發(fā)布時間：2018-04-16 01:34

  本文選題：核磁共振 + 三維電性結(jié)構(gòu)��； 參考：《長安大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：核磁共振找水是一種有效的物探直接找水方法。本文以實現(xiàn)核磁共振三維正反演為目的,研究適應(yīng)復(fù)雜地電環(huán)境下的核磁共振找水解釋方法。根據(jù)核磁共振的基本原理,借助有限元方法實現(xiàn)了考慮介質(zhì)三維電性的核磁共振正演。在反演方面,考慮到復(fù)雜地電條件下電阻率分布對核磁共振響應(yīng)的影響,采用瞬變電磁全域視電阻率定義給出介質(zhì)電性分布,并根據(jù)電性特征確定含水率反演的初始值,利用信賴域算法實現(xiàn)核磁共振非線性反演。通過瞬變電磁與核磁共振聯(lián)合解釋,有效提高含水體解釋的準(zhǔn)確性。本文從典型的水平層狀介質(zhì)模型出發(fā),計算了回線源條件下層狀介質(zhì)中的磁場分布,在此基礎(chǔ)上通過數(shù)值模擬考察了層狀介質(zhì)中電阻率分布對磁場各分量的影響,明確了在低阻介質(zhì)中,核磁共振的正反演有必要考慮電阻率的分布特性。針對地下含水體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而現(xiàn)有的一維模型難以準(zhǔn)確描述復(fù)雜電性分布特征的問題,從麥克斯韋方程組出發(fā),采用有限元方法,計算了頻率域三維磁場分布,實現(xiàn)了考慮介質(zhì)電性三維分布的核磁共振正演,并將數(shù)值計算結(jié)果和數(shù)字濾波解進(jìn)行了比較,對正演算法的有效性進(jìn)行了驗證。隨后,在正演計算的基礎(chǔ)上討論了介質(zhì)電性分布與核磁共振響應(yīng)之間的關(guān)系,數(shù)值模擬表明電性分布對核磁共振應(yīng)響應(yīng)影響是非線性的,背景電阻率越小,影響程度越大,隨著背景電阻率的增大,電阻率變化對核磁共振應(yīng)響應(yīng)的影響程度逐漸減弱。分析了含水體的深度、位置、含水率以及體積等參數(shù)信息對核磁共振響應(yīng)的影響,得到了部分典型含水體構(gòu)造的核磁共振響應(yīng)特征。研究了不同的線圈姿態(tài)、尺寸大小以及線圈形狀下的核磁共振響應(yīng)差異,發(fā)現(xiàn)線圈的姿態(tài)信息對于核磁共振信號的觀測影響較大,結(jié)合探測環(huán)境調(diào)整線圈大小和形狀,有助于提高核磁共振的信噪比。通過數(shù)值計算,對比了油、水、油水混合三種典型介質(zhì)的核磁共振響應(yīng)特性,結(jié)果表明不同含氫特性的介質(zhì),核磁共振響應(yīng)差異明顯,相同脈沖矩下,純水異構(gòu)體的核磁共振響應(yīng)最強烈。三維核磁共振正演的研究有助于明晰復(fù)雜環(huán)境下核磁共振響應(yīng)特征,同時為核磁共振三維反演的開展奠定了基礎(chǔ)。核磁共振的反演就是根據(jù)核磁共振響應(yīng)的觀測值得到與含水率相關(guān)的地質(zhì)體參數(shù)信息。在核磁共振三維正演的基礎(chǔ)上,引入了正則化的參數(shù),構(gòu)建了反演目標(biāo)函數(shù),將反演計算轉(zhuǎn)化成求最優(yōu)解的問題,利用信賴域法實現(xiàn)核磁共振的反演�？紤]到復(fù)雜電性結(jié)構(gòu)對核磁共振響應(yīng)的影響,借助瞬變電磁的資料信息獲得三維電性分布,根據(jù)電阻率與含水率的對應(yīng)關(guān)系,給出含水率反演的初始模型,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行核磁共振反演,獲取地下含水率分布,提高核磁共振反演的準(zhǔn)確性。最后結(jié)合典型的核磁共振找水應(yīng)用,設(shè)計了古河道模型、隧道災(zāi)害水超前預(yù)報模型以及井中水浸模型。結(jié)合瞬變電磁資料,利用核磁共振三維反演技術(shù)對地面和隧道的找水模型進(jìn)行數(shù)值仿真,解釋結(jié)果驗證了算法的有效性以及在不同環(huán)境下的適用性。結(jié)合測井模型以及測井信息,考慮梯度場的作用,通過核磁共振三維反演,實現(xiàn)了井中水浸分布特性的成像描述。本文開展的考慮三維電性結(jié)構(gòu)的核磁共振正反演研究,為復(fù)雜地電條件下的核磁共振找水提供了有效的解釋方法,該方法不僅適用于半空間的地面核磁共振作業(yè),同時也適用于全空間的隧道以及井中核磁共振找水勘探,對于解決不同環(huán)境下水體的探測具有實際意義。
[Abstract]:Nuclear magnetic resonance is an effective geophysical exploration methods. In this paper, in order to achieve direct three-dimensional NMR inversion for the purpose to study the nuclear magnetic resonance complex geoelectric environment interpretation method. According to the basic principle of magnetic resonance, finite element method can consider NMR medium three-dimensional electrical forward inversion in. Considering the complex geological conditions, the resistivity distribution effect on magnetic resonance response, the transient electromagnetic apparent resistivity defined medium global distribution of electricity, and according to the electrical characteristics to determine the moisture content of the inversion initial value, realization of NMR nonlinear inversion using trust region algorithm. Through transient electromagnetic and nuclear magnetic resonance, to effectively improve the accuracy of interpretation. This paper containing water from the typical horizontal layered medium model of loop source under the condition of layered medium magnetic field calculation points The cloth, based on the investigation of the influence on the resistivity distribution of each component of the magnetic field in layered media by numerical simulation, the low resistivity medium, and NMR modeling is necessary to consider the distribution characteristics of the underground water resistivity. Aiming at the complicated structure, and a dimension of the existing models is difficult to accurately describe the complex electrical distribution the problem, starting from the Maxwell equations, using the finite element method, the frequency domain distribution of 3D magnetic field calculation, the consideration of NMR electric three-dimensional distribution of forward, and the numerical calculation results and digital filtering solutions are compared, the validity of the algorithm is verified. Then, on the basis of on the forward calculation discussed the relationship between the dielectric distribution and magnetic resonance response between the numerical simulation results show that the electrical conductivity distribution of magnetic resonance response effect is nonlinear, Jingtai back resistance rate The smaller, the greater the effect, with the increase of the background resistivity, the influence degree of the resistivity change in response to magnetic resonance should be gradually weakened. The analysis of the water depth, position, effects of moisture content and volume parameter information for the nuclear magnetic resonance, NMR has been part of the typical aquifer structure. The characteristics of the impact study the coils of different poses, NMR response difference of size and shape of the coil, the coil found attitude information for the larger observation effect of magnetic resonance signal, combined with the detection environment adjusting coil size and shape, is helpful to improve the NMR signal-to-noise ratio. By numerical calculation, comparison of oil, water, nuclear magnetic the resonance response characteristics of oil-water mixture of three typical medium, the results show that the different characteristics of hydrogen containing medium, magnetic resonance response is significantly different, the same pulse moment, pure magnetic isomers The most intense resonance response. Research on 3D NMR forward will help clarify the complex environment of NMR response characteristics, and lays a foundation for the 3D inversion of NMR. Inversion of NMR is according to the geological parameter information observation of nuclear magnetic resonance to be related with the moisture content. On the basis of nuclear magnetic resonance D forward on the introduction of regularization parameters, construct inversion objective function, the inversion calculation is transformed into the optimal solution problem, realize inversion of NMR using trust region method. Considering the influence of complex structure of electric magnetic resonance response, three-dimensional distribution of electricity by means of transient electromagnetic data information, according to the corresponding relationship between resistivity and water content, initial water content inversion model is given, based on the NMR inversion, obtaining underground moisture distribution, improve the nuclear magnetic resonance The accuracy of vibration inversion. Finally, the typical application of nuclear magnetic resonance, the design of the ancient river model, water tunnel disaster prediction model and wells flooding model. Combining with the transient electromagnetic data model using NMR inversion method of 3D water on the ground and the tunnel in the numerical simulation, the interpretation results verify the effectiveness of the algorithm and the applicability in different environments. According to the logging model and logging information, considering the gradient, through MRI 3D inversion, the distribution characteristics of wells water immersion imaging description. NMR study on three dimensional electrical structure is considered inversion in this paper, explain the effective method for nuclear magnetic resonance complex geological conditions, ground magnetic resonance operation this method is not only suitable for the half space, also apply to the whole space of the tunnel and borehole NMR The exploration of water exploration is of practical significance to the solution of water body detection under different circumstances.

【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631

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本文編號：1756741