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地面核磁共振测深(SNMR)又称磁共振测深,英文是Magnetic Resonance Sounding,简写为MRS。
早在1946年,位于美国东海岸麻省理工学院(Massachussett Institute of Technology)的E M Purcell小组和位于美国西海岸斯坦福大学(Stanford University)的F Bloch小组几乎同时而又独立的发现了物质中的核磁共振现象,这是核磁共振技术发展中的里程碑。核磁共振技术经过了60多年发展和进步,现已应用到地学、物理学、化学、生物学、医学等很多领域。在地学领域也得到了多项应用。在地学方面的应用包括地面核磁共振测深(MRS)、质子磁力仪、核磁共振波谱仪、岩心测试仪、核磁共振测井等。
MRS方法在勘查地下淡水领域,具有传统地球物理方法所不具备的诸多优势,如:信息丰富,灵敏度高,经济快捷,反演量化、直接找水等等,它是一种体积勘探方法,结合实地钻孔资料可以快速确定出水井位并圈定找水远景区。
在水文地质工作中应当使用地球物理方法,水文地质学家和地球物理学家之间的紧密合作是必要的,主要根据水文地质进行调查的目标来规划地球物理工作,并将地球物理文件解释成水文地质文件。让合作卓有成效,让沟通可行,使用一个共同的语言是非常重要的:地球物理学家必须知道基本水文地质过程的基本原理而水文地质学家要知道物探方法的基本原理。因为所有地面物探方法已在地下水研究中使用。
MRS方法值得特别关注是因为它的新颖性:它是唯一能够检测直接在地下的水存在的方法。关于MRS方法的研究正在深入,在某些情况下能够估计水文地质参数,MRS方法也揭示了其在有些情况下能够真正的替代钻孔测试。其他标准的地面物探方法确定含水层的几何参数是有限的,只是在少数情况下他们能够进行水力特性的评价。
MRS方法目前只能进行150m深的调查。大多地下水的集水区属于浅层承压或不承压含水层的类别;否则150m内的水文地质研究不仅不能作为地下水供应的基础,也不能作为岩土和环境地下水相关研究的基础。MRS方法可适应任何规模的水文地质研究。目前研究的主要目标是水资源评价和参数的采集作数学模型来控制含水层。当地水文地质调查主要集中在生活用水或农业和工业用途,要应用更高分辨率的方法,MRS方法能为确定钻井最佳位置发挥重要的作用。而MRS数据的获得与钻孔试验相比是非侵入性的,即通过一系列测量,而不需要昂贵和消耗时间的钻探水井和抽水测试。一个钻孔抽水试验时间,成本,对资源和对环境的影响是显然高于MRS方法。本文就是要根据MRS反演参数等资料研究涌水量。
本文首先介绍了地面核磁共振(SNMR)原理,其技术特点和MRS测量参数反演解释获得的水文地质参数;然后介绍了水文地质学的知识,主要介绍地下水的赋存特征,包括包气带与饱水带,含水层,地下水的分类,不同埋藏条件下地下水的特征等。
在第四章中介绍了与MRS方法最相关的水文地质参数,包括储存参数及流动性参数,参数的修订及怎样由MRS参数获得这些水文地质参数,并介绍相关公式及其限制因素。
在第五章中首先确定了所选地区广东、安徽、青海地区计算流动性参数的公式,然后通过MRS反演资料参数得到不同地区不同岩性导水系数,并与钻孔抽水试验的导水系数进行了比较,确定计算误差在可接受范围内,表明通过MRS反演参数计算导水系数时可行的。
作为计算含水层导水系数TMRS=CT∫ΔzθMRSaT2ddz出中的CT值,不同地区不同岩性的CT值不同,这样也得到比较重要的参数CT值,对这些地区MRS找水提供了很大的参考。通过已有的钻孔资料得到不同地区不同岩性的导水系数与单位涌水量的关系,而后得到由MRS反演参数计算而得的单位涌水量并进行了验证。
为得到不同含水层的极大降深,本文通过分析青海的MRS资料和钻孔资料确定MRS对探测含水层的埋深和厚度是很准确的,这样得到潜水含水层的极大降深,但对于承压含水层的极大降深无法得出。最后,本文通过公式得出极大涌水量,并验证可行。
综上,本文提出了通过MRS参数计算涌水量的一种思路和算法,验证可行。另外一方面,未来可在由MRS获得相关的储存参数方面多进行研究和实践,开通一种计算涌水量的新思路;对于本文中存在的承压水的极大降深问题做进一步研究。