基于铁磁体偏共振响应信息提取的隧道扫频核磁共振方法研究

发布时间：2020-05-19 14:45

【摘要】：近几年内,由于国家大力推进高速铁路建设,越来越多的隧道涌现在较高海拔的西部地区。在隧道修建逐渐向前向深的掘进过程中,需要对掌子面前方不明情况进行有效探测,再加之西部地区山峰重峦叠嶂,连绵起伏,地质条件复杂,对于隧道的修建带来了更多棘手的难题。随着人们的需求和科技水平地不断提升,各种地球物理勘探方法都相应实现了各自较为良好的探测方法。在进行水资源以及灾害水的探测和预报中,核磁共振法由于可以有效激发水中的氢质子,故在大多数地球物理方法中有着更出色的表现。该方法能够实现对浅地表或岩体中的蓄水层进行有效探测,是当今时代在找水以及隧道灾害超前预报领域中较为有效地能直接圈定特定区域内蓄水层储水量和空间分布的方法。由于水中的氢质子只有在受到外磁场频率为拉莫尔频率的大小时才会向高能级跃迁,即成功激发。故在多数核磁共振方法探测中,一般正常使用数值为拉莫尔频率大小的激发频率的磁场激发水中的氢质子,而氢质子的拉莫尔频率恰恰由当地的地磁场大小决定。地磁场分布不均匀,周围赋存含磁物质或磁性岩体,甚至地磁日变都会对地磁场的大小产生或多或少的影响,这种影响往往会被施工人员忽略,误认为当地静磁场的大小即为真实地磁场的值。故用这样一个“原先”大小的地磁场值计算出的激发频率值与处在真实环境下水中氢质子的拉莫尔频率会存在一定的偏差。甚至有时由于偏差过大导致氢质子不能成功向高能级跃迁,从而产生一些不准确的响应,对后期分析解释以及后续的施工带来诸多问题。本文通过针对隧道内实际环境,隧道中轨道等磁性体进行数值建模,利用静磁场三维正演分析几种磁性体对背景场的影响,证实了一定规模的铁磁性物质会对静地磁场产生几十到几百纳特的影响。之后基于矢量有限元的激发场进行核磁共振三维正演模拟和分析,验证了核磁共振正演的正确和实用性,并在以上基础上提出一种新的扫频核磁共振方法即改变核磁共振发射波形,以对上述影响进行改进。若拉莫尔频率在激发扫频过程恰好与其中的某个频率相契合,那么将会产生共振信号,并利用矢量有限元方法实现扫频核磁共振三维正演,提取了有效的核磁共振信号。
【图文】：

自由核磁矩Larmor进动（此时0）

T与aT关系图
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U456.3

【参考文献】

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本文编号：2671049