DZ/T 0263-2014 地面核磁共振法找水技术规程

ICS07.060

D14

中华人民共和国地质矿产行业标准

/—

DZT02632014

地面核磁共振法找水技术规程

Technicalsecificationofsurfacenuclearmanetic

pg

resonancemethodinroundwaterdetection

ㅤㅤㅤㅤ

g

2014-09-22发布2014-12-01实施

中华人民共和国国土资源部发布

/—

DZT02632014

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

、………………………

3术语和定义缩略语1

3.1术语和定义…………………………1

3.2缩略语………………4

4总则………………………4

4.1方法原理……………4

4.2应用范围……………5

5仪器………………………5

5.1仪器的技术指标……………………5

5.2仪器维护……………5

6技术设计…………………6

6.1设计前的准备………………………6

6.2工作装置形式及选择………………6

ㅤㅤㅤㅤ

6.3测网设计……………8

6.4设计书编写与审批…………………8

7野外作业…………………9

7.1野外作业前的准备…………………9

7.2测线和测点的布设…………………9

7.3数据采集……………9

7.4信号质量监控和系统质量检查……………………10

7.5技术安全要求………………………11

8野外资料验收……………11

8.1验收内容……………11

8.2资料质量评价………………………12

9资料处理与解释…………………………12

9.1资料处理……………12

9.2资料解释……………12

10成果报告编写…………………………13

10.1基本要求…………………………13

10.2内容………………13

()………

附录资料性附录常用比例尺和测网密度表

A14

()……………

附录资料性附录信号叠加次数参考值

B15

附录()………………………

C规范性附录野外记录表

16

()………

附录资料性附录原始曲线及成果图件示例

D17

Ⅰ

/—

DZT02632014

()………………

附录资料性附录视横向弛豫时间常数和含水层类型的近似关系

E20

()………

附录资料性附录确定和估算的含水体参数

F21

参考文献……………………22

ㅤㅤㅤㅤ

Ⅱ

/—

DZT02632014

地面核磁共振法找水技术规程

1范围

、、、、、

本标准规定了地面核磁共振法应用条件仪器选择与维护技术设计野外作业质量评价野外资

、、。

料验收资料处理与解释成果报告编写等工作的基本要求

、。

本标准适用于地下水勘查及与地下水活动有关的工程环境等领域的地面核磁共振法工作

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/物化探工程测量规范

DZT0153

、

3术语和定义缩略语

3.1术语和定义

ㅤㅤㅤㅤ

下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

磁旋比romaneticratio

gyg

γ

()。():

原子核的磁矩与自旋动量矩角动量的比值计算见式1

μ

……()

γ=1

L

式中:

2

———,[·/(·)];

γ原子核的磁旋比单位为安培平方米每焦耳秒AmJs

2

———,(·);

μ原子核的磁矩单位为安培平方米Am

———(),(·)。

L原子核的自旋动量矩角动量单位为焦耳秒Js

:,()。

注在能够产生核磁共振信号的物质中质子氢核的磁旋比最大

3.1.2

磁化强度manetization

g

M

。():

单位体积样品中核磁矩矢量统计分布的总和计算见式2

i

∑μ

i

lim……()

M=2

ΔV0

→ΔV

式中:

———,(/);

M磁化强度单位为安培每米Am

2

———,(·);

i核磁矩矢量单位为安培平方米Am

μ

3

———,()。

ΔV单位体积单位为立方米m

1

/—

DZT02632014

:,,。

注磁化强度用来描述原子核的磁化程度反映原子核系统的宏观磁性与稳定磁场和晶格作用有关

3.1.3

拉莫尔进动larmorrecession

p

,,。

磁化强度矢量在稳定磁场作用下除自旋外还以稳定磁场方向为轴线作回旋运动

3.1.4

拉莫尔频率larmorfreuenc

qy

f

拉莫尔进动的频率。

:,();

注拉莫尔频率与地磁场磁感应强度和原子核的磁旋比有关单位为赫兹Hz地面核磁共振法的激发频率等于拉

莫尔频率。

3.1.5

核磁共振nuclearmaneticresonance

g

。,

具有核子顺磁性的物质选择性地吸收和释放电磁能量的现象在稳定磁场和晶格的作用下原子

()。,,

核处于一定的能级热平衡状态如果用适当频率的交变磁场作用原子核吸收电磁能量并在能级间

;,,

产生共振跃迁在交变磁场撤去后原子核释放电磁能量从高能级非平衡状态逐渐恢复到低能级的热

平衡状态。

:、,。

注核磁共振是稳定磁场交变磁场的作用晶格对原子核的弛豫作用和原子核间的弛豫作用的共同作用结果

3.1.6

地面核磁共振surfacenuclearmaneticresonance

g

,。

在地磁场作用下地下水中的氢核处在一定的能级上在地面上敷设发射回线并施加以拉莫尔频

,,;,

率的交变磁场对地下水中的氢核进行激发氢核吸收电磁能量在能级间产生跃迁在交变磁场撤除后

ㅤㅤㅤㅤ

,。

氢核释放电磁能量此间在地面上用接收回线拾取氢核产生的信号

3.1.7

弛豫relaxation

,,

在地面核磁共振技术中氢核系统从一种能量状态到另一种能量状态的变化包括纵向弛豫和横向

弛豫。

:,。

注弛豫过程中磁化强度分量随时间的变化遵循指数变化规律变化过程快慢用弛豫时间常数衡量

3.1.8

纵向弛豫lonitudinalrelaxation

g

,,(

在地面核磁共振技术中在地磁场和晶格的作用下氢核系统经过一定时间形成稳定纵向平行地

)。

磁场方向磁化的过程

:,,。,

注原子组成物质的晶格晶格本身不断地作热运动原子核处于热运动的晶格包围之中因此宏观样品可认为

,,,。,

是由原子核系统和晶格系统组成的两系统间存在着相互作用进行能量交换达到热平衡状态这时低能级

,。,

的核粒子数比高能级的多有过剩的低能级的核粒子沿稳定磁场方向的核磁矩纵向分量存在在此期间磁化

,。。

强度纵向分量随时间以指数形式增长趋向其平衡值微观上称为自旋晶格弛豫

-

3.1.9

横向弛豫transverserelaxation

,(),

在地面核磁共振技术中在地磁场的垂直方向上施加一个固有进动频率拉莫尔频率的交变磁场

,,()

它使氢核在能级间跃迁并使核磁矩的进动相位从随机分布趋于密集分布产生横向垂直地磁场方向

。,。

磁化撤除该交变磁场横向磁化强度向数值为零的初始状态恢复的过程

:,;,,

注与纵向弛豫过程不同横向磁化强度随时间增大按指数规律衰减在横向弛豫过程中核自旋体系内部即自旋

,。,

与自旋之间发生能量的耦合使核磁矩进动的相位从有规律分布趋向无规律分布此时自旋系统的总能量没

,。。

有变化自旋与晶格之间不交换能量微观上称为自旋自旋弛豫

-

2

/—

DZT02632014

3.1.10

纵向弛豫时间常数lonitudinalrelaxationtimeconstant

g

T1

,,

在地面核磁共振技术中表征氢核系统纵向弛豫过程快慢的特征参数即纵向磁化强度分量增长到

稳定值的(/)所需时间。

1-1e

:()。

注单位为毫秒ms

3.1.11

横向弛豫时间常数transverserelaxationtimeconstant

T2

,,,

在地面核磁共振技术中在交变磁场撤除后表征氢核系统横向弛豫过程快慢的特征参数即横向

磁化强度分量由极大值衰减到/所需时间。

1e

:()。

注单位为毫秒ms

3.1.12

视纵向弛豫时间常数aarentlonitudinalrelaxationtimeconstant

ppg

T*

1

在地面核磁共振工作中实测的纵向弛豫时间常数。

:,,

注由于地下介质的不均匀性实际观测到的纵向弛豫时间常数不是含水体的真值而是在交变磁场作用范围内的

。,

地下各含水体的综合反映视纵向弛豫时间常数值的大小与含水介质的孔隙大小有直接关系单位为毫秒

()。

ms

3.1.13

视横向弛豫时间常数aarenttransverserelaxationtimeconstant

pp

T*ㅤㅤㅤㅤ

2

在地面核磁共振工作中实测的横向弛豫时间常数。

:,,

注由于地下介质的不均匀性实际观测到的横向弛豫时间常数不是含水体的真值而是在交变磁场作用范围内的

。,

地下各含水体的综合反映视横向弛豫时间常数值的大小与含水介质的孔隙大小有直接关系单位为毫秒

()。

ms

3.1.14

脉冲矩ulsemoment

p

q

()。

交变电流脉冲的幅值与其持续时间的乘积又称激发脉冲强度

:,。(·)。

注通常称为激发脉冲矩与探测深度相关单位为安培毫秒Ams

3.1.15

自由感应衰减信号freeinductiondecasinal

yg

ε

,,

在地面核磁共振技术中当交变磁场终止后接收回线接收到的由氢核自由进动衰减而产生的随时

。():

间周期变化的感应电动势计算见式3

-t

T2……()

ε≈nAMωesinωt3

μ0T00

式中:

———,,();

ε自由感应衰减电动势即为核磁共振信号单位为纳伏nV

2

———,(/);

μ0真空中磁导率单位为牛顿每平方安培NA

n———回线匝数;

T

2

———,();

A回线面积单位为平方米m

———,(/);

M磁化强度单位为安培每米Am

3

/—

DZT02632014

———,(/);

ω0角频率单位为弧度每毫秒radms

———,();

t时间单位为毫秒ms

———,()。

T2横向驰豫时间单位为毫秒ms

2

:,,

注核磁共振信号幅值随时间按指数形式衰减其与地磁场磁感应强度和氢核的磁旋比成正比信号频率等

B0γ

于拉莫尔频率。

3.1.16

核磁共振信号初始振幅initialamlitudeofnuclearmaneticresonancesinal

pgg

E0

,,

地面核磁共振技术中在激发电流脉冲停止经延迟时间后接收回线接收到的自由感应衰减信号经

过零时外延处理后得到的核磁共振信号振幅。

:,()。

注E0大小与含水量成正比单位为纳伏nV

3.1.17

核磁共振信号初始相位initialhaseofnuclearmaneticresonancesinal

pgg

φ0

自由感应衰减信号相对激发电流的相位移。

:,()。

注反映地层的导电性单位为度°

3.1.18

曲线

E-tE-tcurve

核磁共振信号振幅随时间按指数规律变化的衰减曲线。

*

:,。

注一个激发脉发矩对应一条E-t曲线由E-t曲线可以求出对应值探测深度内含水层的T2

qq

3.1.19

E-曲线E-curveㅤㅤㅤㅤ

0q0q

核磁共振信号初始振幅与激发脉冲矩的关系曲线。

:。,、、

注又称为核磁共振测深曲线对E-曲线进行解释后可得到该测深点探测范围内的含水层的深度厚度单位

0q

体积含水量。

3.1.20

-曲线-curve

φ0qφ0q

核磁共振信号初始相位与激发脉冲矩的关系曲线。

:,。

注-曲线是测深点探测范围内的核磁共振信号的初始相位的响应反映地下不同深度岩层的导电性

φ0q

3.2缩略语

下列缩略语适用于本文件。

:()

NMR核磁共振NuclearManeticResonance

g

:()

SNMR地面核磁共振SurfaceNuclearManeticResonance

g

:()

MRS磁共振测深ManeticResonanceSoundin

gg

4总则

4.1方法原理

,,

SNMR法基于地下水中氢核的弛豫特性差异在地面上利用核磁共振系统观测地下水中氢核产

,。

生的NMR信号的变化规律研究地下水的赋存特征

,(),

在SNMR法中向敷设在地面上的发射回线Tx中供入拉莫尔频率的交变电流脉冲在该脉冲产

,。

生的交变磁场激发下地下水中氢核形成宏观磁矩并在地磁场中产生拉莫尔进动在切断交变电流脉

4

/—

DZT02632014

,()。

冲后用接收回线Rx拾取由不同的脉冲矩激发产生的NMR信号信号幅值与所探测空间内自由水

,。,

含量成正比信号幅值的衰减快慢与含