[发明专利]一种聚焦型超导核磁共振探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘测技术领域，具体涉及一种聚焦型超导核磁共振探测装置。

背景技术

近年来，随着我国经济发展不断深化，在基础建设方面，特别是施工方面的勘察需求日益加剧，勘察精度要逐步提高，勘察深度逐步增加。核磁共振(Magnetic Resonance Sounding，MRS)超前预报作为直接探测地下水的地球物理方面前沿技术，它利用人工激发的电磁场使水中的H核产生具有特征进动频率的宏观磁矩，通过接收装置采集MRS晚期延时信息，探明一定深度的水分布情况。该技术具有灵敏度较高，分辨率好，信息量丰富，解唯一，无损测试、反演速度快、成像效果好等特点，能测定地下水层的深度、储水量和孔隙度等水文地质信息，特别是对低阻充水破碎带反映灵敏。

在地层中H核是具有核子顺磁性的物质中丰度最高的核子，其磁矩不为零，在核磁共振过程中正是利用了水中氢核具有顺磁性这一特性。在稳定的地磁场B₀作用下，具有一定磁矩的氢核绕地磁场进动，进动频率由Larmor方程计算。根据实测的地磁场B₀和氢核的磁旋比γ_p，就可以求出水中质子的Larmor进动频率ω₀。

ω₀＝γ_p|B₀| (1)

在线圈中通入交变电流I(t)，其频率等于Larmor频率ω₀。

I(t)＝I₀cos(ω₀t) (2)

在地下形成的交变电磁场激发下，地下水中的氢质子产生能级跃迁，大量的氢质子跃迁到高能级上。垂直于地磁场B₀的激发磁场垂直分量B_1⊥使质子的核磁化强度M₀偏离沿地磁场方向的平衡位置一个角度θ，称为扳倒角。

其中，q＝I₀τ是电流脉冲矩。脉冲矩q越大，探测的距离越大。

当撤去供电电流，这些高能级氢质子便逐渐回到低能级状态，释放出大量的具有Larmor频率的能量子，在接收线圈中感应出MRS信号，通过对接收线圈中感应出MRS信号反演，得到地下含水量信息。现有的核磁共振技术主要采用居中型同位线圈，接收待测区域H核电子能级跃迁所发射电磁信号。在实际生产过程中，受仪器灵敏度和信号损耗等限制，发射线圈激发的磁场强度一般只能够达到50米-100米的勘测，同时接收线圈反馈回来的电磁信号受地磁场、外界环境等电磁干扰较大，特别是在隧道和井下等恶劣环境中接收仪器常为极微弱的几个微伏，进而造成信号提取难度大。在常规检测中，采用增大发射线圈或增加发射电流的方法来增加发射磁矩M的方法使得仪器设备重量和体积都很大，特别是核磁共振勘探测量在存在一定的甲烷、粉尘等有害物质的隧道或地下施工检测过程中，除了灵敏度有待提高、勘测深度有限、外界电磁干扰大之外，安全性也有很大的隐患。在有限的空间和仪器安全运行条件下，如何增强发射信号、加大勘测深度；如何提高仪器的信噪比，进而提高信号分辨灵敏度，是当前核磁共振勘探方面亟待解决的两个问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种聚焦型超导核磁共振探测装置，增强了磁场强度，增加了勘测深度，提高了分辨地质体精准度。

(二)技术方案