[发明专利]地下全空间核磁共振预极化探测装置及探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用地球物理勘探设备及方法，尤其是利用核磁共振 (NuclearMagneticResonance,NMR)探测技术在矿井隧道等地下全空间进行 深层探测。

背景技术：

在地下施工过程中，尤其是隧道、矿井等大型的地下掘进工程中，由于地质 条件复杂，经常会遇到由地下水引起的突水、涌泥等地质灾害问题，影响施工进 度，并且给施工安全带来巨大的隐患。对施工区域上下、左右及前方的水赋存状 态进行精确、有效的探测，成为地球物理勘探方法中的一个重要研究方向。

CN102053280A公开了一种带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及 探测方法。通过多路A/D采集单元同步采集发射/接收线圈中的核磁共振信号 以及参考线圈中噪声信号的全波形数据，通过计算参考线圈采集的噪声信号与核 磁共振信号的最大相关性，实现参考线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声 统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，最大限度对消发射/接收线圈 获得核磁共振信号中的噪声。该发明的有益之处是：一定程度上实现了多场源噪 声干扰下核磁共振信号的提取，有效地解决了居民区核磁共振探测干扰多、多种 干扰噪声数据难以分离的问题，但同样面临着在狭小空间中参考线圈布设困难、 应用受限的局限。

CN102062877A公开了一种对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及 探测方法。是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、大功率电源、信号采集 单元相连，系统控制器经桥路驱动器、大功率H型发射桥路和配谐电容与发射 线圈相连，接收线圈经保护开关、信号调理单元、放大器与信号采集单元相连结 构成。采用垂直布设线圈模式，有效的降低了线圈的占用面积，使该装置可以在 狭小的空间中展开勘探工作。但是上述发明的对前方水体超前探测的核磁共振探 测装置及探测方法仅仅采用天然地磁场，其磁场强度只有几十uT，相对微弱， 而且地磁场方向不可改变，采用该装置不能准确分辨出是探测的前方还是后方存 在含水体，即不能实现定向超前探测的目的。而且由于天然地磁场的磁场强度微 弱，所以不能准确获得前方水体的含水层厚度、含水量大小等重要信息参数。

上述发明的核磁共振找水装置针对特殊的需要和应用场合均具有较高的测 量精度和良好的测量效果,但都存在一些不足：在空间狭小、环境复杂的地下掘 进工程中，地面核磁共振探测中比较有效的方法，类似多通道参考线圈消噪方法 均因空间受限面临实现困难、线圈匝数不够而不能接收到有效信号等对工作环境 适应差的问题；同时在针对隧道、矿井等大型的地下掘进工程中的核磁共振找水 装置中,虽然采用了多匝小线圈接收的方式,解决了狭小空间接收线圈铺设的问 题,但在强噪声复杂地下工程中仍然存在核磁共振信号与强背景噪声相比很小， 即信噪比很低的问题。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种适用于空间狭小、 背景噪声复杂的地下掘进工程，利用预极化线圈产生的磁场强度远远大于天然地 磁场的预极化磁场，从而提高水体的整体磁化强度，进而提高了信噪比，实现对 地下掘进工程中灾害水源的精确测量，准确定位、减少因前方地质情况不明所引 发的突水、涌泥、塌方冒顶等地质灾害的地下全空间核磁共振预极化探测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

地下全空间核磁共振预极化探测装置，是由电脑1经输出可调的大功率电源 2、大功率发射桥路4与预极化线圈12的一端连接，电脑1经主控制单元6、 发射桥路驱动3、大功率发射桥路4和高压切换开关5与预极化线圈12的另一 端连接，主控制单元6分别与发射桥路驱动3、高压切换开关5、Q-switch电 路8和A/D采集单元10连接，电脑1经A/D采集单元10、放大器电路9、 Q-switch电路8和配谐电容7与接收线圈11连接，预极化线圈12与能释电 路13连接构成。

地下全空间核磁共振预极化探测方法，包括以下步骤：

a、在测区内选择一探测点,以该探测点的假想直立面为线圈的铺设平面,铺 设接收线圈11与预极化线圈12；

b、电脑1通过串口线控制输出可调的大功率电源2，通过改变其输出电压 的大小，来改变在预极化线圈12上的激发电流的大小，即产生不同强度的预极 化磁场，通过不同强度磁场的极化，实现距离预极化线圈不同远近水体的探测。