(1) Estructura del detector de agua por RMN
El diagrama de bloques principal del detector de agua subterránea JLMRS desarrollado independientemente por la Universidad de Jilin se muestra en la Figura 6-5-1. de dos partes: sistema transmisor y sistema receptor. La función del sistema transmisor es emitir pulsos alternos sinusoidales de alta potencia bajo tierra para generar un campo magnético de excitación, que excita los protones de hidrógeno en el agua subterránea para producir fenómenos de resonancia magnética nuclear; la función del sistema receptor es acondicionar y detectar el MRS; señal. El sistema de transmisión incluye: batería de CC, fuente de alimentación transitoria de alto voltaje, dispositivo de transmisión y parte de control, capacitor de sintonización, relé de alto voltaje; el sistema de recepción incluye: recolección de corriente de transmisión, recolección de señal MRS, amplificador, microprocesador, etc.; La misma bobina se utiliza para transmitir y recibir. El relé de alto voltaje es un interruptor que cambia el estado de transmisión/recepción. En el estado de transmisión, el relé se desconecta para aislar el dispositivo receptor de señal de la parte transmisora de alta potencia, es decir, en este momento, la fuente de alimentación transitoria de alto voltaje, el dispositivo de control de transmisión, el condensador armónico, el módulo de diodo y el sensor de corriente. , la transmisión de recolección de corriente y otros módulos están funcionando. La bobina emite una corriente alta para excitar el agua subterránea. Una vez completada la transmisión, ingresa al estado de recepción, el relé se cierra y el bucle de recepción se conecta a la bobina. La señal pasa a través del amplificador y el módulo de adquisición de señal MRS para obtener la señal MRS FID (envoltura de onda sinusoidal atenuada). , y lo transmite al sistema de control de PC en tiempo real. Completado Procesamiento y visualización de datos.
Figura 6-5-1 Diagrama de bloques del principio del sistema detector de aguas subterráneas por resonancia magnética nuclear JLMRS
(2) Principio de funcionamiento del detector de agua por resonancia magnética nuclear
El modelo En la Figura 6-5-2 se muestra el uso del método de RMN para detectar acuíferos subterráneos. Durante el trabajo de campo real, la unidad transmisora se utiliza para hacer pasar una corriente alterna con una frecuencia igual a la frecuencia de Larmor en el bucle colocado en el suelo, provocando que los protones de hidrógeno en el acuífero subterráneo produzcan fenómenos de resonancia magnética nuclear. Luego corte la corriente y use el mismo bucle que la antena receptora para medir la señal MRS. Este proceso generalmente se repite de decenas a cientos de veces en el campo para registrar la señal MRS y promediarla para mejorar la relación señal-ruido. Información como la profundidad, el espesor y el contenido de humedad del acuífero se puede obtener mediante la inversión de la intensidad de la corriente emitida, la amplitud de la señal medida y la constante de tiempo de atenuación. Los resultados de la comparación de los parámetros característicos de los datos de la prueba de RMN y los parámetros hidrogeológicos se muestran en la Tabla 6-5-1.
Figura 6-5-2 Diagrama de principios del método de búsqueda de agua subterránea MRS
Tabla 6-5-1 Parámetros medidos del sistema de búsqueda de agua MRS y su correspondiente interpretación geológica
Existe una cierta relación aproximada entre el tiempo de atenuación promedio T*2 resumido de las pruebas de campo y la litología de los estratos acuíferos, consulte la Tabla 6-5-2. Se puede observar que cuanto mayor es el tiempo promedio de desintegración, más grandes son los poros del acuífero. La relación entre el tiempo medio de desintegración y el tamaño de las partículas del acuífero es indirecta. Para capas de rocas sedimentarias con partículas esféricas del mismo tamaño, el tiempo de relajación está directamente relacionado con el tamaño de partícula y el tamaño de poro, mientras que para mezclas de diferentes tamaños de partícula, la relación entre el tiempo promedio de desintegración y el tamaño de partícula es más compleja;
Tabla 6-5-2 Relación aproximada entre el tiempo de atenuación promedio medido y la litología de los estratos acuíferos
El proceso de trabajo del detector de aguas subterráneas por resonancia magnética nuclear es: gran emisión de corriente, energía Suelta, cambia y recoge. La emisión de gran corriente es el proceso de emitir una gran corriente instantánea para estimular los fenómenos de resonancia magnética nuclear en el agua subterránea. La liberación de energía es la liberación de la energía almacenada en la antena transmisora y el condensador armónico durante la transmisión es el uso de un interruptor para cambiar el; antena desde el bucle de transmisión al bucle de recepción.
Configure los parámetros de emisión al módulo de control de emisiones MCU a través de la PC, incluida la duración de la excitación, la frecuencia de excitación, la duración de la liberación de energía, la duración de la conmutación y la duración de la adquisición. La MCU de control de lanzamiento genera la señal de referencia de excitación a través de la secuencia de control de acuerdo con la frecuencia de excitación establecida, y los demás parámetros se obtienen en base a esta frecuencia de referencia, la secuencia de control genera secuencialmente la secuencia de control de lanzamiento, la sincronización de succión del relé y la corriente requerida para; el puente de lanzamiento, sincronización de recolección, sincronización de recolección de señales y otras señales de control.
En el método de detección de aguas subterráneas por RMN, es necesario medir el tiempo de relajación promedio y el tiempo de relajación longitudinal T1 de la señal MRS. Hay dos modos de trabajo: modo de medición y modo de medición T1.
El principio de medición se muestra en la Figura 6-5-3.
Figura 6-5-3 y principio de medición T1
El proceso de detección del modo de medición es: primero, cargue la fuente de alimentación transitoria de alto voltaje al voltaje de transmisión requerido, recopile el ruido, y el sistema de transmisión transmite un pulso sinusoidal con una frecuencia igual a la frecuencia de Larmor local. Debido a limitaciones técnicas, cuando el instrumento está funcionando en el campo, requiere un tiempo intermitente de 30 a 40 ms entre la transmisión y la recepción. La corriente de emisión genera un campo de excitación. Después del tiempo intermitente de cierre del relé, el interruptor cambia al sistema receptor, recoge la señal MRS y la transmite a la PC. Después de que la máquina de PC filtra el ruido, se superpone y se promedia con los últimos datos de medición, que se muestran en tiempo real, y se calcula la amplitud inicial (E0) y el tiempo de caída promedio de la señal. Este proceso se realiza en ciclos hasta obtener una señal satisfactoria. se obtiene. El número de bucles también se denomina número de pilas. Por lo tanto, la amplitud inicial de la señal de prueba real en la antena receptora es la señal de atenuación de inducción libre después de la terminación del pulso de excitación hasta el momento en que comienza la medición. Para obtener la amplitud de la señal en el momento en que termina el pulso, se puede realizar un procesamiento de extensión de tiempo cero en la curva de atenuación del FID.
Cada momento del pulso (el producto de la amplitud y la duración de la corriente de emisión) corresponde a una curva de atenuación de la señal de RMN que cambia exponencialmente con el tiempo. A partir de esta curva se puede calcular la detección del momento del pulso de excitación. La fórmula de cálculo para el tiempo de atenuación promedio de los acuíferos profundos es:
Métodos, tecnología e instrumentos geofísicos para encontrar agua
Donde: Em y Tm son un cierto momento de pulso de excitación qi, respectivamente. valor de amplitud y tiempo de caída de la señal (m=1, 2,...,M). La amplitud inicial de la señal FID en el tiempo t=0 se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Métodos, tecnología e instrumentos geofísicos para encontrar agua Ei es la amplitud de la señal de atenuación de inducción libre del i-ésimo pulso de excitación momento recibido por el receptor; te es el tiempo de epitaxia, que debe estar cerca del tiempo de terminación del pulso de excitación; E0i (qi) es la amplitud inicial de la señal MRS del i-ésimo momento del pulso de excitación.
El proceso de detección del modo de medición T1: primero cargue la fuente de alimentación transitoria de alto voltaje al voltaje de emisión requerido, recopile el ruido, emita pulsos sinusoidales y genere un campo de excitación después del tiempo intermitente del relé. cerrando, cambie el interruptor a El sistema receptor recoge la señal MRS una vez. Cuando la fuente de alimentación transitoria de alto voltaje no se está cargando, el sistema de transmisión continúa transmitiendo pulsos sinusoidales. Después de un período intermitente, el interruptor se cambia al sistema receptor para recopilar la segunda señal MRS y transmitirla a la PC. se procesa mediante filtrado de ruido, se conecta con los últimos datos de medición se superponen, se muestran en tiempo real y se calculan las amplitudes iniciales E01 y E02 de las dos señales recopiladas. Este proceso se cicla hasta que se obtiene una señal satisfactoria. La expresión para calcular T1 es la siguiente:
Métodos, tecnología e instrumentos geofísicos de búsqueda de agua
En la fórmula: Δt es el intervalo de tiempo entre dos pulsos.
Para realizar los dos modos de medición del instrumento, se adopta el método de medición de ciclo, como se muestra en la Figura 6-5-4. En el modo de medición T1, el ruido se debe medir primero al medir el ruido, el tiempo de la señal de medición se utiliza para medir el ruido, pero la emisión no es una emisión real, solo toma el tiempo de emisión sin transmitir corriente; , que se llama pseudoemisión. Al medir, realice un ciclo de la secuencia de medición dos veces y, al medir T1, realice un ciclo de la secuencia de adquisición tres veces para completar la medición multimodo del instrumento.
Figura 6-5-4 Proceso de medición multimodo