[发明专利]基于双极性脉冲的地面核磁共振横向弛豫时间的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振横向弛豫时间的测量领域，具体涉及基于双极性自旋回波的一种地面核磁共振横向弛豫时间的测量方法。

背景技术

地面核磁共振(Magnetic Resonnance Sounding,MRS)信号的特征参数横向弛豫时间T₂分布包括十分丰富的地层信息，直接反映了介质颗粒和孔隙大小，可以用于确定孔隙度、束缚水饱和度、渗透率、孔径分布、以及流体特性和含水量等水文地质参数。但是，目前国际上商业化的地面核磁共振找水仪一般采用单脉冲序列来获取自由感应衰减FID信号，因此只能获得横向弛豫时间T₂的近似值-平均弛豫时间T₂^*，在外磁场不均匀的情况下，大孔径的平均弛豫时间T₂^*均小于横向弛豫时间T₂，因而无法准确计算孔隙度、束缚水饱和度、渗透率和孔径分布等地层信息，严重制约了地面核磁共振技术在地下水资源勘察等领域的发展和应用。

目前，在核磁共振探测过程中，测量横向弛豫时间T₂的方法主要有自旋回波SE序列和CPMG序列两种方法。基于自旋回波序列的核磁共振测量方案是在单脉冲激发的基础上，增加180°脉冲用于观测自旋回波信号SE信号，从而测量横向弛豫时间T₂。该方法易于实现，但是存在下述缺点，发射90o脉冲产生一个FID信号，发射180°脉冲不仅产生自旋回波SE信号，同时也会产生第二个FID信号，第二个FID信号会干扰自旋回波SE信号，实测信号为FID信号和自旋回波SE信号的叠加信号，将掩盖真实的自旋回波SE信号的幅度和形状。同时，自旋回波SE序列只获取一个自旋回波SE信号，横向弛豫时间T2的测量精度低。CPMG序列是在自旋回波SE序列的基础上，多次施加180°硬脉冲，从而得到多个自旋回波信号。但是存在下述缺点，CPMG序列需要多次发射180°脉冲，需要消耗大量的时间；在T₂较小时，CPMG序列采集的自旋回波信号较少，从而导致T₂测量精度低。同时存在180°脉冲产生FID信号，干扰真实自旋回波信号的问题。

CN102096112A公开了一种基于阵列线圈的核磁共振地下水探测仪及野外探测方法，此发明由计算机通过串口线或网口线经控制单元、发射线圈与接收线圈连接组成，接收线圈是由25个接收单元连接构成阵列线圈，用阵列线圈作为接收单元的天线，并且为每个天线配备独立的接收单元。此发明的优点是：能够实现二维和三维地下水成像，不但可以实现高灵敏度采集和远距离的数据传输，而且可以在复杂地形地貌上进行铺设，提高了核磁共振探测在水平面上的精度，能够高效准确地确定打井井位，减少打干井的风险。但是，此发明的缺点是：该核磁共振地下水探测仪的发射脉冲为常规硬脉冲序列，只能获得平均弛豫时间T₂^*，在外磁场不均匀的情况下，导致计算水文地质参数误差大，降低了找水效率。

CN103852794A公开了一种烃类污染浅层地下水磁共振检测装置及检测方法，此装置由发射逻辑及控制单元、MCU、信号采集卡，24V电池、DCDC模块，信号调理电路，储能发射单元、电压电流采集单元发射线圈和接收单元构成。此发明的优点是：实现了非侵入式定量定性测量，现场快速得到测试结果，用永磁体提高当地地磁场的强度，能够在电力干扰较严重的地方实施核磁共振测量，有效提高信噪比，打破因电力干扰严重而不能实施核磁共振探测的束缚，用自旋回波脉冲能够有效地克服磁场不均匀带来的结果不准确的缺点，能够快速准确地检测到地下5米内烃类污染。但是，此发明的缺点是：此发明发射的自旋回波脉冲即为CPMG脉冲，因此，此发明存在CPMG序列的缺点。同时，此发明的装置需在不充电的情况下，进行多次发射180°脉冲，电源电压下降，会导致发射脉冲未达到180°，不能准确测量横向弛豫时间T₂。

因此，需要发明一种能够快速有效地测量横向弛豫时间T₂的方法，以解决常规单脉冲测量的T₂^*估算水文地质参数误差大的问题，以及在外磁场不均匀的情况下的T₂的有效测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于双极性脉冲的地面核磁共振横向弛豫时间的测量方法，以解决在外磁场不均匀的情况下，常规单脉冲测量平均弛豫时间T₂^*估算水文参数误差大的问题，以及横向弛豫时间T₂测量难题。