【摘 要】
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地下(矿井和隧道内)超前探测灾害水源是磁共振技术(Magnetic Resonance Sounding,MRS)应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题。本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立天线的磁共振响应信号的表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性。引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和天线方向的激发场垂直分量。研究了磁共振响应信号与天线法向偏角和倾角的关系,
【出 处】
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中国国际地球物理仪器及应用学术研讨会暨中国地球物理学会地球物理技术委员会第五届学术会议
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地下(矿井和隧道内)超前探测灾害水源是磁共振技术(Magnetic Resonance Sounding,MRS)应用的新领域,在地球物理方法中是一个难题。本文在地面磁共振探测理论的基础上,建立地下全空间模型,推导直立天线的磁共振响应信号的表达式,对比国际标准模型验证了数值计算的准确性。引入旋转系数矩阵,计算任意地磁场方向和天线方向的激发场垂直分量。研究了磁共振响应信号与天线法向偏角和倾角的关系,指出当天线方向垂直于地磁场方向时,磁共振响应信号最大,比最小值大约30％,因此通过改变天线方向可以提高磁共振响应信号。同时,研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关,激发脉冲矩越大,接收灵敏度越高,超前探测距离越大,但存在极限距离。在地下天线尺寸受限的情况下,为使检测信号灵敏度达到5 nV时,超前探测距离达到30m,提出了边长2m的发射/接收共线天线和分离天线的匝数方案,共线天线模式最少需要100匝,分离天线模式最少需要10匝用于发射和160匝用于接收。通过减少含水层的厚度分辨率,也可以进一步减少天线匝数和激发脉冲矩,40匝发射/接收共线线圈即可探测到前方30 m处的5 m厚度的地下水。综上,本文提出的地下全空间磁共振理论和在矿井/隧道环境中可行的超前探测方案,将促进地下磁共振仪器系统的设计和研制,为预警地质灾害提供技术支持。
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