地面核磁共振找水正反演理論及應(yīng)用研究.pdf

1、地面核磁共振(SNMR)找水技術(shù)是目前唯一的直接找水技術(shù),可用于地下淺層水資源探測、滑坡穩(wěn)定性監(jiān)測等領(lǐng)域。該技術(shù)基于核磁共振原理,主要特征是在可探測深度內(nèi)有水就能產(chǎn)生信號,即在氫核的躍遷過程中產(chǎn)生對應(yīng)的弛豫衰減信號。本文圍繞磁共振測深(MRS)信號展開了 MRS正反演技術(shù)的研究,由于信號比較微弱,核函數(shù)矩陣是病態(tài)矩陣,而且提取脈沖矩對應(yīng)的信號幅值時(shí)存在誤差,這些因素都會影響含水率計(jì)算的準(zhǔn)確性及精度。因此,本文采用聯(lián)合反演算法計(jì)算含水層的

2、含水率地質(zhì)參數(shù)。依據(jù)正反演方法的技術(shù)路線展開相應(yīng)的研究工作并取得如下主要成果:
　　1、對震蕩函數(shù)的無窮積分進(jìn)行了深入研究。針對不同地形在激發(fā)信號作用下產(chǎn)生的電磁場分布,總結(jié)了均勻半空間和水平層狀模型兩種情況,歸納了兩者共同存在的震蕩函數(shù)無窮積分問題。采用改進(jìn)的Gauss-Legendre積分方法,分別用三種方式驗(yàn)證了該數(shù)值積分方法的可行性。繪制了磁場垂直分量、徑向分量在大回線源中心附近、線圈附近處隨垂向、徑向坐標(biāo)的變化趨勢,給出

3、了水平激發(fā)場、垂直激發(fā)場在垂向、徑向方向上的剖面圖,通過分析得出磁場值的模和相位變化趨勢與電磁理論相吻合。
　　2、分析了MRS找水的正演思路及體積剖分思想,繪制了垂直激發(fā)場的強(qiáng)度、相位值隨垂向、徑向方向變化的剖面圖,給出了三維核函數(shù)實(shí)部、虛部受地電條件下導(dǎo)電性變化的影響,得出了如下結(jié)論:地電層的導(dǎo)電性好時(shí)三維核函數(shù)實(shí)部、虛部處于同一數(shù)量級,而導(dǎo)電性弱時(shí)三維核函數(shù)的實(shí)部起主要作用。三維核函數(shù)實(shí)部、虛部隨深度變化的橫切剖面圖也印證了

4、此結(jié)論。最后,數(shù)值模擬了單一含水層、多個(gè)含水層的MRS信號響應(yīng),分析了主要地質(zhì)參數(shù)對MRS信號的影響。
　　3、針對傳統(tǒng)的反演算法易受噪聲干擾等問題,提出了改進(jìn)的量子遺傳算法和最小二乘正交分解(LSQR)的聯(lián)合方法用于核磁共振地下水探測的反演計(jì)算中。用理論模型論述了該聯(lián)合反演算法的可行性,用兩組實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際探測時(shí)的地質(zhì)條件,聯(lián)合反演了含水率地質(zhì)參數(shù)。與已知地質(zhì)情況對比,驗(yàn)證了此聯(lián)合反演算法具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
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5、、在LabVIEW虛擬儀器技術(shù)平臺上,采用隊(duì)列狀態(tài)機(jī)的多線程架構(gòu)設(shè)計(jì)了MRS技術(shù)整機(jī)系統(tǒng)控制軟件,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)軟件的大部分模塊。以相鄰脈沖矩對應(yīng)的信號相位差分析為例,聯(lián)合TSVD和Hilbert方法分析相位差值,然后分別在不同信噪比、采樣率條件下驗(yàn)證了該方法的有效性。最后,依據(jù)該方法設(shè)計(jì)了相位差計(jì)算模塊,并將其用于實(shí)測數(shù)據(jù)的相位差計(jì)算,取得了較好的效果。
　　最后,對本文提出的方法在實(shí)際應(yīng)用中的成果表示肯定的同時(shí),指出了研究內(nèi)容的不