[发明专利]核磁共振与瞬变电磁联用地下水探测装置及探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探设备及方法，尤其是一种基于空心线圈的核磁共振与瞬变电磁（MRS-TEM）联用地下水探测装置及探测方法。

背景技术

核磁共振和瞬变电磁联用仪（MRS-TEM）是一种融合了核磁共振和瞬变电磁技术两种方法的仪器。通过一套仪器实现两种设备的功能，发挥了两种仪器各自的优点，减少设备的投入，改善了仪器信噪比的优点。在地下施工中，尤其是隧道、矿井等狭小空心内开展地下掘进工程中，由于地质条件复杂，由地下水引起的突水、突泥地质灾害时有发生，给施工安全带来了巨大的灾难和无法估计的经济损失。如何在隧道、矿井等狭小空间内对地下周围的含水体进行精确、有效的探测，成为了地球物理勘探方法中的一个重要研究方向。

CN1936621公开了一种“核磁共振与瞬变电磁联用仪及其方法”，是将核磁共振与瞬变电磁组合成一体的核磁共振与瞬变电磁联用仪及其方法。首先将联用仪选择在瞬变电磁工作模式下，在测线上铺设发射线圈和接收线圈，对测区内每一个测点进行测量，测量完毕后，对瞬变电磁数据进行初步的处理，找出低电阻率点，并对低电阻率异常测点标定；再将联用仪切换到核磁共振工作模式下，并以已标定的异常测点为中心铺设发射线圈进行核磁共振测量工作，以测得数据或图形与瞬变电磁所测得的电阻率异常进行比较，用以判断瞬变电磁所测得的电阻率异常目的层的真伪。用一套设备实现两种仪器的功能，减少了设备投资，发挥了两种仪器各自优点，提高了探测效率和精度。

CN201051151公开了一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关Kl，大功率交流方波发生器还与共振频率发生器、开关K2、K3连接；开关K2与K3之间串接发射线圈和配谐电容器组；K3、K4分别连接超低噪声放大器，再连接相关检测放大器，再连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接微机控制与记录系统。本发明有益效果为：仪器工作安全性高、能量利用率高、频率稳定性好、具有较高的测量精度。

CN102096111A公开了一种收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法，由计算机通过串口总线与大功率电源、发射及控制单元、电流采集单元、选 频放大单元、信号采集单元连接，发射及控制单元通过控制总线经H桥路与配谐电容、发射线圈和二极管连接构成。本发明将发射天线和接收天线分离，使发射系统和接收系统能够相互独立。该发明的优点是：实现了发射和接收的高低压隔离，提高了系统的可靠性；发射线圈和接收线圈的匝数、尺寸、线径、铺设方式不再相互制约；通过远端参考能够抵消干扰，提高信噪比。

上述发明的找水装置均具有较高的测量精度、可靠性较高，但都存在一些不足，测量一个点时，只能得到很大一个范围内是否有水（例如100m*100m大线圈面积1万平米），导致测量的横向分辨率低，难以实现水体的精确定位；而且由于线圈尺寸大，在矿井、隧道等狭小空间现场无法铺设大线圈，对工作环境的适应能力差。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的不足，提供一种能够在矿井、隧道等狭小空间条件下应用的空心线圈接收核磁共振和瞬变电磁探测装置，通过采用空心线圈作为接收装置来提高核磁共振探测的应用范围和横向分辨率，从而在隧道、矿井等狭小空间条件下实现精确测量的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种核磁共振与瞬变电磁联用地下水探测装置，是由计算机1经输出电压可调的大功率电源3分别与瞬变电磁发射桥路4和核磁共振发射桥路5连接，瞬变电磁发射桥路4与发射线圈7连接，核磁共振发射桥路5经配谐电容6与发射线圈7连接，计算机1经发射控制单元2分别与核磁共振发射桥路5和瞬变电磁发射桥路4连接，发射控制单元2分别与接收单元8和信号采集单元9连接，计算机1经信号采集单元9与接收单元8连接构成。

接收单元8是由空心线圈10经单刀双掷开关一端连接宽频放大电路11，另一端连接中心频率可调的放大电路12，宽频放大电路11通过单刀双掷开关的一端连接信号采集单元9，中心频率可调的放大电路12过单刀双掷开关的另一端连接信号采集单元9构成。

中心频率可调的放大电路12由空心线圈10经高压继电器13、二极管D1、二极管D2、可变电容器C1、一级放大器14、宽频滤波器15、二级放大器16、窄带滤波器17和三级放大器18连接构成。