本發(fā)明屬于地球物理勘探，尤其涉及一種高效高信噪比地面磁共振探測方法。

背景技術(shù)：

1、地面磁共振地下水探測方法是一種非侵入性的直接探測地下水的地球物理方法。傳統(tǒng)的地面磁共振探測方法采用地磁場作為背景探測磁場，采用交流發(fā)射線圈發(fā)射射頻脈沖激發(fā)地下水中氫原子發(fā)生磁共振現(xiàn)象，從而探測地下水。但是該方法存在兩個問題：一是信號信噪比低，在強干擾環(huán)境下，有效信號極容易被噪聲淹沒；二是脈沖發(fā)射間隔長導(dǎo)致探測效率低，單個測點一般需發(fā)射10組以上的探測脈沖，因此單一測點通常需要數(shù)小時進行探測，導(dǎo)致無法開展大范圍的區(qū)域性普查。

2、針對上述的探測信號信噪比低的問題，相關(guān)從業(yè)人員開發(fā)了預(yù)極化方法，該方法通過在探測脈沖前施加一個直流預(yù)極化場來增加探測背景場強度，相比于傳統(tǒng)方法可大幅度提高探測信號幅度。但是該方法在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上增加了一個4~7s以上的預(yù)極化脈沖，降低了探測效率。針對上述的探測效率低的問題，相關(guān)從業(yè)人員開發(fā)了穩(wěn)態(tài)脈沖探測方法，該方法通過縮短脈沖間隔，減少單組脈沖發(fā)射時間，可大幅提高探測效率，但是這種方法只是提高了探測效率，并沒有提升信號信噪比，因此在復(fù)雜噪聲環(huán)境下，有效信號仍然難以被提取。

3、目前國內(nèi)外尚無通過調(diào)整直流發(fā)射與交流發(fā)射脈沖時間與發(fā)射間隔兼顧地面磁共振信號信噪比與探測效率提升的方法，為此提出一種高效高信噪比地面磁共振探測方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高效高信噪比地面磁共振探測方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種高效高信噪比地面磁共振探測方法，所述方法基于一組由直流發(fā)射線圈和交流發(fā)射線圈組成的發(fā)射線圈組，所述直流發(fā)射線圈和交流發(fā)射線圈按照同心模式排列；所述方法包括以下步驟：

4、步驟1、計算直流發(fā)射線圈在地下空間中產(chǎn)生的直流預(yù)極化磁場和交流發(fā)射線圈在地下空間中產(chǎn)生的射頻激發(fā)磁場；

5、步驟2、計算直流預(yù)極化磁場和射頻激發(fā)磁場交替作用下的地下磁化強度變化情況；

6、所述步驟1包括以下步驟：

7、步驟11、計算線圈通入電流后產(chǎn)生磁場；

8、步驟12、計算線圈所產(chǎn)生的整體磁場；直流發(fā)射線圈通過產(chǎn)生恒定的磁場來增強地下空間氫原子磁化矢量，交流發(fā)射線圈通過產(chǎn)生射頻的磁場來扳倒地下氫原子的自旋方向；

9、所述步驟2包括以下步驟：

10、步驟21、計算直流預(yù)極化磁場對氫原子磁化強度的增強情況；

11、步驟22、計算射頻激發(fā)磁場對氫原子的扳倒情況；

12、步驟23、計算地下磁化強度的變化情況：根據(jù)設(shè)置的不同的直流發(fā)射電流時間和交流發(fā)射電流時間，分別計算出直流預(yù)極化磁場對地下磁化強度的增強程度和射頻激發(fā)磁場對氫原子的扳倒情況，并得到地下磁化強度變化情況曲線；通過調(diào)整直流電流發(fā)射時間、交流電流發(fā)射時間和發(fā)射間隔時間，控制磁化強度按照逐步累積并穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

13、進一步的，所述步驟11和步驟12的具體步驟如下：

14、步驟11、根據(jù)biot-savart定律計算磁場分布，邊長為2 a的直流發(fā)射線圈中邊電流在空間內(nèi)任意一點r形成的磁場表示為：

15、

16、其中， b pr為空間內(nèi)r點的預(yù)極化磁場強度， μ0為磁導(dǎo)率， i p為直流預(yù)極化磁場的激發(fā)電流， θ r和為r點到導(dǎo)線兩端點的夾角；

17、邊長為2 c的交流發(fā)射線圈中邊電流在空間內(nèi)任意一點r形成的磁場表示為：

18、

19、其中， b ar為空間內(nèi)r點的激發(fā)場強度， i a為射頻激發(fā)磁場的激發(fā)電流， α和為r點到導(dǎo)線兩端點的夾角；

20、步驟12、根據(jù)步驟11計算出的結(jié)果，將直流發(fā)射線圈在地下一點r所激發(fā)的直流預(yù)極化磁場表示為：

21、

22、其中， b prx、 b pry和 b prz為地下r點的x、y、z方向上的直流與極化磁場分量， b pr1~ b pr4分別為直流發(fā)射線圈四條邊所產(chǎn)生的磁場， e xr、 e yr和 e zr分別為x、y、z方向上的單位磁通；

23、將交流發(fā)射線圈在地下一點r所激發(fā)的射頻激發(fā)磁場表示為：

24、

25、其中， b arx、 b ary和 b arz為地下r點的x、y、z方向上的交流激發(fā)磁場分量， b ar1~ b ar4分別為交流發(fā)射線圈四條邊所產(chǎn)生的磁場。

26、進一步的，所述步驟21和步驟22的具體步驟如下：

27、步驟21、由步驟12獲得地下空間的直流預(yù)極化磁場bp，求得bp分布后，根據(jù)凈磁化強度與磁場關(guān)系確定充分極化后的地下mbp分布：

28、

29、其中， n為單位體積氫原子數(shù)量， g m為朗德因子， h q為普朗克常數(shù)， k為玻爾茲曼常數(shù)， t為絕對溫度；

30、根據(jù)所求得的直流發(fā)射線圈激發(fā)所增強的凈磁化強度，計算地下氫原子的總磁化強度m：

31、

32、其中， m0為地磁場的磁化強度；

33、步驟22、由步驟12獲得地下空間的射頻激發(fā)磁場ba，求得ba分布后，計算有效射頻激發(fā)磁場的垂直分量：

34、

35、其中， α為射頻激發(fā)場的橢圓極化場長軸分量， β為射頻激發(fā)場的橢圓極化場短軸分量，為有效射頻激發(fā)磁場的垂直分量， i為單位向量，為地磁場方向向量，為的伴隨矩陣， i a為射頻激發(fā)磁場的激發(fā)電流；

36、然后根據(jù)氫原子扳倒角與有效射頻激發(fā)磁場的垂直分量、激發(fā)電流和氫原子旋磁比的關(guān)系，計算氫原子被扳倒的扳倒角大?。?/p>

37、

38、其中，γ為氫原子旋磁比，為氫原子扳倒角變化率。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

40、本發(fā)明采用一個直流發(fā)射線圈與一個交流發(fā)射線圈同心布置，構(gòu)成發(fā)射線圈組，替代傳統(tǒng)的單個交流發(fā)射線圈，通過由交替激勵引起的磁化強度變化，調(diào)整直流電流發(fā)射時間、交流電流發(fā)射時間和發(fā)射間隔時間，控制磁化強度按照逐步累積并穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而提高氫原子的宏觀磁化矢量；本發(fā)明提出的交替激勵發(fā)射模式的單組脈沖發(fā)射時間在1s之內(nèi)，可有效提高探測效率。本發(fā)明實現(xiàn)了兼顧提高地面磁共振探測信號信噪比與提升探測效率的效果。