H 10（-6 T）
X(m)0
Z(m)0
10
20 30 40 50 60 70 80
0.1225 0.1023
0.0815 0.0603 0.0488 0.047 0.045 0.043 0.041
磁场大小几乎 无变化
23
10
20
30
40
50
60
0.1331 0.1128
0.092 0.0707 0.0491 0.0472 0.0452 0.0432 0.0411
0.0988
-0.1785
0.3271
40
-0.2616
-0.1245
-0.1282
0.0154
-0.3274
-0.1308
50
-0.8972
-1.2500
-0.1486
-0.0784
0.1255
-0.4486
15
均匀半空间下线元的场
已知介质均匀充满Z>0的 半空间，异性点源在X轴正负 100m 位置激发，最大激发 电流50A，频率2000Hz，只
11
L
Ex
1I 2
x r
( A1
i0 1
A2
) L
I 2
i0
L
L A3dx
C1 m1 / R
C2 m1 / R*
C3
m
1 C2
C4 mC3
C5 m(1 C4 )
C6 m C5
L
Ey
1I 2
y
r
( A1
i0 1
A2 )
L
Hx
I
2
y r
A4
L L
H y
I
2
(
x r
A4 )LL
25
4.2 建议
用电源代替磁源作为SNMR激发源的是一个开创性的大胆设想。目 前SNMR在一维方向上的发展已趋于成熟，如何突破一维的限制向高维 方向发展，是SNMR技术当今发展的难点也是热点问题。本文针对性的 提出了电源激发的模式，在第三章用大量篇幅推导了层状介质下电源激 发的磁场公式， 限于时间关系，本文只对均匀半空间的磁场进行了模 拟，并且经过数值对比证实了这一设想的可行性，但并没有对层状大地 的模型进行更深入的探讨，但如果要证明本文结论的正确性，对层状模 型的模拟和异性点源在不同剖面内的磁场特征都须作进一步探讨。
磁场沿Z向 变化比沿Y向 剧烈
24
4.1 结论
可行性
➢使用电源激发的磁场量值和地磁场相当，证明了电源也可以使地下 含水层中氢质子产生进动，进而产生FID信号的可能性。
优缺点
➢主要激发出横向磁场，衰减快，穿透深度有限，但距离越深衰减越慢。 ➢占地面积小，信息丰富，可以一次激发，多道接收，实现面状采集。 ➢可以用竖直线圈和水平线圈同时接收，得到目标含水层的垂向和横向信息。
5.949e-6 2.0300e-4
4.524e-6 1.6393e-4
1.209e-6 2.8572e-4
0.804e-6 3.7246e-4
0.061e-6 4.1974e-4
5.23e-6 2.7803e-4
4.18e-6 3.5024e-4
2.6e-6
5.9930e-4
1.59e-6 7.7571e-4
考虑量值大小，下图给出了 0.2s线元主剖面（XZ平面）
上的磁场分布
电流分布关于主剖面对称，垂向分 量叠加为零，磁场只有水平分量
16
YZ剖面磁场垂向分量
17
YZ剖面磁场水平分量
18
电源激发和中心回线激发的磁场量值比较 （YZ剖面）
Y(m) 5
10
Z(m) 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
电源激发下SNMR技术的 可行性探讨
1
CHINA UNIVERSITY OF GEOSCIENCES
报告提纲： 1、SNMR研究现状，问题引出 2、NMR原理，中心回线激发方式 3、电源激发下的磁场计算 4、结论与建议 致谢
2
1.1、SNMR研究现状
1978年前苏联研制出首台核磁共振找水仪器Hydroscope，1994年，法国地 调局（BRGM）与俄罗斯合作，由法国IRIS公司制造，于 1997年生产出6套核 磁共振感应系统（NUMIS）。 NUMIS系统是俄罗斯 hydroscope的改进型， 在 制造工艺、重量和抗干扰能力方面有许多改进。1999年NUMIS （勘探深度100 米）升级为Numisplus（勘探深度150米）。2003年法国IRIS公司又研制出轻便型 的NUMISLite （勘探深度为50米）。
0.17 0.14
0.1261 0.0922 0.0579 0.0538 0.0499 0.0464 0.0433
0.2821 0.2801
0.175 0.1487 0.0924 0.0567 0.0518 0.0476 0.044
30~40m深度内磁场衰减 较快，尤其在两极附近
YZ剖面上的磁场变化
27
28
Copyright 2006 Thomson Corporation
29
Copyright 2006 Thomson Corporation
30
Copyright 2006 Thomson Corporation
利用高斯七点求积公式计算的Hankel积分的值（实部）
0.1295 0.9491
r(m)
A1
A2
A3
A4
A5
A6
10
-1.9317
3.7499
0.2583
0.4687
0.8319
-0.9658
20
0.6160
2.5000
0.0044
0.2090
0.4356
0.3080
30
0.6543
1.2500
-0.0851
0.1547 0.1344
0.1134 0.092 0.0701 0.048 0.0458 0.0436 0.0414
0.1677 0.1473
0.116 0.0842 0.0719 0.0494 0.0468 0.0443 0.0419
0.1689 0.1519
0.1401 0.1175 0.0845 0.0513 0.0482 0.0453 0.0426
dM x
dt
M y Bz M z By
Mx T2
dM y dt
M z Bx
M xBz
My T2
dM z
dt
M xBy M y Bx
Mz M0 T1
图2.1-1 磁矩在磁场中的旋进运动
Z轴
Y轴
原点
X轴
图2.1-2 核的弛豫过程 7
2.2 SNMR的工作原理
8
SNMR技术特点
1)B1(m)
1e2mH1 A2 (m)
1B2 (m)
1I 2 2
e2mH1
LLLLLLLLLL j 0
R R e2mHi Ai (m) Bi (m) e2mHi Ai1(m) Bi1(m) 0
e2mHi i 1
Ai
(m)
i1Bi
(m)A
e2mHi i
Ai1(mB )
i
Bi 1 (m)
0
L LLLLLLLLL
M
e2mHn1 An1(m) Bn1(m) e2mHn1 An (m) 0
z e2mHn1 n
An1
(m)
n
Bn 1 (m)
e2mHn1 n1
An
(m)
0
21
I = cos(t)
x B (I)
22
j0 RA
z
(I) B
RB M
X从0~60m，Z从0~80m范围的磁场值变化
coth 1
mN 1 mN
)
R1* 1 R1 1
R2*
coth
m1h1
coth 1
m1 m2
R2
coth
m1h1
coth
1
m1 m2
1 2
R3*
coth
m1h1
coth 1
m1 m2
coth(m2h2
coth 1
m2 m3
)
R3
coth
m1h1
coth
1.03e-6 8.6661e-4
19
小结
➢1、同种电流强度下，相比于回线激发的磁场值来讲，线元激发的场值偏小， 而且沿深度和横向衰减都很快。 ➢2、可行性：电源激发的磁场量值几乎和背景地磁场数量级相当（万Nt），因 为地磁场可以使地下含水层中的氢质子产生进动，那么电源激发的磁场同样可 以产生这一效果，如果进一步加大激发电流，激发的磁场会更大，所以采用电 源激发从理论上讲是可行的。进一步可以研究弱磁环境下的SNMR技术。 ➢3、 电源主要激发出的是横向磁场，在接收时可以考虑增加竖直线圈接收， 这样就可以同时获得地下含水层横向的信息。
➢直接找水，在探测深度范围以内，若地层中有自由水存在，就 会有 NMR 响应，反之则没有响应。 ➢反演解释具有量化的特点，信息量丰富，从测深资料中可以提取含水 层的 深度、厚度、含水量以及平均孔隙度等参数。 ➢经济快速，完成一个测点费用仅为同等情况下水文勘探钻孔1/10。 ➢ 可以快速确定出水井位和圈定找水远景区。缺点是：勘探深度有限， 目前还只能勘探150米以内的深度，再就是核磁共振仪器的灵敏度高， 它可以接收纳伏级信号，而有效信号相对较弱，容易受电磁噪音的干 扰。
20
3.2 电源激发下异性点源的磁场
均匀半空间：
U I（ 1 1 ） 2 RA RB
层状介质：