38)

摘要

地面核磁共振找水技术是一种非介入探测技术,通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在地层中的分布,进而确定是否有地下水存在,并给出地下水位、富水程度和孔隙率等地层结构信息。以安徽某水库土质大坝为例,采用地面核磁共振方法对大坝渗漏进行勘查,取得初始振幅( E₀)、纵向弛豫时间( T₁)、横向弛豫时间(T2*)等物理参数,分析物理参数与地质结构的对应关系,判断出坝体存在两处渗漏点,通过地面调查和工程地质钻探,验证了物探勘察结果,为病险水库坝体的治理提供地质依据。

关键词: 地面核磁共振; 水库大坝; 坝体渗漏勘查; 地下水位

中图分类号:P631 文献标志码:A 文章编号:1000-8918(2015)02-0432-05

The application of the SNMR groundwater detection technology to the detection of reservoir dam leakage

WANG Xiao-Ming^1,², CUI Wei³, NIE Dong-Gang³

1. Mineral Resource & Reserves Evaluation Center of Anhui Province, Hefei 230001, China

2. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

3. No. 1 Institute of Hydrogeological and Engineering Geological Prospecting of Anhui Geological Prospecting Bureau, Bengbu 233000, China

Abstract

Surface nuclear magnetic resonance(SNMR) technique is a non-invasive detection technology, which, through the recognition of the distribution of hydrogen atom signals in water molecules, infers the distribution of water molecules in the strata, and then determines whether there exists groundwater or not and provides some information concerning the water table, the water-rich degree and the porosity. In this paper, taking a soil dam of a reservoir in Anhui Province as an example, the authors used the SNMR to investigate the dam leakage, and obtained such physical parameters as initial amplitude ( E₀), longitudinal relaxation time ( T₁), and transverse relaxation time (T2* ). Through analyzing the correspondence between the physical parameters and the geological structure, the authors determined the existence of two leakage points and, through field investigation and engineering geological drilling, verified the geophysical survey results, thus providing the geological basis for the management of dangerous reservoir dam.

Keyword: SNMR; reservoir dam; reservoir dam leakage detection; groundwater table

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我国在20世纪50年代末至70年代修建了大量的平原和山区水库, 很大一部分属边勘测、边设计、边施工的水利工程, 限于材料和技术等条件, 水库坝体以土石坝居多, 经过几十年的运行加之管理粗放、维护较少, 水库坝体、坝基出现渗漏的现象较为普遍, 坝体的稳定性存在较大隐患, 进而威胁水库下游的生命与财产安全。据不完全统计, 全国3 100多座大中型水库中, 出现渗漏的坝体与坝基约占20%; 小型水库大坝也约有40%存在渗漏问题^[1]。目前, 探测大坝渗漏点的技术方法有很多, 一般是通过地球物理资料反演间接推断坝体、坝基的含水信息, 再推测渗漏介质和渗漏途径^{[2, 3]}。而地面核磁共振(Surface nuclear magnetic resonance, SNMR)方法是目前可以直接探测地下水的物探新方法, 通过对物理参数与地质结构对应关系的研究, 做出大坝渗漏位置、渗漏量的判断^[4]。本次选取安徽省某水库作为地面核磁共振方法研究点, 以检验SNMR方法在大坝渗漏勘查中的应用效果。

1 基本原理

地面核磁共振方法探测的目标是水中的氢质子。在地磁场B₀的作用下, 氢质子以Larmor角频率ω _L=γ _p|B₀|=2π f_L( 其中γ _p为质子旋磁比)进行旋进运动, 产生沿地磁场方向的磁化强度M₀(见图1a)^[5]。

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	图1 地面核磁共振方法基本原理示意

世界范围内, 地磁场强度B₀为赤道的25 000 nT到两极的65 000 nT, 即Larmor 频率范围为1.0~3.1kHz。当铺设在地面上的线圈内通入Larmor 频率f_L 的交变电流I(t)=I₀cos(2π f_Lt)脉冲时, 在地面以下产生高强度非均匀的激发磁场B_T。激发磁场B_T的能量由激发脉冲矩q所决定, q是激发电流脉冲的幅值I₀和激发脉冲持续时间τ 的乘积(τ 一般为40 ms)。

激发磁场B_T垂直于地磁场B₀方向, 则对自旋的氢质子施加了一个磁矩, 使其旋转轴偏离地磁场B₀方向(见图1b), 导致平行于B₀方向的纵向磁化强度减弱, 而垂直于B₀方向的横向磁化强度得到增强。当切断产生B_T的电流脉冲时, 核自旋磁化强度的纵向分量和横向分量按指数规律(纵向分量增强, 横向分量衰减)变化至各自的原始状态(见图1c)。而横向分量衰减的弛豫现象产生一个微弱的, 但可检测到的感应宏观交变磁场, 用铺设在地面上的同一线圈采集随时间衰减的感应电动势, 即核磁共振(NMR)信号^[4]。

应用一个脉冲矩q进行激发, 只能使地面以下某一深度区域内氢质子的自旋方向由平衡状态发生倾斜。从小到大选择合适的一系列脉冲矩q, 可由浅到深地实现探测地下各深度位置的含水层分布。在每次测量过程中, 记录所有按指数规律衰减的核磁共振响应信号, 通过叠加和滤波等数据处理方法后, 对信号进行参数提取, 获得NMR信号的初始振幅E₀、衰减时间常数T $\begin{matrix} _{2}^{*} \end{matrix}$ 、初始相位φ ₀等参数。因为初始振幅E₀的大小与地下被测区域内的氢质子(即水分子)数量成正比, 所以, 经过一套脉冲矩q的测量后, 则得到对应的初始振幅E₀, 经过反演解释便获得测量区域内地下含水层的含水量分布图^{[7, 8]}。

在每个NMR测点上是通过由小到大(100~9 000 A· ms)依次改变激发脉冲矩 (q=I₀ · t_p, I₀、t_p分别为激发电流脉冲的幅值和持续时间)参数, 观测和研究NMR信号的变化规律来了解由坝基浅到深各层的含水量^[9]。通过分析坝基含水量的变化, 可分析出坝基泄露点位置。

本次选用法国IRIS公司研制的NUMIS系统开展研究, 该系统由直流电源(汽车电瓶2块)、DC/DC转换器、发射机、发射/接收天线、调谐单元、接收机、外接计算机及部分辅助连线构成。

2 研究区概况

研究水库属长江流域滁河水系, 设计洪水标准重现期30年一遇, 校核洪水标准重现期300年一遇, 水库大坝长350 m, 坝顶高程89.68~90.2 m, 顶宽4 m, 最大坝高12.7 m。蓄水位86.4 m, 设计洪水位87.48 m, 总库容154 万m³。水库枢纽工程由大坝、溢洪道和高、低放水涵组成。大坝坝体为土质坝, 北部坝基为岩体花岗二长岩, 南部坝基为砂岩。该水库1976年完成, 在运行中多次出现严重渗漏。2009年曾采用多头小直径深层搅拌喷灌浆建造防渗墙对水库大坝进行处理, 桩径为380 mm, 钻杆间距320 mm, 最小成墙厚度205 mm, 平均钻入深度为11.4 m, 取得了一定的防渗效果。

库区及周边地貌类型为浅丘, 地形呈南北高, 中间低, 标高约80~90 m。地层属华南地层大区下扬子地层区, 主要岩性有第四系上更新统下蜀组粘性土、新近系上新统黄岗组的玄武岩及古近系古新统的舜山集组的砂砾岩、泥砂岩、含钙砂岩, 并出露燕山期侵入的花岗二长岩岩体(图2)。

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	图2 研究区地质背景及物探工作布置 1— 核磁共振点; 2— 水库大坝; 3— 第四系上更新统下蜀组; 4— 新近系上新统黄岗组; 5— 古近系古新统的舜山集组; 6— 燕山期花岗二长岩; 7— 地质界线

区内地下水类型划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水和玄武岩孔洞裂隙水四种类型。松散岩类孔隙水分布在大坝下及水库下游, 含水岩组主要由第四系上更新统粉质黏土组成。单井涌水量10~100 m³/d。碎屑岩类孔隙裂隙水分布在大坝西侧和水库南部, 含水岩组主要由古近系的砾岩、砂岩、泥岩、页岩组成, 单井涌水量< 10 m³/d。基岩裂隙水的含水岩组由燕山期侵入岩组组成, 分布在大坝北侧和水库北部, 地下水主要赋存于块状岩类的风化裂隙、构造裂隙、层间裂隙中, 还有一些与断层直接相关的脉状水。单井涌水量10~100 m³/d。玄武岩孔洞裂隙水的主要含水岩组由新近系上新统黄岗组玄武岩组成, 主要分布于大坝南侧。地下水主要赋存于玄武岩气孔状、杏仁状构造及垂直节理、水平“ 层理” 中, 单井涌水量100~1 000 m³/d。

3 现场核磁共振测量

首先确定测区激发频率, 利用NUMIS系统进行测量。利用磁力仪测量并算出该工区地磁场平均感应磁化强度B₀=50 258.22 nT, 据此确定NUMIS系统发射频率为2 141.35 Hz。

在水库主坝体上布设一条SNMR观测剖面, 剖面上敷设3个SNMR测深点:H1、H2、H3(见图2)。平均信噪比较大(1.18), 每个点使用 “ 8” 字形线圈。根据工区地质背景和工作条件, 确定NUMIS系统的记录长度为240 ms, 脉冲的持续时间置成40 ms, 脉冲间歇时间为30 ms; 选用16个脉冲矩, 测量数值范围是在500~60 000 nV之间设置; 叠加次数为32~64次。

4 地面核磁共振数据解释

4.1 数据处理与反演

利用NUMIS系统自带程序和预处理系统对记录下NMR信号各参数进行数据处理和反演解释。表1为测量参数与反演所得水文地质参数的对应关系。

表1 NUMIS系统的实测、解释参数

SNMR测量得到的参数	反演解释获得的参数
初始振幅E₀/nV	单位体积含水量(有效孔隙度)
横向弛豫时间常数 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ /ms	孔隙大小
纵向弛豫时间常数T₁/ms	渗透性参数
初始相位φ ₀/(° )	含水层的导电性(电阻率)

表1 NUMIS系统的实测、解释参数

自由水 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 变化范围为30~1 000 ms, 束缚水的 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 小于30 ms, NUMIS系统的脉冲间歇时间为30 ms, 记录不到束缚水的 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ , 因此, NUMIS系统接收不到束缚水的信号, 其得到的参数是自由水的 $\begin{matrix} {T_{2}^{*}}^{} \end{matrix}$ ^[7], 野外试验归纳出 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 值与含水地层的岩性之间有一定的近似关系(表2)^{[8, 9]}。

表2 不同类型含水层的

\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}

值

弛豫时间/ms	含水层类型	含水层颗粒
30	砂质黏土层	极细
30~60	黏土质砂、很细的砂层	细
60~120	细砂层	较细
120~180	中砂层	中等
180~300	粗砂和砾质砂层	较粗
300~600	砾石沉积	粗
600~1000	地面水体或含水裂隙、溶洞等

表2 不同类型含水层的

\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}

值

4.2 数据解释

根据核磁共振测深各测点的反演解释结果, 可以得到各测点的含水量直方图(含 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 时间参数变化), 结合工区地质和水文地质资料进行解释。

由H1点含水量直方图(图3)可见, 在深度2 m以内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ ≥ 500 ms, 含水量约为15%, 这是水库地表水体导致; 2~3 m含水量较大, 为30%, $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 在250~350 ms之间, 表明含水层颗粒较粗, 含水量大, 现状调查为放水涵(见图6中L1处)所致; 深度3~6 m之间不含水; 深度6~9 m范围内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ < 100 ms, 表明该层颗粒细、孔隙小, 为粉质黏土层, 地层本身含水量小, 但测得其含水量大于25%, 推测为水库漏水浸透到该处地层, 导致含水量高; 9~11 m不含水, 推测为致密的黏土层; 14.2~31 m范围内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ < 100 ms, 表明该层颗粒细, 推测为风化的砂岩, 地层本身含水量小, 但其平均含水量为12.3%, 推测是由于水库漏水, 浸透到该处地层, 导致含水量较高; 31 m以下 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ > 500 ms, 推测为发育有裂隙的砂岩与花岗岩接触带, 平均含水量为5.5%, 表明裂隙内含水量不高, 未受水库渗漏影响。

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	图3 H1点含水量直方图

图4显示, 在深度1~2 m范围内平均含水量为9%, $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ ≤ 150 ms, 受水面影响含水量偏大; 3~13.5 m不含水说明此处为相对隔水层, 推测为采用水泥搅拌治理后的渗漏点; 13.5~24 m 范围内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ ≤ 150 ms, 表明该层颗粒细, 推测为花岗岩侵入蚀变带, 本身有一定的孔隙, 但水量不大, 实测其平均含水量12%, 推测为水库漏水浸透到该处地层, 导致含水量高, 现状调查时大坝该处有湿润现象; 24~49 m范围 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 为150~350 ms, 孔隙大于上一层, 平均含水量5%, 推测为花岗岩风化裂隙发育, 但未受到水库渗漏影响, 所以含水量小。

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	图4 H2点含水量直方图

图5可见, 在深度1~4 m附近区域, 含水量平均等于10%, $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 为250~300 ms, 现状调查为放水涵(见图6中L4处)所致; 6~14.5 m深度范围内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ ≤ 100 ms, 推测为风化花岗岩, 地层本身含水量小, 但该范围内含水量最大为10%, 推测为水库渗漏影响, 导致含水量增大; 24.3~30 m 范围内 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ =300 ms, 推测为花岗岩, 该层裂隙小, 含水量较低, 平均含水量为3.4%, 表明该处未受水库泄露影响; 30~49 m含水量较高, 平均为11.5%, $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ =200 ms, 推测可能是岩石中的小裂隙导致的, 小裂隙中充满水; 4~6 m和14.5~24.5 m范围内为隔水层, 推测分别为致密的黏土和完整的花岗岩。

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	图5 H3点含水量直方图

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	图6 坝基地层剖面图及含水量等值线 1— 水泥混合土; 2— 粉质黏土(含少量水泥); 3— 砂岩; 4— 强风化; 5— 中风化; 6— 微风化; 7— 黏土; 8— 花岗岩; 9— 风化程度分界线; 10— 地层界线; 11— H1范围; 12— H2范围; 13— H3范围; 14— 含水量分界线; 15— 渗漏范围及编号

5 应用效果

根据3个核磁共振测点所得含水量直方图数据, 人工绘制含水量断面等值线图, 并与钻孔揭露的地层进行对比(图6)。

由图6可以得到如下结论:在埋深30 m以内, 含水量大于10%的区域有4处, 编号L1~L4, L1、L4现场确认为放水涵。L2是渗漏点, 推测为大坝放水涵下部断裂所致, 埋深6~9 m; L3为渗漏带, 埋深主要在10~25.5 m, 长度约为180 m, 基本对应了花岗岩侵入接触带和岩石风化带上。

通过钻孔和野外调查也揭露相应的泄露点和渗漏带(图7), 不含水的地方为水泥混合土, 钻孔取出的岩性较为完整, 室内试验的渗透系数在9× 10^-7cm/s。说明地面核磁共振方法确定堤坝渗漏点(带)是有效的。

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	图7 大坝渗漏点地表

6 结语

地面核磁共振方法探测土石堤坝的完好性(例如坝体、坝基渗漏), 是一种直接、准确、有效的方法, 已为现场调查与钻探资料所验证。坝体、坝基的渗漏与地层含水性、渗透性和孔隙性密切相关, 实际测量的E₀、T₁、 $\begin{matrix} T_{2}^{*} \end{matrix}$ 与水文地质条件能够较好地对应, 在本工区, 经反演解释后, 含水量大于10%的区带, 可判断为坝体或坝基的渗漏途径及渗漏点。

目前, 地面核磁共振方法的数据处理和反演解释还是一维的, 水文地质解释是建立在地表和地下介质水平、均质, 且各项同性的基础上, 研究成果还有一定的局限性; 而二、三维数据处理、反演和水文地质解释, 随着SNMR技术的改进而完善, 将进一步提高新方法的勘查精度。

致谢:感谢安徽省地勘局科技信息处的大力支持,感谢中国地质大学(武汉)地空学院李振宇教授的辛苦工作和提供的地面核磁共振勘查资料,感谢项目组无私提供完整报告及原始资料供研究参考。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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This paper deals with the application of geophysical technique to monitoring and predicting dyke hidden trouble in flood season, and describes various experimental results obtained by using distribution style high density resistivity technique.

对使用地球物理技术监测预报汛期堤防隐患的方法进行了讨论,并介绍了使用分布式高密度电阻率法技术所完成的各种实验结果。

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In view of the seepage hazards existent in the homogeneous soil dam in Landong reservoir and on the basis of physical property of the media and geophysical characteristics of the study area, the authors reasonably selected such geophysical techniques as high-density resistivity, ground penetrating radar, transient Rayleigh wave and spontaneous polarization to make integrated exploration and find out the seepage path of water sources, thus providing grounds for evaluating stability of the dam body and designing the reinforcement plan.

针对蓝洞水库均质大坝出现散渗等病险,根据区内各介质物理性质及地球物理特征,合理选择了高密度电阻率、探地雷达、瞬态瑞雷波和自然电场4种物探方法进行综合勘查,查明病险的水源来向,为评估坝体的稳定性和加固处理设计提供依据.

... 目前,探测大坝渗漏点的技术方法有很多,一般是通过地球物理资料反演间接推断坝体、坝基的含水信息,再推测渗漏介质和渗漏途径^[2,3] ...

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Leakages usually destroy the stability of an ash dam,so it is important to get the information of the leakage position, the area and elevation of the leakage, and the soakage line of the dam with the purpose of tackling these problems. The measurement of the soakage line and the detection of the leakage distribution as well as the relationship between the distribution and the outflow point therefore constitute the key problem in analyzing the stability of the ash dam and performing the reinforcement of the dam. This paper discusses the geophysical methods for detecting the ash dam leakage and the performance procedure in field survey, and also deals with the effect of these methods. It is shown that such techniques as the spontaneous potential method, the ground penetrating radar, and the high density resistivity method seem to be the effective methods which can be employed to detect the outflow location in front of the ash dam, the inner soakage state of the dam, and the position of the soakage line.

探讨了灰坝渗漏的探测方法、效果及其实施过程。在灰坝渗漏治理中,如何准确地测量浸润线和渗流在坝体内的分布及其与溢出点的关系,对分析灰坝的稳定性和确定加固处理方案至关重要。实践证明,自然电位、探地雷达和高密度电阻率方法可以确定坝前入水位置、坝体内的浸润状态和浸润线位置,是灰坝渗漏探测的有效方法。

... 目前,探测大坝渗漏点的技术方法有很多,一般是通过地球物理资料反演间接推断坝体、坝基的含水信息,再推测渗漏介质和渗漏途径^[2,3] ...

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地面核磁共振(SNMR)找水方法是目前唯一直接找水的地球物理新方法.这种方法原理新颖,经济、快速.为水文地质工作量化提供了新手段.本文简述了该方法的原理、特点,通过实例说明了轻便型找水仪在浅层地下水勘察和堤坝监测等工程地质方面的应用效果.

... 而地面核磁共振(Surface nuclear magnetic resonance,SNMR)方法是目前可以直接探测地下水的物探新方法,通过对物理参数与地质结构对应关系的研究,做出大坝渗漏位置、渗漏量的判断^[4] ...

... 而横向分量衰减的弛豫现象产生一个微弱的,但可检测到的感应宏观交变磁场,用铺设在地面上的同一线圈采集随时间衰减的感应电动势,即核磁共振(NMR)信号^[4] ...

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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.

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地面核磁共振 (NMR)找水方法是目前世界上唯一直接找水的地球物理新方法。其基本原理是在地面上利用NMR找水仪 ,观测、研究地层中水质子产生的NMR信号的变化规律 ,不打钻就可以确定各含水层的深度、厚度、单位体积含水量和孔隙度信息。NUMIS和NUMIS+ 输出功率高 ,接收灵敏度高并由PC机控制 ,是当今世界上最先进的直接探测地下水设备。我国应用NMR方法在前人认为是“无水区”、缺水区和常规物探找水方法难以奏效的地方找到了地下水。用NMR找水方法可以进行水文地质填图 ,快速圈定找水远景区、对地下水资源进行评价和确定出水井位。此外 ,MNR还可在水环境监测、工程无损检测等方面发挥作用。

2002

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龚育龄, 汤洪志, 王良书, 等. 综合物探方法在中坊水库坝体隐患勘查中的应用[J]. 水文地质工程地质, 2002(1): 49-51.

在江、河、湖堤防及水库坝体隐患的勘查中,物探方法以其轻便、快捷的特点被广泛使用.中坊水库是江西省广昌县境内的一个中型水库,近年来坝体漏水现象较严重.为了查明隐患,本文采用探地雷达、高密度电阻率法、自然电位法和激发极化法等综合物探方法,对坝体进行勘查,基本查清了水库漏水地段及漏水通道位置,取得了良好的勘查效果.

... 因为初始振幅E₀的大小与地下被测区域内的氢质子(即水分子)数量成正比,所以,经过一套脉冲矩q的测量后,则得到对应的初始振幅E₀,经过反演解释便获得测量区域内地下含水层的含水量分布图^[7,8] ...

... ^[7],野外试验归纳出 T2#cod#x0002A ...

2011

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葛成, 郭新军, 赵海波, 等. 核磁共振T₂谱反演影响因素[J]. 物探与化探, 2011, 35(6): 845-847, 854 .

The T 2 spectrum inversion from NMR data has been widely used in petroleum industry both in core analysis for petrophysical studies and in logging interpretation. In order to improve and consummate algorism of inversion, the authors used the NMR numerical simulation data to study the factors influencing T 2 spectrum inversion from NMR data, such as the intervals and number of echos, and signal-to-noise ratios. The method of T 2 spectrum inversion was compared with optimization algorithm and singular value decomposition (SVD) at different signal-to-noise ratios at the same time. The result shows that TE should match the number of echos and components to attain the best inverse effect when the NMR relaxation signal is collected. Higher signal-to-noise ratio can reach better effect, and when the signal-to-noise ratio is larger than 25, the inverted spectrum coincides with designed spectrum. The method of T 2 spectrum inversion with optimization algorithm doesn't require high signa-to-noise ratio, and the method of SVD could clip inversion.

Shiwu Oil Production Factory, Northeast Oil & Gas Branch, Sinopec, Changchun 130062, China

为了进一步改进完善核磁共振 T 2 谱反演算法,利用核磁共振正演模拟信号,研究回波间隔、原始回波采集数量、信噪比等因素对反演结果的影响,同时在不同信噪比下对最优化 T 2 谱反演算法、奇异值分解反演算法进行比较分析。研究表明:采集弛豫信号时,回波间隔大小的设置与回波数量、组分大小相匹配,才能得到最佳的反演效果;信噪比越高反演效果越好,当信噪比大于25时反演谱与构造谱基本吻合;在反演不同信噪比理论回波数据时,最优化反演方法对信噪比要求不高,奇异值分解反演方法对信噪比要求高,而奇异值分解反演速度较快。

... 值与含水地层的岩性之间有一定的近似关系(表2)^[8,9] ...

2008

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孙淑琴, 赵义平, 林君, 等. 用地面核磁共振方法评估含水层涌水量的实例[J]. 地球物理学进展, 2008, 23(4): 1317-1321.

The proton magnetic resonance method used by geophysicists and hydrogeologists for groundwater investigation is a new method to detect the free water captured by pores or cranny rocks. But sometimes false indications of the yield capacity of groundwater-saturated layers are obtained, that is the relaxation time constant ( T 2 ) which is assumed to permit discrimination between free water and bound water at IRIS Instruments, actually depends on many parameters, including porosity, permeability and transmissivity. The relaxation mechanism of liquid in a porous medium depends on not only relaxation property but also the porous structures and components. In order to understand the influence of these parameters to the yield capacity of groundwater-saturated layers, the relaxation characteristics of clastic rocks are discussed and the relationship between the effect porosity and the water content are analyzed, the calculated methods of permeability and transmissivity are given in this paper. The influence of lithology on yield capacity is analyzed by several field experimental data, the results indicates that the borehole yield capacity is high when the average free water content is large and at the same time its relaxation time is long.

地面核磁共振（NMR）方法是地球物理上采用的探测地下水的最新方法，能够探测地下含水层中的自由水.但是有时会出现对地下含水层的出水量判断失误的现象，这种失误发生的主要原因是由于IRIS仪器设计时假设利用NMR信号的弛豫时间就能够区分地下含水层中的自由水和束缚水，实际上弛豫时间取决于以下几个参数即：孔隙度、渗透率和导水率.地层孔隙水中氢质子弛豫时间不仅与其本身的弛豫特点有关，还与岩石孔隙结构、成份密切相关.为了更好的理解以上这些参数对地下含水层涌水量的影响，本文讨论了含水多孔介质的弛豫特性，研究有效孔隙度与含水量之间的关系，给出计算渗透率和导水率的方法，利用几个实测地点数据资料分析地下含水层岩性对涌水量的影响，结果表明地层中平均含水量大而且含水地层弛豫时间较长的地点才能获得较大的涌水量.

... t_p,I₀、t_p分别为激发电流脉冲的幅值和持续时间)参数,观测和研究NMR信号的变化规律来了解由坝基浅到深各层的含水量^[9] ...

... 值与含水地层的岩性之间有一定的近似关系(表2)^[8,9] ...

2004

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邓靖武, 潘玉玲, 熊玉珍. 探查地下水的新方法[J]. 现代地质;2004, 18(1): 121-126.

地面核磁共振方法是应用地球物理中新发展起米的一种直接找水方法，它利用水中的氢核在一定频率的外场作用下产生核磁共振现象实现对地下水的探测。对测量所得的NMR信号进行分析处理，可以确定地层的含水量、厚度和深度以及平均孔隙度。由于NMR信号微弱、信噪比低，因此所获资料需要进行综合解释和联合反演以提高反演解释的可靠性。以中国地质大学核磁共振科研组在西北某油田的找水工作和国外学者相关的研究成果为例，证实了这一研究方法的可靠性。

2011

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1996

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尹成勇, 潘玉玲. 核磁共振技术在找水中的应用[J]. 地下水, 1996, 18(4): 158-160.

摘　要：本文介绍了核磁共振技术找地下水的原理，并举例论证了核磁共振技术找地下水的效果。

2009

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安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院. 地面核磁共振方法在水文地质勘查中的应用研究[R]. 安徽省地勘局科技信息处, 2009.

随着社会的进步和经济的发展，对地下水的需求增长趋势明显，找水难度也随之增大，因为常规的水文物探工作方法如：直流电法、电磁法、放射性探测等是依靠不同岩性之间物理性质的差异，通过测量、分析其物理场分布、变化规律来间接查明有关水文地质问题，在有些地区难以取得良好的效果。本文详细介绍了目前世界上唯一的直接找水的地球物理新方法——地面核磁共振方法。该方法应用核磁感应系统（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。地面核磁共振方法时一种直接的探测地下水的地球物理新技术,与传统的地球物理探测地下水的方法相比具有直接找水、信息量丰富、分辨率高等特点。文中对地面核磁共振方法的原理、仪器及使用方法进行了简要说明，重点对不同地质条件的第四系松散岩类孔隙水与地面核磁共振探测效果进行了分析，主要针对有无地下水分布与核磁共振参数响应的对应关系、核磁共振找水对水位埋深、含水层厚度及岩性的探测效果及误差性、电磁干扰对核磁共振数据的影响性分析，掌握地面核磁共振方法的应用特性，总结地面核磁共振方法的工作模式。经对地面核磁共振方法在水文地质勘查中的应用效果分析，该方法具有直接找水、有无地下水分辨明显、相对其它间接找水地球物理方法的多解性，其成功率高，对水位埋深和含水层厚度反映误差较小，反演信息量丰富等优点。其局限性有探测深度有限，目前仅能达到150m，并且随深度增加其分辨率降低；反演信息量丰富，但是最主要的水位和含水层厚度，其他参数仅能作为参考，与真实参数有较大误差；抗干扰能力弱，施工效率低，仪器体积笨重；反演的正确性，稳定性和时空分辨率方面有待进一步提高。与常规的直流电法和电磁法相比具有其特点与优势，在条件允许的情况下，可单独用于找水，也可与其它间接找水方法进行配合使用。