核磁共振(NMR)技术找水
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发布时间：2022-04-23 13:39
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时间：2022-07-08 12:56
地面核磁共振找水技术是目前唯一可用于直接探测地下水的物探技术。利用该项技术除可以获得什么地方有水、有多少水的资料之外，还可以获得含水层的有关信息。自80年代原苏联新西伯利亚化学动力和燃烧研究所（ICKC）在理论和实践两个方面取得NMR找水成功后，该项技术得到了发达国家的普遍注意。在过去的十年中，许多国家相继与ICKC合作，将该项技术用于多国不同水文地质条件下的试验，在一般情况下，都取得了较好的效果。1997年后，我国引进了三台法国生产的核磁共振仪器（NUMIS），开始了地面核磁共振找水技术的应用和研究。就国际范围来说，目前普遍认为NMR是一项很有发展前景的直接寻找地下水的方法。
一、NMR找水原理及方法
如将磁矩为μ的带电粒子置于一个稳定磁场HO内，该磁矩将作绕磁场的运动。这种运动被称为拉莫尔旋进，频率被称为拉莫尔频率（每一种原子核皆具有自己的特定频率值）。如将一个交变小磁场H1按垂直方向加到主磁场HO上，当H1的频率与拉莫尔旋进频率一致时，磁矩将大量吸收交变磁场的能量，产生共振现象。1946年，帕塞尔和布洛赫同时发现物质中的核磁共振现象。
NMR找水的理论基础是包括水中H＋在内的许多原子核都具有非零磁矩，并且处于不同化学环境中的同类原子核（如水、苯或环乙烷中的氢原子）具有不同的共振频率。因此，在给定的频率范围内，如果存在有NMR信号，那就说明试样中含有该种原子核类型的物质。
NMR找水方法以利用核磁共振现象为基础，通过建立非均匀磁场和地球物理NMR层析，研究地下水的空间分布。80年代，原苏联利用NMR现象直接寻找地下水的方法和仪器研究成功，并把这种仪器称为示水仪（Hydroscope）。它包括发射机、接收机及发射-接收线圈。测量时，发射一个具有相关共振频率的交流电。将电流突然中断，并将同一线圈作为NMR信号的接收线圈。重复几十乃至几百次记录和平均NMR信息，以提高信噪比。然后利用专门程序对资料进行处理并将信号按水文地质参数随深度的变化加以解释。
二、国内外发展现状与找水技术的进展
60年代，我国的地球物理工作者也开展过NMR找水试验，但未获得成功。中国地质大学、中国地质科学院水文地质环境地质研究所（保定）和新疆的水利部门分别于1997年和1999年先后引进三套Numis系统，使我国成为生产国外拥有NMR仪器最多的国家。中国地大利用Numis系统先后在河南西平县找到了裂隙水；在湖北永安、孝感把山电站分别找到了优质岩溶水和裂隙水。水文地质环境地质研究所（保定）利用Numis系统在西北的找水试验中，也取得了良好的效果。以上国内应用实例说明，NMR是一种很有发展前途的找水新方法。但是需要看到，由于Numis仪器抗电磁信号干扰的能力低，在验收我国引进的三套仪器时，都未能取得一次性的良好效果，该缺点将成为影响它在我国比较发达地区的实际应用。
90年代，ICKC分别与澳大利亚、以色列、美国和法国合作试验，一般都能取得较好的资料。示水仪不仅能指出地下水的存在，而且还能描述不同亚含水层。但是，提供的导水系数及含水层结构的资料却不甚可靠；同时发现的主要问题是示水仪的抗工业干扰水平低。根据法国与ICKC的一项合作协议，在示水仪的基础上开发出一台新的NMR仪器（Numis），并在1996年前后推向国际市场。除此之外，在克服干扰方面也从天线放置形状上作了试验，发现利用“8”字形天线可降低干扰，但也存在一些不利条件需要克服。
三、展望
NMR找水的成功应用使物探技术从间接找水过渡到直接找水，是一项*性发展。但目前NMR技术尚处于发展的初级阶段，在仪器和应用技术方面都还存在一些需要改进的问题，比如提高仪器抗电磁信号干扰能力、加大勘查深度、减轻仪器重量、降低仪器成本以及NMR信息的反演等问题。
