核磁共振（NMR）技术找水

核磁共振法找水原理~

地面核磁共振（SNMR）方法利用了不同物质原子核弛豫性质差异产生的NMR效应，即利用了水中氢核（质子）的弛豫特征差异，在地面上利用核磁共振找水仪，观测、研究在地层中氢质子产生的核磁共振信号的变化规律，进而探测地下水的存在性及其赋存特征。该方法应用核磁感应系统（NUMIS）实现对地下水信息的探测。
核磁共振是一种基于原子核特性的物理现象，系指具有核子顺磁性的物质选择性地吸收电磁能量。从理论上讲，应用NMR技术的唯一条件是所研究物质的原子核磁矩不能为零。氢核是地层中具有顺磁性物质中丰度最高、磁旋比最大的核子。在稳定地磁场的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁方向旋进（图4－1－1），其旋进频率（拉摩尔频率）与地磁场强度和原子核的磁旋比有关。
氢核在地磁场作用下，处在一定的能级上。如果以具有拉摩尔频率的交变电磁场对地下水中的氢质子进行激发，则使原子核能级间产生跃迁，即产生核磁共振。
通常向铺在地面上的线圈（发射线圈）中供入频率为拉摩尔频率的交变电流（图4－1－2），交变电流的包络线为矩形（图4－1－3（a）），在地下交变电流形成的交变磁场激发下，使地下水中的氢核子，形成宏观磁矩。这一宏观磁矩在地磁中产生旋进运动，其旋进频率为氢核子所特有。等切断电流脉冲后，用同一线圈（接收线圈）拾收不同激发脉冲激发所产生的NMR信号，该信号的包络线呈指数规律衰减（图4－1－3（b）），信号强弱或衰减快慢直接与水中的质子的数量有关，即NMR信号的幅值与所探测空间内自由水含量成正比。因此构成了一种直接探测地下水信息的技术，形成了地面核磁共振探测地下水方法。

图4－1－1 质子磁矩在磁场作用下的旋进运动


图4－1－2 SNMR方法探测地下水原理示意图


图4－1－3 SNMR信号时序图

电磁

核磁共振（NMR）技术是当今世界上的尖端技术，用核磁共振方法直接探查地下水是该技术应用的新领域，开创了地球物理方法直接找水的先河。
利用核磁共振技术找水的首创国是前苏联。从1978 年起，前苏联科学院西伯利亚分院化学动力学和燃烧研究所（ICKC）以A G Semenov 为首的一批科学家开始了利用核磁共振技术找水的全面研究。他们用三年时间研制成了原型仪器，在其后十年间对仪器进行改进，开发出世界上第一台在地磁场中测定NMR 信号的仪器，称为核磁共振层析找水仪（Hydroscope）。该仪器作为新的探测地下水的重要手段，于1988 年在苏联和英国申请了专利。在此期间他们进行了仪器改进和解释方法的研究，试验研究遍及前苏联的大部分国土，北到极地附近的新地岛，南到中亚的哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦、乌克兰及西部的波罗的海沿岸的立陶宛和白俄罗斯。根据在中亚等地区已知的400 多个水文站上的对比试验，总结和研制出了一套正反演数学模型、计算机处理解释程序和水文地质解释方法，这一成果居世界领先水平。与此同时，在澳大利亚、以色列等国家（地区）先后进行的试验，也证明了地面核磁共振方法是目前世界上唯一的可直接找水的地球物理新方法。

地面核磁共振找水技术是目前唯一可用于直接探测地下水的物探技术。利用该项技术除可以获得什么地方有水、有多少水的资料之外，还可以获得含水层的有关信息。自80年代原苏联新西伯利亚化学动力和燃烧研究所（ICKC）在理论和实践两个方面取得NMR找水成功后，该项技术得到了发达国家的普遍注意。在过去的十年中，许多国家相继与ICKC合作，将该项技术用于多国不同水文地质条件下的试验，在一般情况下，都取得了较好的效果。1997年后，我国引进了三台法国生产的核磁共振仪器（NUMIS），开始了地面核磁共振找水技术的应用和研究。就国际范围来说，目前普遍认为NMR是一项很有发展前景的直接寻找地下水的方法。

一、NMR找水原理及方法

如将磁矩为μ的带电粒子置于一个稳定磁场HO内，该磁矩将作绕磁场的运动。这种运动被称为拉莫尔旋进，频率被称为拉莫尔频率（每一种原子核皆具有自己的特定频率值）。如将一个交变小磁场H1按垂直方向加到主磁场HO上，当H1的频率与拉莫尔旋进频率一致时，磁矩将大量吸收交变磁场的能量，产生共振现象。1946年，帕塞尔和布洛赫同时发现物质中的核磁共振现象。

NMR找水的理论基础是包括水中H＋在内的许多原子核都具有非零磁矩，并且处于不同化学环境中的同类原子核（如水、苯或环乙烷中的氢原子）具有不同的共振频率。因此，在给定的频率范围内，如果存在有NMR信号，那就说明试样中含有该种原子核类型的物质。

NMR找水方法以利用核磁共振现象为基础，通过建立非均匀磁场和地球物理NMR层析，研究地下水的空间分布。80年代，原苏联利用NMR现象直接寻找地下水的方法和仪器研究成功，并把这种仪器称为示水仪（Hydroscope）。它包括发射机、接收机及发射-接收线圈。测量时，发射一个具有相关共振频率的交流电。将电流突然中断，并将同一线圈作为NMR信号的接收线圈。重复几十乃至几百次记录和平均NMR信息，以提高信噪比。然后利用专门程序对资料进行处理并将信号按水文地质参数随深度的变化加以解释。

二、国内外发展现状与找水技术的进展

60年代，我国的地球物理工作者也开展过NMR找水试验，但未获得成功。中国地质大学、中国地质科学院水文地质环境地质研究所（保定）和新疆的水利部门分别于1997年和1999年先后引进三套Numis系统，使我国成为生产国外拥有NMR仪器最多的国家。中国地大利用Numis系统先后在河南西平县找到了裂隙水；在湖北永安、孝感把山电站分别找到了优质岩溶水和裂隙水。水文地质环境地质研究所（保定）利用Numis系统在西北的找水试验中，也取得了良好的效果。以上国内应用实例说明，NMR是一种很有发展前途的找水新方法。但是需要看到，由于Numis仪器抗电磁信号干扰的能力低，在验收我国引进的三套仪器时，都未能取得一次性的良好效果，该缺点将成为影响它在我国比较发达地区的实际应用。

90年代，ICKC分别与澳大利亚、以色列、美国和法国合作试验，一般都能取得较好的资料。示水仪不仅能指出地下水的存在，而且还能描述不同亚含水层。但是，提供的导水系数及含水层结构的资料却不甚可靠；同时发现的主要问题是示水仪的抗工业干扰水平低。根据法国与ICKC的一项合作协议，在示水仪的基础上开发出一台新的NMR仪器（Numis），并在1996年前后推向国际市场。除此之外，在克服干扰方面也从天线放置形状上作了试验，发现利用“8”字形天线可降低干扰，但也存在一些不利条件需要克服。

三、展望

NMR找水的成功应用使物探技术从间接找水过渡到直接找水，是一项革命性发展。但目前NMR技术尚处于发展的初级阶段，在仪器和应用技术方面都还存在一些需要改进的问题，比如提高仪器抗电磁信号干扰能力、加大勘查深度、减轻仪器重量、降低仪器成本以及NMR信息的反演等问题。

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景谷傣族彝族自治县19793406714： 核磁共振找水属于电磁还是重磁方法? - ？
谭相双黄： 电磁 核磁共振(NMR)技术是当今世界上的尖端技术,用核磁共振方法直接探查地下水是该技术应用的新领域,开创了地球物理方法直接找水的先河.利用核磁共振技术找水的首创国是前苏联.从1978 年起,前苏联科学院西伯利亚分院化学动...

景谷傣族彝族自治县19793406714： 有用过核磁共振找水仪的吗? - ？
谭相双黄： 核磁共振地下水探测方法是探寻地下水“最直接”的方法,吉林大学MRS项目组已经研制成功了JLMRS-I型核磁共振地下水探测仪,该仪器也是我国唯一的核磁共振地下水探测仪,国际上仅有法国NUMIS系统.就效益而言,如果搞地下水普查是不合适.对于单井测量而言,如果是目的是钻探,对于模棱两可的地区,用核磁共振地下水探测还是值得考虑的,否则可能打了口枯井,其损失更大.当然对于地下水丰富的地区,对于水量要求没有太严格,也不建议要测量,这根据您对钻探水井的要求而定吧!想更多了解,请致信:jluwzx@126.com

景谷傣族彝族自治县19793406714： 核磁共振实验 为什么水的核磁共振信号只能代表氢元素而不能代表氧元素 - ？
谭相双黄： 你用的是H谱出来的就只有H的信号.你用的是C13谱就有C的信号.NMR实验中就一种磁场.电磁场.......

景谷傣族彝族自治县19793406714： 怎样寻找地下水 - ？
谭相双黄： 1、“撮箕地,找水最有利”. 三面环山的撮箕地,地下水集中流向撮箕口,所以在撮箕口附近打井,出水量较多. 2、“两山夹一沟,沟岩有水流”. 两山之间夹一沟谷,在河谷下游两岸的岩层中容易找到水源. 3、“两沟相交,泉水滔滔”...

景谷傣族彝族自治县19793406714： 为什么核磁共振要用氘代溶液 - ？
谭相双黄： 老的nmr仪器如60 和100mhz的仪器可以用四氯化碳等非质子溶剂. 现代的nmr仪器采用的是傅里叶转换, 即, 用很少量样品多次采样而富集信号. 在这个过程中, 需要用氘原子来锁场. 而氘代氯仿是最为便宜而又能溶解很多有机物质的溶剂. 因此而被广泛采用, 其他氘代溶剂还有:氘代苯, 氘代甲醇, 氘代丙酮, 氘代二甲基亚砜,氘代四氢呋喃, 当然还有氘代水(重水)等

景谷傣族彝族自治县19793406714： 求“核磁共振”详细(200字内)资料! - ？
谭相双黄： 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术.是继CT后医学影像学的又一重大进步.自80年代应用以来,它以极快的速度得到发展.其基本原理:是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量.在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就叫做核磁共振成像.

景谷傣族彝族自治县19793406714： 怎么寻找地下河 - ？
谭相双黄： 用科技手段勘探地下水,一般有以下手段: 1、电阻率法 2、激发极化法 3、瞬变电磁法 4、地面核磁共振法 5、遥感技术还可以根据地形特点找水: 1、“撮箕地,找水最有利”.三面环山的撮箕地,地下水集中流向撮箕口,所以在撮箕口附...

景谷傣族彝族自治县19793406714： 核磁共振技术的在生物研究上的应用 - ？
谭相双黄： 生物膜上含有的H、C、P等具有非零自旋的磁性核 ,当与外磁场和射频场相互作用,并且满足共振条件时,将吸收射频场能量而发生自旋能级间的跃迁,这就是核磁共振(NMR)的基本原理.由于NMR技术可以对含水样品进行非破坏性测量,...

景谷傣族彝族自治县19793406714： 核磁共振是治疗什么的? - ？
谭相双黄： 不是用来治疗的,是用来体检的 核磁共振成像(NMR image,MRI)技术是核磁共振在医学领域的应用.人体内含有非常丰富的水,不同的组织,水的含量也各不相同,如果能够探测到这些水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像. 能够检测的疾病: 神经系统的病变包括肿瘤、梗塞、出血、变性、先天畸形、感染等几乎成为确诊的手段.特别是脊髓脊椎的病变如脊椎的肿瘤、萎缩、变性、外伤椎间盘病变,成为首选的检查方法. 心脏大血管的病变;肺内纵膈的病变. 腹部盆腔脏器的检查;胆道系统、泌尿系统等明显优于CT. 对关节软组织病变;对骨髓、骨的无菌性坏死十分敏感,病变的发现早于X线和CT.

景谷傣族彝族自治县19793406714： 核磁共振找水原理原理与应用用英语怎么说 - ？
谭相双黄： 核磁共振找水原理原理与应用 Principle, principle and application of nuclear magnetic resonance water exploration重点词汇释义 核磁共振nuclear magnetic resonance 找水water exploration; tracing ground water 原理principle; theory; axiom