5.7.2.1 NMR找水仪的类型

目前，世界上有两种类型的NMR找水仪：前苏联研制、俄罗斯仍在使用的NMR找水仪（hydroscope），法国与俄罗斯合作研制、由法国IRIS公司生产的NUMIS和NUMIS+。NUMIS系统是hydroscope的改进型，仪器的原理没有改变，在制造工艺和抗干扰能力方面均有提高。商品型NUMIS系统于1996年春问世，在探查地下水方面效果十分明显，其勘探深度仅在100 m左右，整个系统重量达300 kg。为了加大勘探深度和仪器轻便化，在NUMIS的基础上升级为NUMIS+。

NUMIS+具有NUMIS全部功能，是一套比NUMIS系统具有更大的发射功率（瞬时最大输出为450A、4000V）、模块式的找水设备。该设备每个部分的重量都在25 kg以内，便于一个人搬运。

NUMIS和NUMIS+均是输出功率高（瞬时最大输出分别为：300A、3000V；450A、4000V）、接收灵敏度高（接受纳伏级信号）并由PC机控制的直接探测地下水的仪器。

5.7.2.2 仪器的组成及其功能

图5.7.5 NUMIS系统组成框图

现以NUMIS系统为例，简要说明NMR找水仪器组成及其功能（见图5.7.5）。

NUMIS系统各组成部分的主要功能如下。

a.直流电源——蓄电瓶（12 V×2，每个大于6 A·h）提供的24V电压。

b.DC/DC变换器将电源提供的24V电压变成400V电压，供发送机的交变电流发生器使用。

c.发送／接收天线（或回线），用同一天线分别作为发射激发电流脉冲和接收NMR信号装置。

d.切换开关将外接回线在发射回路和接收回路之间进行切换。

e.微处理器控制各部分协调工作，并通过RS-232接口接收PC计算机送来的数据指令，并将所测得的数据传给PC机进一步处理、显示。

f.发送机和接收机。在PC机控制下发送机以拉莫尔频率向天线供入脉冲电流，形成激发磁场；在发射脉冲间歇期间，接收机观测NMR信号。

此外，NUMIS系统配备的高精度磁力仪用来观测测点及其附近地磁场强度及其变化。

NUMIS系统的软件主要有测试软件、数据采集、处理、解释软件，进行一维解释。

5.7.2.3 NMR方法找水的工作过程

前已述及，NMR找水方法的原理是利用了NMR效应，观测和研究表征NMR效应的参数的变化规律，进而确定地下水的赋存状态。NMR找水方法的工作过程如下。

a.确定地磁场强度B0，计算出拉莫尔频率f0

环境地球物理学概论

b.选择天线类型、敷设天线。根据工作任务，结合当地的水文地质条件和电磁干扰环境，选择天线类型（大圆或大方，或圆8字型或方8字形天线），将其平铺在地面上。

c.形成激发磁场。在PC机控制下，发射机向天线供入频率为f0的交变电流脉冲，形成激发磁场。如图5.7.2（a）所示，交变电流脉冲的包络线为矩形。发射电流可表示为

环境地球物理学概论

式中：ω0=2πf0，f0为拉莫尔频率，I0、τ分别为激发电流脉冲幅度和持续时间。

d.测量NMR信号。在脉冲电流间歇时间，利用同一天线，接收机可灵敏地测出NMR信号，NMR找水方法观测的参数有E0、φ0、T2*。

e.定量解释。将测量结果存储在PC机内。利用NUMIS系统提供的软件，对测量信号进行数据处理、反演计算后，可以获得如下定量解释结果：地下各含水层的深度、厚度、含水量和衰减时间（以NMR信号直方图和表的形式输出）。

实践表明，直径为100 m的大圆天线，其探测深度可达100 m。在100 m以内可获得含水层的定量解释结果。同时，可定性预示100～130 m内含水层的存在。