地面核磁共振技术发展述评

核磁共振技术在医学、地质等方面都有广泛的应用.运用核磁共振技术找寻地下水资源,开创了用地球物理方法直接找水的先河.地面核磁共振技术是目前唯一能直接探测地下水的地球物理方法.本文通过对核磁共振技术在国内外的应用和发展现状的介绍,总结了地面核磁共振技术现在存在的问题及其影响,同时提出了该技术今后的发展前景.     

核磁共振技术应用的新领域——探查地下水

利用核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ缩写为ＮＭＲ）技术探查地下水仅有二十多年的历史,文中简要介绍了ＮＭＲ找水方法的发展状况,原理和方法特点,重点介绍了中国地质大学（武汉）利用ＮＭＲ找水方法在中国一些地区找水取得的成效,最后指出了ＮＭＲ找水方法的发展趋势。     

淮河流域平原区浅层地下水铁锰分布特征及成因浅析

结合淮河流域平原区水文地质条件,阐述了淮河流域平原区铁锰元素在浅层地下水（埋深0～50 m）中的赋存特征和分布规律.结合前人研究成果并总结现有水质资料,认为淮河流域地下水中铁锰的形成和分布特征除了受含水介质成分、上覆土层性质、酸碱条件等影响外,主要受氧化还原环境控制.建议通过适当除铁锰工艺或改变地下水循环条件等方式来改变研究区浅层水地下水水质状况.     

地面核磁共振方法在马海钾矿区卤水勘查中的应用效果分析

马海钾矿区位于柴达木盆地台坳陷中,钾矿区内卤水绝大部分为晶间卤水和孔隙卤水。地面核磁共振物探方法在该区具有物性前提,为合理布置勘探工程寻找卤水提供依据。地面核磁共振方法在该区的应用,取得较好的效果。本文在简要介绍地面核磁共振方法原理的基础上,以马海钾矿区卤水勘察为例,着重对该方法的资料解释和应用效果进行了分析讨论。     

二维阵列线圈核磁共振地下水探测理论研究

核磁共振法(Magnetic Resonance Sounding, MRS)是一种直接探测地下水的地球物理方法,目前只能对水平层状的含水层进行一维测深,对于尺寸小于线圈直径的二维或三维含水构造成像时,其灵敏度和横向分辨率很低.本文从研究二维阵列线圈核磁共振地下水探测方式的可行性出发,推导了地面发射线圈产生的椭圆极化激发场和阵列接收线圈的核磁共振响应核函数的表达式,数值计算了二维阵列线圈测量方式的MRS信号初始振幅图像和探测灵敏度,通过与二维发射/接收同一线圈测量方式对比,得到结论如下:二维阵列线圈测量方式可直接确定地下含水构造的水平位置,但需更大的激发电流强度和接收灵敏度;当中浅层(2,以上三种分辨率均由仪器噪声水平所决定.通过实施增加接收线圈的数量和匝数、提高激发脉冲矩和接收灵敏度等改进措施,现有的仪器系统可用二维阵列线圈测量方式.本文提出的理论和方法,将促使二维阵列线圈核磁共振方法在地下暗河、喀斯特溶洞和堤坝渗漏等二维或三维含水构造快速探测方面得到应用.     

地面核磁共振方法在大坝安全检测中的试验研究

地面核磁共振方法是一种直接探测地下水信息的地球物理勘查方法,本文将该无损探测技术用于土石坝的渗流安全评估试验。由于探测的核磁共振信号源于地下水中的氢质子,则可以确保核磁共振响应仅与地下水信息有关。利用地面核磁共振方法直接找水的技术优势,探测堤坝的浸润面,以判断堤坝的渗流(漏)隐患,为堤坝尤其是小型病险水库堤坝、易发事故的堤防的病险诊断提供一种便捷、高效和可重复利用的方法。通过NUMIS^POLY多道核磁共振探测系统在某原体大坝检测中的试验,得到原体大坝的浸润面,进而对土石坝进行渗流(漏)隐患的评估,该方法为堤坝渗流(漏)隐患探测提供了一种有效而可靠的新方法。     

核磁共振找水技术的研究现状与发展趋势

近20多年来,用核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)方法形成的一种直接非侵害性的探测地下水的地球物理新技术,与传统的地球物理探测地下水的方法相比具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解的唯一性等优点,是一种很有发展前景的找水方法技术.我国的水资源短缺,对地下水资源的勘探、开发与利用十分重视,已将核磁共振找水技术研究列入国家十一五科技支撑计划.本文在广泛收集迄今为止的国内外大量资料的基础上,并根据作者近年来有关核磁共振找水技术的研究经历,综述了核磁共振找水技术的发展历史、现状和发展趋势,以推进我国核磁共振找水技术的发展.     

太湖流域平原水网区浅层地下水动态特征及影响因素

鉴于浅层地下水在维持区域生态功能方面的重要作用,基于2005-2015年太湖平原水网地区苏州市的14个浅层地下水监测井水位及2005-2014年降水、河道水位和蒸发等日尺度数据,开展浅层地下水埋深动态特征及影响因素研究.结果显示:苏州市浅层地下水总体呈由北往南、自西向东的流场方向,主要受地形因素的影响;年际及丰水期埋深有所减小,枯水期反之,各区域变化过程不一致;枯水期浅层地下水动态特征受不同量级降水总量和次数的显著影响,且与地表水过程关系密切,汛期反之.此外均受到引排水和下垫面变化等因素的影响;浅层地下水埋深对降水具有滞后性,多滞后1~2 d;通过对地形地貌条件、土地利用类型、河湖密度以及浅层地下水埋深状况等因素的综合分析,浅层地下水动态特征可表达为耕地区、水网密布区、高度城镇化区及低山林区4种特征类型.     

劣质地下水区地球物理勘查技术模式探讨

在自然界,高氟、高砷、高矿化度劣质地下水(简称"三高地下水")一般多为伴生关系,且多赋存于以黏土、亚黏土等细颗粒为主的沉积岩地层中,细颗粒岩性及高矿化度地下水表现为低电阻率的地球物理特征。因此,通过圈定低电阻率值的分布范围划分出细颗粒岩性地层与高矿化度地下水的分布范围,从而达到在劣质地下水区中圈定出可饮用地下水分布范围的目的。文中通过对地层电阻率、地下水电阻率与地下水孔隙度、地下水矿化度之间数学关系的研究,建立了以高分辨率电法为主的在劣质地下水区勘查可饮用地下水的地球物理勘查模式,并在新疆等地进行了应用,取得了较好的效果,为在劣质地下水区勘查可饮用地下水提供了一种新的技术思路。     

近地表密度估计的重力贝叶斯分析方法及在云南地区的应用

基于布格重力异常相对于地形起伏光滑分布的约束条件,从一维自由空气重力异常数据出发,采用贝叶斯方法估算近地表岩石密度,同时采用三次B样条函数拟合布格重力异常,获取光滑分布的布格重力异常.数据拟合和光滑约束之间的权重采用Akaike贝叶斯准则（ABIC准则）自动确定.均匀剖分模型和不均匀剖分模型数据试验都验证了该方法的有效性.相关参数评价表明,足够多的样条系数可以提高估计结果的准确性,样条系数的个数接近测点数时可获得较稳定的估计结果.增大异常的噪声水平时,ABIC准则可有效地自动增大先验光滑约束的权重.云南地区两条重力剖面应用结果表明,剖面沿线的近地表密度值起伏变化明显（达2.45~2.8 g·cm^-3）,前寒武纪和古生代地层密度相对较高（主要为2.53~2.75 g·cm^-3）,而中生代密度较低（2.45~2.73 g·cm^-3）;本文估计的近地表密度结果与区域物性资料及地表地质特征较吻合;估计的剖面布格重力异常具有光滑性;红河断裂两侧近地表密度差异较大,可达0.4 g·cm^-3.本文获得的两条剖面近地表密度结构和布格重力异常为该区深部结构与构造研究提供更可靠的重力基础数据.

     

Application of the redundant-lifting scheme for ground-roll attenuation in near-surface characterization using full-waveform inversion on P-wave seismic data

Seismic modelling of the shallow subsurface (within the first few metres) is often challenging when the data are dominated by ground-roll and devoid of reflection. We showed that, even when transmission is the only available phase for analysis, fine-scale and interpretable P-wave velocity (V_P) and attenuation (Q_P⁻¹) models can still be prepared using full-waveform inversion, with data being preconditioned for ground-roll. To prove this idea, we suppressed the ground-roll in two different ways before full-waveform inversion modelling: first, through a bottom mute; second, through a novel wavelet transform-based method known as the redundant-lifting scheme. The applicability of full-waveform inversion is tested through imaging two buried targets. These include a pair of utility water pipes with known diameters of 0.8 m and burial depths of 1.5 m, respectively. The second target is the poorly documented backfill, which was the former location of the pipe(s). The data for full-waveform inversion are acquired along a 2D profile using a static array of 24, 40 Hz vertical component geophones and a buried point source. The results show that (a) the redundant-lifting scheme better suppresses the ground roll, which in turn provides better images of the targets in full-waveform inversion; and (b) the V_P and Q_P⁻¹ models from full-waveform inversion of redundant-lifting scheme data could detect the two targets adequately.     

基于背景噪声成像方法的新疆呼图壁储气库地区近地表速度结构研究

近年来,背景噪声成像方法在恢复高频面波信号及获取近地表速度结构方面得到了广泛的应用,本文将该方法应用于准噶尔盆地南缘的呼图壁背斜地区的呼图壁储气库.采用储气库及其周边区域22个台站记录的连续背景噪声数据的垂直分量,通过噪声互相关方法获得了台站对之间的瑞利面波经验格林函数,并进一步提取了0.5~1.5 s的基阶瑞利面波群速度频散曲线.首先根据区域平均频散曲线得到了该地区地下数百米的平均一维横波速度结构,然后利用基于面波射线路径追踪的面波频散直接成像方法得到该地区深度为500 m以上的三维横波速度结构.反演结果显示该地区沉积层较厚,整体横波速度值较小（0.4~0.9 km·s^-1）.储气库在地表投影区域的横波速度值较小,这可能是由于抽注水、气引起的沉积岩石裂隙所导致.储气库东北和东南方向均有明显的相对高速区,推测是区域地下水位和地形起伏综合作用的结果.本研究获得的近地表三维速度结构为呼图壁储气库地区的上覆地层物性研究、区域微震精定位、场地效应的评估和去除浅层影响的深部介质成像等研究提供了重要基础.

     

对1989年以来华北北部6级左右地震前山西地下流体异常的总结

从山西省地下流体（水位、水化）的基础观测资料入手,在核实异常的基础上,总结了１９８９年以来山西大同—阳高６．１级,内蒙古包头６．４级,河北张北６．２级地震前的异常反应和震后认识,并对今后的地震预报提出了一些建议。     

核磁共振谱的岩石孔喉结构分析

岩心核磁共振T2谱和压汞分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔喉结构,理论分析表明,这两组数据具有相关性.应用岩心核磁共振T2谱研究岩石孔喉结构,关键是确定T2与Pc的转换系数.但以前的方法在T2与Pc的转化过程中,需要涉及某些岩石特性参数,实用中有一定困难.本次研究,直接利用岩心核磁共振T2谱和压汞分析数据之间的相关性,可以客观地确定T2与Pc之间的转换系数,避免了确定岩石特性参数的困难.应用本方法,对6块岩心的多种核磁共振分析数据进行了对比分析,作出了NMR(nuolearmagneticresonance)T2毛管力曲线和孔喉半径分布,并将这些结果与压汞分析的结果作了对比.研究结果表明,岩心NMRT2谱在实用性和评价精度上均略显有优势;至少是在饱含油的条件下,岩心的NMRT2谱可以用于研究孔喉结构分布,油气的驰豫特性作为影响背景值存在,对于评价结果没有明显的影响;全部6块岩心中,T2与Pc的转换系数位于2500～4000μs·MPa之间.     

核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析

火成岩岩石具有高磁化率特征,与沉积岩差别明显,岩石的高磁化率会对核磁共振信号产生显著影响,开展核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析研究,为广泛使用核磁共振测井用于火成岩储层评价提供参考.采用理论模拟、实验分析及实际测井资料相结合的方法,分析了高磁化率岩石的核磁共振响应特征.分析结果表明,火成岩岩石具有很高的磁化率,从酸性火成岩到基性火城岩,岩石的磁化率一般是逐渐增大的.高磁化率岩石孔隙内部会产生强梯度磁场,孔隙内部的磁场梯度越强,核磁共振的T2谱前移越明显,核磁信号衰减幅度也越大,核磁分析孔隙度与常规分析的孔隙度误差也越大;相同岩石磁化率情况下,岩石孔径越小,岩石孔隙内部磁场梯度越强,核磁信号衰减越大,核磁共振测井计算的孔隙度也越低.因此,核磁共振测井与岩性有关系,核磁共振测井会受到高磁化率岩石的显著影响.核磁共振测井在部分火成岩,尤其在中基性火成岩和小孔径火成岩储层中应用具有很大的局限性.     

基于sato模型的山西北部地区尾波Q值研究

依据sato单次散射模型,对山西北部（北纬380-41^0）2001年至2011年13个数字遥测子台记录的地震波形资料进行计算和分析。拟合尾波窗长40S时尾波Q值对频率的依赖关系,得到山西北部地区Q值随频率的变化关系式。其中,阳原台Q。值最高,大同台Q0值最低。研究区多数台站都表现为低Q0值,高q值,符合Q值与频率的依赖关系,表明该地区地下介质非均匀程度高,构造活动强烈;另外,研究区大同台、右玉台和偏关台相对于本次研究的其他台站为低Q0值区,这一区域正好位于我省西北部NNE走向的口泉活动断裂处,中间以盆地为分割,与恒山、六棱山断裂分开,表明研究结果与研究区活动断裂和沉积厚度有一定的关系。     

华北某些地区地震活动特征的研究

以中国强地震目录资料(中国地震局监测预报司预报管理处编，1999)为基础。统计研究了1300～1988年华北地区6级以上地震发生后，10年内再次发生5级以上地震的优势空间范围。根据这一统计特征。印证性地分析了10余年来华北的晋、冀、内蒙古交界地区至包头一带5级以上地震空间活动特点。另外还研究了1981年以来晋、冀、内蒙古交界地区与晋、冀、鲁、豫交界地区5级以上地震。以及1998年至2001年11月晋、冀、内蒙古交界地区与唐山地区地震活动的呼应关系。并对其成因作了初步讨论。     

华北平原地下水开采对区域地震活动性的影响

华北作为中国大陆强震区,同时也是我国人口最多的平原,20世纪60年代以来经历了大规模的地下水开采.本文基于华北平原1959—2016年地下水水位变化,结合区域地质背景建立了有限元孔隙弹性模型,定量分析地下水开采对区域地震活动性的影响.结果显示,地下水开采引起的卸载作用导致区域地壳隆升,最大约35 mm,同时在垂直方向上产生拉伸,地下10 km深度处拉应力最大达92 kPa.根据华北地区历史地震震源参数计算库仑应力变化,结果表明地下水弹性卸载增大了断层面上的正应力,但开采引起的孔隙压力减小使开采区内库仑应力变化为负,而开采区外结果为正.通过分析认为库仑应力变化结果受断层产状、位置等的影响,华北平原地下水开采减小了该地区强震发生的可能性,但随着开采速率放缓及未来可能的水位抬升,会对区域地震活动性产生进一步影响.