地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用
地下水示踪技术在水库渗漏勘察中的应用

漏 勘 察 工作 的 开展 形 式 , 论述 如 何 将 地 下 水 示 踪 技 术 融 入 到 水 库 渗 漏 勘 察 中 , 旨在 提 升 水 库 渗 漏 勘 察 工 作 质 量 。
【 关键词 】 地下水示踪技术 ; 水库 渗漏; 勘察 【 中图分 类号】 T V 2 2 1 . 2 【 文献标识码 】 A 【 文章编号 】 2 0 9 5 — 2 0 6 6 ( 2 0 1 7 ) 0 4 — 0 0 9 9 — 0 2
式. 预 防 坍 塌
对 水 库 运 行 中存 在 的 各 种 问题 进 行 分 析 .发 现 涌泉 与坍 有针 对性 的 示踪 剂 . 实现 地 下 水 失踪 试 验 。 从 目前 工作 的开 展 中厚 层 石 灰 岩 构 成 。 而且 工程 情 况 来 看 ,放 射 性 的 同位 素 示踪 法和 化 学 性 示 踪 法 是 最 常 见 塌 位 置 地 址 构 造 都 是 泥 质 灰 岩 、 0 m 左 右 还 有 喀 的方式。 而 且使 用 效 果也 比较 理 想 。 所 以 工作 人 员在 对 水 库 渗 基 础 和 地 基 橡 相 交界 的 位 置 有段 层 ,在 高层 3 斯特发育。 该 工程 项 目投 入 到 正 式 使 用 之 后 , 喀 斯 特 发 育 地 貌 漏情 况进 行 勘 察 时 。可 以通 过 各 种 示踪 技 术 来促 进 防 渗 加 固 也 得 到 了 良好 的 发展 。 工作 的正 常进 行
核磁共振地下水探测技术在水源勘察及确定地下咸淡水界面中的应用与研究

第1 期
赵 平 :磁 振 下 探 技 在 源 察 确 地 成 水 ! 皇 兰 窒 义 等核 共 地 水 测 术 水 勘 及 定 下 淡
果 可 靠 , 中 测 点 w ya 一2的 信 噪 比最 高 , 到 其 u u n2 达
第3卷 第 1 4 期
垦 Q
地 质 调 查 与 研 究
S R E ND R S A C U V Y A EE R H
Ma . r 201 l
核磁 共振 地下水 探测 技术在 水源 勘察 及确定
地下成淡水界面中的应用与研究
赵义平 , 汪馨竹 , 王文婷
( 水利部牧 区水利科学研究所 , 和浩特 0 0 2 ) 呼 10 0
探测 。
应用 核磁共 振技 术的唯 一条件是 所研究 物质 的 原 子核 具有 非 零磁 矩 。核 磁共 振 是一 种量 子 效应 , 即具有 核子 顺 磁性 的物 质 选择 性 地 吸收 电磁 能量 。
水量 、 隙度及渗透 率等信息 。核磁共振信 号 幅度 孔
直接 反 映地 下水 含水 量 的大 小 , 一种 直 接 的找水 是
加一 交 变磁 场 脉 冲 , 当交变 磁 场 的频率 等 于质 子在 磁场 中进 动 的拉摩 尔频率 , 脉冲 的宽度 t 与交变磁场
振 幅 2 B的乘积有 以下关 系 :
收 稿 日期 : 0 0 0 — 7 2 1— 2 1
陷盆地 , 在漫长的地质过程中 , 一直为湖水所 占据。 这种 自然地质条件控制着地下水 的形成和分布 , 使
摘 要 :地 面 核磁 共振 找 水 技 术 是 目前 世 界 上 唯 一 的 直接 找 水 方 法 。 笔者 通 过 该 技 术在 内 蒙古 五 原 县 乡镇 安全 饮 水 工 程水 源 勘 察 中的 应用 , 如何 确 定 地 下 咸 淡水 界 面 开 展 了研 究 工作 。 通 过所 获 得 的解 译 成果 与钻 孔 资 料 的 对 对
科技成果——水库大坝渗漏无损探测技术

科技成果——水库大坝渗漏无损探测技术技术开发单位
长江地球物理探测(武汉)有限公司
成果简介
将大坝水体渗漏通道比作“血管”,那么利用该技术则可突出显现“血管”(类似于医学血管造影技术),从而更精确的获取“血管”影像资料。
该技术通过采用磁电阻率法建立大坝渗漏优势路径空间分布信息,从而可探测水库大坝渗漏入口及地下渗流通道,是一种无损、快速、精确、直观描绘地下水渗漏优势路径空间分布的技术。
可实现对水库大坝渗漏通道的空间定位,三维展示通道空间展布情况,为除险加固处理提供技术支撑。
技术特点
1、三分量磁场测量;
2、磁场信号分辨率n×10pT;
3、单点测量时间仅需1-2min,GPS同步定位;
4、浅部渗漏通道有效探测率达90%以上。
适用范围
适用于水利水电工程大坝水体渗漏通道探测定位,水库岩溶管道渗漏探测定位,堤防及输水渠道水体渗漏探测定位。
核磁共振测井技术在地下水勘察中的应用

核磁共振测井技术在地下水勘察中的应用地下水是人类生活中重要的水源之一,对地下水的精确勘察和评估对于保障饮用水安全和可持续发展至关重要。
传统的地下水勘察方法虽然有一定的局限性,但随着科技的不断进步,新的测井技术不断涌现。
本文将介绍核磁共振测井技术在地下水勘察中的应用,探讨其原理、优势和潜力。
核磁共振(NMR)技术是20世纪40年代诞生的一项重要科学技术,它以原子核自旋共振现象为基础,通过检测样品内原子核在外部磁场中的行为来获得样品的物理和化学信息。
核磁共振测井技术则是将核磁共振技术应用于地下水勘察领域,可以帮助地质勘探人员了解地下水的分布、含量、流向等重要信息。
核磁共振测井技术相比传统的地下水勘察方法有以下优势。
首先,核磁共振测井技术可以非侵入性地对地下水进行勘察,不需要进行钻孔,不会破坏地下水资源。
其次,核磁共振测井技术具有较高的分辨率,可以提供详细的地下水信息。
例如,它可以测量地下水的含水量、含油饱和度、孔隙度等,帮助判断地下水的质量和可利用性。
此外,核磁共振测井技术还可以提供地下水的流速和流向信息,对于地下水流动模型的建立和优化具有重要意义。
核磁共振测井技术在地下水勘察中的应用很广泛。
首先,它可以用于地下水资源的评估。
通过核磁共振测井技术,可以实时监测地下水的分布情况,评估地下水资源的储量和可利用量。
其次,核磁共振测井技术可以用于地下水污染的监测和治理。
地下水污染是当前面临的严重环境问题之一,传统的监测方法往往需要取样分析,效率低且成本高。
而核磁共振测井技术可以实时、快速地检测地下水中的有害物质含量,提供污染源的定位和治理方案的制定。
此外,核磁共振测井技术还可以辅助地下水水文地质研究。
地下水水文地质研究是地下水勘探的前提和基础,它涉及地下水的形成、演化和运动规律等问题。
核磁共振测井技术可以提供地下水含水层的物理和化学参数,有助于揭示地下水系统的运动机制和地下水补给方式等重要问题。
虽然核磁共振测井技术在地下水勘察中具有广阔的应用前景,但也面临一些挑战和难题。
磁法勘探设备在地下水资源调查中的应用案例分析

磁法勘探设备在地下水资源调查中的应用案例分析地下水是人类生活和生产中重要的水资源之一。
为了合理利用并保护地下水资源,对地下水进行调查是至关重要的。
磁法勘探设备是一种常用的地球物理勘探方法,它可以通过测量地下介质的磁性特征来推测地下水的分布情况。
本文将通过几个应用案例分析磁法勘探设备在地下水资源调查中的应用效果。
案例一:农田地下水资源调查某地区的农田地下水资源日益紧缺,为了找到新的水源点,一家农业公司决定使用磁法勘探设备进行勘探。
他们首先进行了地下水的现状调查,了解了区域的水文地质状况。
然后,选择了几个潜在的机会地点进行磁法勘探。
通过磁法勘探设备的测量,获得了地下的磁性异常数据。
经过进一步的分析和解释,确定了一处地下水资源丰富的地点。
这一发现为农业公司提供了新的水源,并解决了农田的用水问题。
案例二:城市供水勘探某个城市供水紧张,市政府决定进行地下水资源调查,以找到新的供水点。
磁法勘探设备被用于城市周边的勘探。
通过在不同位置的测量和数据分析,识别出了潜在的地下水层。
然后,进行了详细的钻探工作,验证了地下水层的储量和品质。
最终,这个城市发现了一处新的地下水资源,并进行了相应的开发和利用,为市民提供了稳定的供水。
案例三:工业用水调查某家工业公司需要大量的水资源来满足生产需求,但附近地区的地下水供应不足。
为了解决这个问题,他们决定使用磁法勘探设备进行地下水资源调查。
通过对不同位置进行磁性异常测量,成功找到了潜在的地下水储层。
进一步的钻探工作确认了储量和品质,为工业公司提供了可靠的水源。
这样,公司不仅解决了生产用水问题,还减少了对市政供水的依赖,实现了可持续发展。
案例四:地下水保护与监测地下水是宝贵的自然资源,也容易受到污染和过度开发的威胁。
为了保护地下水资源,一些地区政府采用了磁法勘探设备进行地下水保护和监测。
通过定期的磁性异常测量,可以及时发现地下水环境的变化。
这些变化可能是由于人类活动导致的地下水污染或者过度开发。
地下水示踪技术在水库渗漏勘察中的应用

地下水示踪技术在水库渗漏勘察中的应用水库的勘察在实际防渗防洪中起到重要的作用,而地下水示踪技术为水库的渗漏勘察提供了可靠的依据,为勘察结果提供重要的数据支持。
本文介绍了地下水示踪技术的原理和方法,主要介绍同位素示踪法的原理和应用,并通过具体水库勘察为例,介绍该技术的实际应用。
标签:渗漏;勘察;示踪法1.地下水示踪技术水库作为拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑,其具有水利、经济等重要意义。
水库本身的作用是防洪治洪,但在使用过程中,可以用来发电、供水、航运、水产等更多的作用被显现出来,水库不仅可以守护我们的家园抵抗自然灾害,也可以带给我们生活和经济上的便利,其重要地位不言而喻。
所以,对于水库的勘察也是很重要的。
目前使用的水库渗漏勘察的方法中,最主要的就是地下水示踪技术。
地下水有自身的化学成分和物理特性,可以通过示踪的方法对这些地下水进行综合分析,包括环境同位素、水化学分析、温度、电导率等,这便是地下水示踪技术的原理。
地下水示踪技术也分为放射性同位素示踪法和化学示踪法,这两种方法目前最为常见,应用也最为广泛,可选择合适的示踪剂对地下水进行检测,通过数据分析得出结论,来为水库渗漏勘察提供数据支持。
文本这里主要讲同位素示踪法。
2.同位素示踪法2.1原理取一滤水管,用微量的放射性同位素标记出滤水管中的水柱,然后被标记的底下说,被滤水管中的水稀释,浓度下降,用稀释速度和地下水渗透流速进行分析。
2.2公式2.3垂向流的同位素示踪测定一般在同一水库的含水层,其地下水的补给源来源不同,当钻孔接触不同的含水层后,各层的静水位也不相同,情况各有变化,因而在孔中可能会产生垂向流,所以一般采用峰峰发来测定地下水的垂向流。
另外,在水库的渗漏勘察工程中,对断层和渗漏点的测定,已经对渗漏带和裂缝的勘察都是十分重要的勘察内容。
这些数据都可以用放射性同位素法来测定。
首先在向水中投放放射性同位素,通过同位素追踪器对投放的同位素进行追踪,以此来测定断层、渗漏点、渗漏带以及裂缝等。
核磁共振技术在地下水勘查中的应用原理及实践探讨
核磁共振技术在地下水勘查中的应用原理及实践探讨[摘要]核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,缩写为NMR)找水技术是目前世界上唯一进行直接找水的地球物理新方法,地面核磁共振(SNMR)找水方法受地层因素影响小,在浅层地下水勘查工作中具有广泛的应用前景。
本文基于核磁共振找水实际工作,分析了该新技术的运用原理、工作方法、应用环境、资料整理,探讨其在现场找水中正确的参数设置、场地勘选、线圈类型选择、干扰来源及防干扰方法等,总结实践经验,以推地面广核磁共振找水新技术,提高该方法的应用效果。
[关键词] 核磁共振地下找水应用经验1引言核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,缩写为NMR)找水技术是目前世界上唯一进行直接找水的地球物理新方法,是通过测量地层水中的氢核来实现直接找水的新技术。
地面核磁共振(SNMR)找水方法受地层因素影响小,在浅层地下水的勘查工作中具有广泛的应用前景,适用于电磁干扰较小、地磁场稳定(火成岩地区地磁场变化较大)、浅层(深度小于150m)各种类型地下水的探测,能定量给出地层中含水层的位置、厚度、含水量及平均孔隙度。
它的探测结果直接显示地下水体的存在性及其空间分布特征,对地下水具有唯一指向性。
SNMR 找水技术具有直接找水、反演解译成果量化且信息量丰富、经济快速等特点,在供水水文地质勘探、寻找地下水水源地、圈定地下水远景勘查区、确定供水井井位等方面具有广泛的应用前景。
2地面核磁共振技术原理2.1工作原理核磁共振是一个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。
在稳定地磁场的作用下,氢核像陀螺一样绕地磁场方向旋进,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。
地面核磁共振技术(SNMR)探测地下水信息的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)的弛豫特性差异,在地面上利用核磁共振找水仪,观测、研究在地层中水质子产生的核磁共振信号的变化规律,应用核磁感应系统实现对地下水信息的探测,进而获得地下水的存在性及空间赋存特征。
水库大坝渗漏常用探测技术及工程应用
水库大坝渗漏常用探测技术及工程应用摘要:有效、准确地探测渗漏病害是评价大坝渗漏安全和进行加固处理的重要前提,但由于水库大坝建筑物规模大、范围广,渗漏病害的渗漏点分散,渗漏病害具有较强的复杂性与隐蔽性,其探测一直以来都是大坝安全领域的一项技术难题。
关键词:水库大坝;渗漏问题;探测技术;措施分析1水库大坝渗漏探测技术现状1.1电磁法类电磁法类主要包括自然电场法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、大地电磁法、探地雷达法、电磁波CT法等。
此类方法通过测量岩土材料本身电磁特性及其在天然或人工激发电磁信号作用下响应来探测坝体内部缺陷情况,若坝体内存在集中渗漏通道时会呈现明显电磁信号异常。
由于电磁信号在岩土地质体中衰减速率较快,电磁法类有效探测距离较短,且电磁信号易受外界环境及地层本身非均匀性干扰,探测精度常受到限制。
1.2弹性波法类弹性波法类主要包括地震折射波法、瑞雷波法、弹性波CT法、声呐法等。
此类方法利用人工激发的地震波、瑞雷波、声波等弹性波在被测介质中的不同传播速度及反射、折射、透射等原理对介质内部的缺陷进行检测。
如声呐法利用声波在水中的优异传导特性,基于多普勒原理实现对水库库底流速场的检测,以定位入渗点。
近年声呐法在闸坝、面板坝及沥青心墙坝等坝型渗漏检测中得到了成功应用,但此类方法多采用二维断面检测,需要布置大量断面才能显示整体检测结果。
1.3示踪法类示踪法类主要包括同位素示踪法、连通性试验、水化学分析等。
此类方法通过在大坝上游或渗漏入口投入同位素示踪剂、荧光素、食品级颜料或其他对环境无毒害的颜料示踪剂,调查渗漏入口的水化学成分(如氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子,钙、镁、钾、钠等离子),并在大坝下游渗漏出口进行监测,以判断水流的连通性及渗漏通道的存在。
此类方法一般作为渗漏探测的辅助验证手段,无法确定渗漏通道在大坝内部的分布情况。
1.4视频法类视频法类主要包括潜水员视频检查、彩色电视视频检查、水下机器人(ROV)探测、水下喷墨摄像、钻孔彩色电视成像技术等。
地下水资源勘查中的新型仪器应用
地下水资源勘查中的新型仪器应用在当今社会,随着人口的增长和经济的发展,对水资源的需求日益增加。
地下水资源作为重要的水资源组成部分,其勘查工作显得尤为重要。
而新型仪器的应用为地下水资源的勘查带来了新的机遇和突破。
一、地球物理勘探仪器地球物理勘探仪器在地下水资源勘查中发挥着关键作用。
其中,高密度电法仪是一种常用的新型仪器。
它通过向地下发送电流,并测量不同位置的电位差,从而获取地下介质的电阻率分布情况。
这有助于识别地下含水层的位置、厚度和渗透性等重要参数。
另外,地质雷达也是一种非常有效的地球物理勘探仪器。
它利用高频电磁波在地下传播时遇到不同介质界面产生反射的原理,来探测地下结构。
在地下水资源勘查中,地质雷达可以清晰地显示地下含水层的分布范围、隔水层的位置以及地下溶洞等特殊地质构造。
二、水文地质测试仪器在水文地质测试方面,新型的抽水试验设备极大地提高了勘查的精度和效率。
传统的抽水试验往往需要长时间的观测和大量的人力物力投入,而新型的自动抽水试验设备可以实现自动化监测和数据采集,实时记录水位、流量等参数的变化,并通过数据分析软件快速得出含水层的渗透系数、导水系数等关键水文地质参数。
此外,微水试验仪器也是一种创新的水文地质测试工具。
它通过向井中注入或抽出少量的水,并测量水位的变化,来评估含水层的水力特性。
微水试验具有操作简便、试验时间短、对含水层干扰小等优点,特别适用于在城市等复杂环境中进行地下水资源的勘查。
三、地下水监测仪器为了长期有效地监测地下水资源的动态变化,各种新型的地下水监测仪器应运而生。
例如,高精度压力式水位计能够实时、准确地测量地下水位的变化,其精度可以达到毫米级别。
这种高精度的监测数据对于研究地下水资源的补给、排泄规律以及评估水资源的开采潜力具有重要意义。
还有多参数水质监测仪,可以同时监测地下水的温度、pH 值、电导率、溶解氧等多个水质参数。
通过对这些参数的长期监测,可以及时发现地下水水质的变化情况,为地下水资源的保护和管理提供科学依据。
地球物理勘探技术在水库地质勘察中的应用
地球物理勘探技术在水库地质勘察中的应用地球物理勘探技术作为一种非破坏性的勘察方法,在水库地质勘察中具有重要的应用价值。
通过使用地球物理勘探技术,可以获取大量有关地质结构、地下水文特征及岩土工程力学性质等方面的信息,为水库工程的建设提供科学、准确的数据支持。
本文将介绍地球物理勘探技术在水库地质勘察中的常见方法及其应用。
一、重力勘探重力勘探是基于地球物理学原理的一种勘探方法。
通过测量地球表面重力场的变化情况,可以推测地下储层的分布情况。
在水库地质勘察中,重力勘探可以被用来探测地下水库的深度和厚度,并进一步分析地下水位的变化。
同时,重力勘探还可以用来判断地质构造的性质,如断层、褶皱等,以及岩石的密度情况,为水库工程的选址和设计提供了重要的参考信息。
二、电磁法勘探电磁法勘探是一种利用电磁场在不同介质中传播特性的差异来推测地下结构的勘探方法。
在水库地质勘察中,电磁法勘探主要应用于地下水资源的探测。
通过测量地下电磁场的异常变化,可以推测地下水位的深度和规模。
此外,电磁法勘探还可以识别地下固体和液体的界面,帮助判断岩土工程中的水文特征和地下构造。
三、地震勘探地震勘探是一种利用地震波在地下介质传播并产生反射、折射、散射等特性的勘探方法。
在水库地质勘察中,地震勘探主要用于获取地下岩层的构造情况和水文地质特征。
通过记录并分析地震波的传播和反射情况,可以推测出地下水库的储层性质和水文特征,为水库的选址和设计提供重要参考。
四、地电勘探地电勘探是一种利用地下介质的导电性差异来推测地下结构的勘探方法。
在水库地质勘察中,地电勘探常用于识别地下水位、水动力特征以及地下沉降等问题。
通过测量不同位置的电阻率差异,可以推测地下岩土的含水性、孔隙度和渗透性等信息,为水库工程的设计和建设提供重要的参考依据。
综上所述,地球物理勘探技术在水库地质勘察中具有广泛的应用前景。
通过重力勘探、电磁法勘探、地震勘探和地电勘探等方法的综合应用,可以全面了解水库地质构造和水文地质特征,为水库工程的选址、建设和管理提供科学的依据。
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㊀第39卷第2期物㊀探㊀与㊀化㊀探Vol.39,No.2㊀㊀2015年4月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICALEXPLORATIONApr.,2015㊀doi:10.11720/wtyht.2015.2.37王晓明,崔伟,聂栋刚.地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用[J].物探与化探,2015,39(2):432-436.http://doi.org/10.11720/wtyht.2015.2.37WangXM,CuiW,NieDG.TheapplicationoftheSNMRgroundwaterdetectiontechnologytothedetectionofreservoirdamleakage[J].GeophysicalandGeochemicalExploration,2015,39(2):432-436.http://doi.org/10.11720/wtyht.2015.2.37地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用王晓明1,2,崔伟3,聂栋刚3(1.安徽省矿产资源储量评审中心,安徽合肥㊀230001;2.合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥㊀230009;3.安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院,安徽蚌埠㊀233000)摘要:地面核磁共振找水技术是一种非介入探测技术,通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在地层中的分布,进而确定是否有地下水存在,并给出地下水位㊁富水程度和孔隙率等地层结构信息㊂以安徽某水库土质大坝为例,采用地面核磁共振方法对大坝渗漏进行勘查,取得初始振幅(E0)㊁纵向弛豫时间(T1)㊁横向弛豫时间(T∗2)等物理参数,分析物理参数与地质结构的对应关系,判断出坝体存在两处渗漏点,通过地面调查和工程地质钻探,验证了物探勘察结果,为病险水库坝体的治理提供地质依据㊂关键词:地面核磁共振;水库大坝;坝体渗漏勘查;地下水位中图分类号:P631㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1000-8918(2015)02-0432-05㊀㊀我国在20世纪50年代末至70年代修建了大量的平原和山区水库,很大一部分属边勘测㊁边设计㊁边施工的水利工程,限于材料和技术等条件,水库坝体以土石坝居多,经过几十年的运行加之管理粗放㊁维护较少,水库坝体㊁坝基出现渗漏的现象较为普遍,坝体的稳定性存在较大隐患,进而威胁水库下游的生命与财产安全㊂据不完全统计,全国3100多座大中型水库中,出现渗漏的坝体与坝基约占20%;小型水库大坝也约有40%存在渗漏问题[1]㊂目前,探测大坝渗漏点的技术方法有很多,一般是通过地球物理资料反演间接推断坝体㊁坝基的含水信息,再推测渗漏介质和渗漏途径[2-3]㊂而地面核磁共振(Surfacenuclearmagneticresonance,SNMR)方法是目前可以直接探测地下水的物探新方法,通过对物理参数与地质结构对应关系的研究,做出大坝渗漏位置㊁渗漏量的判断[4]㊂本次选取安徽省某水库作为地面核磁共振方法研究点,以检验SNMR方法在大坝渗漏勘查中的应用效果㊂1㊀基本原理地面核磁共振方法探测的目标是水中的氢质子㊂在地磁场B0的作用下,氢质子以Larmor角频率ωL=γp|B0|=2πfL(其中γp为质子旋磁比)进行旋进运动,产生沿地磁场方向的磁化强度M0(见图1a)[5]㊂世界范围内,地磁场强度B0为赤道的25000nT到两极的65000nT,即Larmor频率范围为1.0 3.1kHz㊂当铺设在地面上的线圈内通入Larmor频率fL的交变电流I(t)=I0cos(2πfLt)脉冲时,在地面以下产生高强度非均匀的激发磁场BT㊂激发磁场BT的能量由激发脉冲矩q所决定,q是激发电流脉冲的幅值I0和激发脉冲持续时间τ的乘积(τ一般为40ms)㊂激发磁场BT垂直于地磁场B0方向,则对自旋的氢质子施加了一个磁矩,使其旋转轴偏离地磁场B0方向(见图1b),导致平行于B0方向的纵向磁化强度减弱,而垂直于B0方向的横向磁化强度得到增强㊂当切断产生BT的电流脉冲时,核自旋磁化强度的纵向分量和横向分量按指数规律(纵向分量增强,横向分量衰减)变化至各自的原始状态(见图1c)㊂而横向分量衰减的弛豫现象产生一个微弱的,但可检测到的感应宏观交变磁场,用铺设在地收稿日期:2014-03-18基金项目:安徽省地质勘查局科研项目(2009-38)㊀2期王晓明等:地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用图1㊀地面核磁共振方法基本原理示意面上的同一线圈采集随时间衰减的感应电动势,即核磁共振(NMR)信号[4]㊂应用一个脉冲矩q进行激发,只能使地面以下某一深度区域内氢质子的自旋方向由平衡状态发生倾斜㊂从小到大选择合适的一系列脉冲矩q,可由浅到深地实现探测地下各深度位置的含水层分布㊂在每次测量过程中,记录所有按指数规律衰减的核磁共振响应信号,通过叠加和滤波等数据处理方法后,对信号进行参数提取,获得NMR信号的初始振幅E0㊁衰减时间常数T∗2㊁初始相位φ0等参数㊂因为初始振幅E0的大小与地下被测区域内的氢质子(即水分子)数量成正比,所以,经过一套脉冲矩q的测量后,则得到对应的初始振幅E0,经过反演解释便获得测量区域内地下含水层的含水量分布图[7-8]㊂在每个NMR测点上是通过由小到大(100 9000A㊃ms)依次改变激发脉冲矩(q=I0㊃tp,I0㊁tp分别为激发电流脉冲的幅值和持续时间)参数,观测和研究NMR信号的变化规律来了解由坝基浅到深各层的含水量[9]㊂通过分析坝基含水量的变化,可分析出坝基泄露点位置㊂本次选用法国IRIS公司研制的NUMIS系统开展研究,该系统由直流电源(汽车电瓶2块)㊁DC/DC转换器㊁发射机㊁发射/接收天线㊁调谐单元㊁接收机㊁外接计算机及部分辅助连线构成㊂2㊀研究区概况研究水库属长江流域滁河水系,设计洪水标准重现期30年一遇,校核洪水标准重现期300年一遇,水库大坝长350m,坝顶高程89.68 90.2m,顶宽4m,最大坝高12.7m㊂蓄水位86.4m,设计洪水位87.48m,总库容154万m3㊂水库枢纽工程由大坝㊁溢洪道和高㊁低放水涵组成㊂大坝坝体为土质坝,北部坝基为岩体花岗二长岩,南部坝基为砂岩㊂该水库1976年完成,在运行中多次出现严重渗漏㊂2009年曾采用多头小直径深层搅拌喷灌浆建造防渗墙对水库大坝进行处理,桩径为380mm,钻杆间距320mm,最小成墙厚度205mm,平均钻入深度为11.4m,取得了一定的防渗效果㊂库区及周边地貌类型为浅丘,地形呈南北高,中间低,标高约80 90m㊂地层属华南地层大区下扬子地层区,主要岩性有第四系上更新统下蜀组粘性土㊁新近系上新统黄岗组的玄武岩及古近系古新统的舜山集组的砂砾岩㊁泥砂岩㊁含钙砂岩,并出露燕山期侵入的花岗二长岩岩体(图2)㊂1 核磁共振点;2 水库大坝;3 第四系上更新统下蜀组;4 新近系上新统黄岗组;5 古近系古新统的舜山集组;6 燕山期花岗二长岩;7 地质界线图2㊀研究区地质背景及物探工作布置区内地下水类型划分为松散岩类孔隙水㊁碎屑岩类孔隙裂隙水㊁基岩裂隙水和玄武岩孔洞裂隙水四种类型㊂松散岩类孔隙水分布在大坝下及水库下㊃334㊃物㊀探㊀与㊀化㊀探39卷㊀游,含水岩组主要由第四系上更新统粉质黏土组成㊂单井涌水量10 100m3/d㊂碎屑岩类孔隙裂隙水分布在大坝西侧和水库南部,含水岩组主要由古近系的砾岩㊁砂岩㊁泥岩㊁页岩组成,单井涌水量<10m3/d㊂基岩裂隙水的含水岩组由燕山期侵入岩组组成,分布在大坝北侧和水库北部,地下水主要赋存于块状岩类的风化裂隙㊁构造裂隙㊁层间裂隙中,还有一些与断层直接相关的脉状水㊂单井涌水量10 100m3/d㊂玄武岩孔洞裂隙水的主要含水岩组由新近系上新统黄岗组玄武岩组成,主要分布于大坝南侧㊂地下水主要赋存于玄武岩气孔状㊁杏仁状构造及垂直节理㊁水平 层理 中,单井涌水量100 1000m3/d㊂3㊀现场核磁共振测量首先确定测区激发频率,利用NUMIS系统进行测量㊂利用磁力仪测量并算出该工区地磁场平均感应磁化强度B0=50258.22nT,据此确定NUMIS系统发射频率为2141.35Hz㊂在水库主坝体上布设一条SNMR观测剖面,剖面上敷设3个SNMR测深点:H1㊁H2㊁H3(见图2)㊂平均信噪比较大(1.18),每个点使用 8 字形线圈㊂根据工区地质背景和工作条件,确定NUMIS系统的记录长度为240ms,脉冲的持续时间置成40ms,脉冲间歇时间为30ms;选用16个脉冲矩,测量数值范围是在500 60000nV之间设置;叠加次数为32 64次㊂4㊀地面核磁共振数据解释4.1㊀数据处理与反演利用NUMIS系统自带程序和预处理系统对记录下NMR信号各参数进行数据处理和反演解释㊂表1为测量参数与反演所得水文地质参数的对应关系㊂表1㊀NUMIS系统的实测、解释参数SNMR测量得到的参数反演解释获得的参数初始振幅E0/nV单位体积含水量(有效孔隙度)横向弛豫时间常数T∗2/ms孔隙大小纵向弛豫时间常数T1/ms渗透性参数初始相位φ0/(ʎ)含水层的导电性(电阻率)㊀㊀自由水T∗2变化范围为30 1000ms,束缚水的T∗2小于30ms,NUMIS系统的脉冲间歇时间为30ms,记录不到束缚水的T∗2,因此,NUMIS系统接收不到束缚水的信号,其得到的参数是自由水的T∗2[7],野外试验归纳出T∗2值与含水地层的岩性之间有一定的近似关系(表2)[8-9]㊂表2㊀不同类型含水层的T∗2值弛豫时间/ms含水层类型含水层颗粒30砂质黏土层极细30 60黏土质砂㊁很细的砂层细60 120细砂层较细120 180中砂层中等180 300粗砂和砾质砂层较粗300 600砾石沉积粗600 1000地面水体或含水裂隙㊁溶洞等4.2㊀数据解释根据核磁共振测深各测点的反演解释结果,可以得到各测点的含水量直方图(含T∗2时间参数变化),结合工区地质和水文地质资料进行解释㊂由H1点含水量直方图(图3)可见,在深度2m以内T∗2ȡ500ms,含水量约为15%,这是水库地表水体导致;2 3m含水量较大,为30%,T∗2在250 350ms之间,表明含水层颗粒较粗,含水量大,现状调查为放水涵(见图6中L1处)所致;深度3 6m之间不含水;深度6 9m范围内T∗2<100ms,表明该层颗粒细㊁孔隙小,为粉质黏土层,地层本身含水量小,但测得其含水量大于25%,推测为水库漏水浸透到该处地层,导致含水量高;9 11m不含水,推测为致密的黏土层;14.2 31m范围内T∗2<100ms,表明该层颗粒细,推测为风化的砂岩,地层本身含水量小,但其平均含水量为12.3%,推测是由于水库漏水,浸透到该处地层,导致含水量较高;31m以下T∗2>500ms,推测为发育有裂隙的砂岩与花岗岩接触带,平均含水量为5.5%,表明裂隙内含水量不高,未受水库渗漏影响㊂图3㊀H1点含水量直方图图4显示,在深度1 2m范围内平均含水量为9%,T∗2ɤ150ms,受水面影响含水量偏大;3 13.5m不含水说明此处为相对隔水层,推测为采用水泥搅拌治理后的渗漏点;13.5 24m范围内T∗2ɤ150ms,表明该层颗粒细,推测为花岗岩侵入蚀变带,本身有一定的孔隙,但水量不大,实测其平均含水量12%,推测为水库漏水浸透到该处地层,导致含水量㊃434㊃㊀2期王晓明等:地面核磁共振地下水探测技术在水库大坝渗漏勘查中的应用图4㊀H2点含水量直方图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图5㊀H3点含水量直方图高,现状调查时大坝该处有湿润现象;24 49m范围T∗2为150 350ms,孔隙大于上一层,平均含水量5%,推测为花岗岩风化裂隙发育,但未受到水库渗漏影响,所以含水量小㊂图5可见,在深度1 4m附近区域,含水量平均等于10%,T∗2为250 300ms,现状调查为放水涵(见图6中L4处)所致;6 14.5m深度范围内T∗2ɤ100ms,推测为风化花岗岩,地层本身含水量小,但该范围内含水量最大为10%,推测为水库渗漏影响,导致含水量增大;24.3 30m范围内T∗2=300ms,推测为花岗岩,该层裂隙小,含水量较低,平均含水量为3.4%,表明该处未受水库泄露影响;3049m含水量较高,平均为11.5%,T∗2=200ms,推测可能是岩石中的小裂隙导致的,小裂隙中充满水;4 6m和14.5 24.5m范围内为隔水层,推测分别为致密的黏土和完整的花岗岩㊂1 水泥混合土;2 粉质黏土(含少量水泥);3 砂岩;4 强风化;5 中风化;6 微风化;7 黏土;8 花岗岩;9 风化程度分界线;10 地层界线;11 H1范围;12 H2范围;13 H3范围;14 含水量分界线;15 渗漏范围及编号图6㊀坝基地层剖面图及含水量等值线5㊀应用效果根据3个核磁共振测点所得含水量直方图数据,人工绘制含水量断面等值线图,并与钻孔揭露的地层进行对比(图6)㊂由图6可以得到如下结论:在埋深30m以内,含水量大于10%的区域有4处,编号L1 L4,L1㊁L4现场确认为放水涵㊂L2是渗漏点,推测为大坝放水涵下部断裂所致,埋深6 9m;L3为渗漏带,埋深主要在10 25.5m,长度约为180m,基本对应了花岗图7㊀大坝渗漏点地表㊃534㊃物㊀探㊀与㊀化㊀探39卷㊀岩侵入接触带和岩石风化带上㊂通过钻孔和野外调查也揭露相应的泄露点和渗漏带(图7),不含水的地方为水泥混合土,钻孔取出的岩性较为完整,室内试验的渗透系数在9ˑ10-7cm/s㊂说明地面核磁共振方法确定堤坝渗漏点(带)是有效的㊂6㊀结语地面核磁共振方法探测土石堤坝的完好性(例如坝体㊁坝基渗漏),是一种直接㊁准确㊁有效的方法,已为现场调查与钻探资料所验证㊂坝体㊁坝基的渗漏与地层含水性㊁渗透性和孔隙性密切相关,实际测量的E0㊁T1㊁T∗2与水文地质条件能够较好地对应,在本工区,经反演解释后,含水量大于10%的区带,可判断为坝体或坝基的渗漏途径及渗漏点㊂目前,地面核磁共振方法的数据处理和反演解释还是一维的,水文地质解释是建立在地表和地下介质水平㊁均质,且各项同性的基础上,研究成果还有一定的局限性;而二㊁三维数据处理㊁反演和水文地质解释,随着SNMR技术的改进而完善,将进一步提高新方法的勘查精度㊂致谢:感谢安徽省地勘局科技信息处的大力支持,感谢中国地质大学(武汉)地空学院李振宇教授的辛苦工作和提供的地面核磁共振勘查资料,感谢项目组无私提供完整报告及原始资料供研究参考㊂参考文献:[1]㊀王传雷,董浩斌,刘占永.物探技术在监测堤坝隐患上的应用[J].物探与化探,2001,25(4):294-299.[2]㊀奚家鉴.蓝洞水库大坝病险综合物探勘查[J].物探与化探,1999,23(5):356-362.[3]㊀薛建,易兵,成锁,等.灰坝渗漏的地球物理探测方法[J].物探与化探,2008,32(1):83-86.[4]㊀潘玉玲,BernardJ,李振宇,等.轻便新型核磁共振找水仪及其在堤坝监测中的应用[J].大坝与安全,2004(1):27-29.[5]㊀李振宇,潘玉玲,张兵,等.利用核磁共振方法研究水文地质问题及应用实例[J].水文地质工程地质,2003(4):50-54.[6]㊀李振宇,李俊丽,潘玉玲.地面核磁共振找水方法综述[J].勘探地球物理进展,2002,25(6):55-58.[7]㊀龚育龄,汤洪志,王良书,等.综合物探方法在中坊水库坝体隐患勘查中的应用[J].水文地质工程地质,2002(1):49-51.[8]㊀葛成,郭新军,赵海波,等.核磁共振T2谱反演影响因素[J].物探与化探,2011,35(6):845-847,854.[9]㊀孙淑琴,赵义平,林君,等.用地面核磁共振方法评估含水层涌水量的实例[J].地球物理学进展,2008,23(4):1317-1321.[10]邓靖武,潘玉玲,熊玉珍.探查地下水的新方法[J].现代地质;2004,18(1):121-126.[11]林君,段清明.核磁共振找水仪原理与应用[M].北京:科学出版社,2011.[12]尹成勇,潘玉玲.核磁共振技术在找水中的应用[J].地下水,1996,18(4):158-160.[13]安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院.地面核磁共振方法在水文地质勘查中的应用研究[R].安徽省地勘局科技信息处,2009.TheapplicationoftheSNMRgroundwaterdetectiontechnologytothedetectionofreservoirdamleakageWANGXiao⁃Ming1,2,CUIWei3,NIEDong⁃Gang3(1.MineralResource&ReservesEvaluationCenterofAnhuiProvince,Hefei㊀230001,China;2.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei㊀230009,China;3.No.1InstituteofHydrogeologicalandEngineeringGeologicalProspectingofAnhuiGeologicalProspectingBureau,Bengbu㊀233000,China)Abstract:Surfacenuclearmagneticresonance(SNMR)techniqueisanon-invasivedetectiontechnology,which,throughtherecogni⁃tionofthedistributionofhydrogenatomsignalsinwatermolecules,infersthedistributionofwatermoleculesinthestrata,andthende⁃termineswhetherthereexistsgroundwaterornotandprovidessomeinformationconcerningthewatertable,thewater⁃richdegreeandtheporosity.Inthispaper,takingasoildamofareservoirinAnhuiProvinceasanexample,theauthorsusedtheSNMRtoinvestigatethedamleakage,andobtainedsuchphysicalparametersasinitialamplitude(E0),longitudinalrelaxationtime(T1),andtransverserelaxationtime(T∗2).Throughanalyzingthecorrespondencebetweenthephysicalparametersandthegeologicalstructure,theauthorsdeterminedtheexistenceoftwoleakagepointsand,throughfieldinvestigationandengineeringgeologicaldrilling,verifiedthegeophys⁃icalsurveyresults,thusprovidingthegeologicalbasisforthemanagementofdangerousreservoirdam.Keywords:SNMR;reservoirdam;reservoirdamleakagedetection;groundwatertable作者简介:王晓明(1964-),男,高级工程师,长期从事水工环地质勘查㊁评价㊁研究工作㊂E⁃mail:cnahwxm@163.com㊃634㊃。