地面核磁共振探测地下水数值模拟与影响因素分析

论文题目: 地面核磁共振探测地下水数值模拟与影响因素分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 地球探测与信息技术

作者: 孙淑琴

导师: 林君

关键词: 核磁共振,地面核磁共振,地下水勘察,勘探深度,仿真模型,导电性,弛豫时间,渗透率

文献来源: 吉林大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文对地面核磁共振找水技术中影响地面核磁共振信号的因素进行了详细的研究,建立了层状大地单一含水层及多个含水层仿真模型,并针对所建立模型对理想情况下及实际地电条件下单一含水层进行仿真计算,分析两种情况下核磁共振信号的关系;根据理论表达式中存在的等价的问题,对单一含水层进行仿真计算,得出多个模型仿真结果一致的结论。对于层状大地存在多个水平含水层的情况下,分析了理想情况及多个含水层上方存在不同导电性介质时平均电阻率的计算方法,给出多个含水层核磁共振信号的计算方法,仿真对比理想情况及实际地电条件下多个含水层总信号与各个单一含水层信号的贡献关系,为数据反演奠定基础。针对实际找水仪器野外工作时出现的反演解释勘探深度与钻孔获得的勘探深度存在误差的情况,仿真分析几种参数变化时的最大勘探深度,结合野外实测地点的数据与钻孔资料提出增大勘探深度的有效办法。分析地层岩性对钻孔出水量的影响,利用野外实测地点的数据与钻孔资料验证地层中平均含水量大而且地层弛豫时间较长的地点才能得到较大的出水量。

论文目录:

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第1章 绪论

1.1 电磁探测找水方法概述

1.1.1 电磁探测找水方法分类

1.1.2 核磁共振方法特点及应用领域

1.2 地面核磁共振(SNMR)方法发展概况

1.3 SNMR 找水工作原理

1.4 本文的研究意义

1.4.1 水资源需求概况

1.4.2 SNMR 方法的应用效果

1.4.3 SNMR 方法存在的问题

1.5 本文的主要工作

1.5.1 具体研究内容

1.5.2 重点要解决的问题

1.5.3 预期达到的成果

1.5.4 具体的学术价值

1.6 本文的组织结构

第2章 核磁共振原理及含水地层中氢质子弛豫过程

2.1 拉莫尔频率和核磁共振条件

2.1.1 拉莫尔频率

2.1.2 核磁共振条件

2.2 原子核磁化强度的弛豫过程研究

2.2.1 原子核磁化强度的弛豫过程和布洛赫方程

2.2.2 含水地层中氢质子的弛豫过程研究

2.3 本章总结

第3章 均匀半空间水平含水层核磁共振信号仿真计算

3.1 电磁场计算的基本理论

3.1.1 时间域和频率域麦克斯韦方程

3.1.2 波动方程

3.1.3 边界条件

3.2 仿真计算的理论基础

3.2.1 仿真计算的数学模型

3.2.2 地面含水层NMR 信号的计算方法一

3.2.3 地面含水层NMR 信号的计算方法二

3.2.4 数值模拟结果与分析

3.3 含水层含水量变化时对NMR 信号的影响

3.4 线圈面积变化对NMR 信号的影响

3.5 含水层深度变化对NMR 信号的影响

3.6 含水层厚度变化对NMR 信号的影响

3.7 单一水平含水层NMR 信号的等价性研究

3.8 本章总结

第4章 层状大地多个水平含水层的NMR信号

4.1 层状大地多个水平含水层NMR 信号的计算

4.1.1 理想情况下多个含水层NMR 信号的计算方法

4.1.2 理想情况下两个含水层NMR 信号的计算

4.1.3 理想情况下三个含水层NMR 信号的计算

4.1.4 理想情况下四个含水层NMR 信号的计算

4.2 实际地电条件下多个含水层NMR 信号的计算

4.2.1 均匀半空间模型多个含水层的NMR信号

4.2.2 平均电阻率的计算

4.2.3 含水层上、下方介质导电性变化

4.3 本章总结

第5章 地面核磁共振找水方法勘探深度的影响因素分析

5.1 引言

5.2 SNMR 方法的勘探深度的计算

5.2.1 激发脉冲矩与勘探深度的关系

5.2.2 理想情况下勘探深度的计算

5.2.3 理想情况下激发脉冲矩变化对勘探深度影响

5.3 线圈面积变化对勘探深度的影响

5.3.1 理想情况下天线面积变化

5.3.2 导电性介质下天线面积变化

5.4 导电性对水平含水层最大勘探深度的影响

5.4.1 电导率与勘探深度的关系

5.4.2 含水层上方介质导电性变化

5.5 仿真计算与野外实测数据对比

5.5.1 核磁共振找水仪样机野外实验结果

5.5.2 模型仿真计算

5.5.3 NMR 找水仪(NUMIS)系统野外实验与仿真对比

5.6 本章总结

第6章 地下含水层岩性对地层出水量的影响分析

6.1 引言

6.2 含水地层中NMR 信号的弛豫过程

6.3 空隙流体的弛豫过程

6.3.1 孔隙度与渗透率的概念

6.3.2 弛豫过程分析

6.3.3 孔隙度、可动流体体积、束缚流体体积的计算

6.3.4 渗透率的计算

6.4 地层岩性对出水量的影响

6.4.1 地下水的地球物理特征

6.4.2 出水量的计算

6.4.3 内蒙古正镶白旗城镇供水水源地勘察工作

6.4.4 四子王旗实际水文勘查工作对比

6.5 国外找水相关结果

6.6 本章总结

第7章 全文总结

7.1 主要研究成果及创新性工作

7.2 今后应继续研究的问题

参考文献

攻读博士期间公开发表出版的主要论文及成果

摘要

致谢

发布时间: 2005-08-26

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