基于低场磁共振的烃类污染检测方法研究

发布时间：2017-05-15 06:09

  本文关键词：基于低场磁共振的烃类污染检测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济和社会的快速发展,对以汽油和柴油为主的烃类物质需求日益增加,但随之而来的烃污染事故,尤其是污染水事故呈增长态势。如何简易、高效和快速地检测烃污染是地球物理和环境保护等工作者的重点研究内容之一。烃污染检测包括重量法、浊度法、色谱法、电阻法、热解法、紫外吸收光度法、荧光光度法、光声光谱法及红外吸收光度法等。这些方法或者需要标准油样,或者需要萃取液萃取才能对样本实施检测,均不能实现原位非取样测量。地面磁共振找水技术因其非侵入检测、高效率和解唯一等优点成为地下水探测的一种常规手段,在石油测井领域磁共振技术也得到广泛应用。本文立足于磁共振检测方法,在实验室利用低场磁共振仪器对以汽油和柴油为代表的烃物质与水混合制成的污染样品进行磁共振检测烃污染方法的探索,为磁共振技术应用于地下浅层烃污染非侵入式原位探测提供参考。本文各项实验是在0.5T场强下开展的,以解决因地磁场磁场强度太低,导致信号强度小,抗干扰能力差且分辨率低等问题。为了能够准确检测烃类物质,首先针对本实验信号信噪比高,采样点多等特点,深入研究基于联合迭代重建反演算法的弛豫数据反演方法。本文在反演算法分析部分详细介绍回波信号的组成和矩阵形式下的表述,通过在算法开始时给予粗算初始值的方法降低算法迭代次数,提高反演算法运行效率。在反演算法数值仿真部分,构造T_2谱,正演计算出回波信号,再用本文算法反演回波信号与原构造谱比对,通过评估反演效果确定合适的反演参数。随后在回波信号中加入高斯白噪声验证算法有效性和实用性,使算法能够准确有效地处理实验数据。本文详细说明了联合迭代重建反演算法的步骤及流程图。在烃污染检测实验部分,精确配置不同烃水比例的实验样品,选用在自旋回波基础上形成的CPMG序列和反转恢复序列激发样品分别得到横向弛豫回波信号和纵向弛豫回波信号。最后,用本文算法对所有实验所得回波信号分别反演,得到T_2谱和T_1谱。分析所有的汽油水混合物样品和柴油水混合物样品的谱图,根据谱峰位置和谱峰面积大小定性分析物质种类,柴油水混合物中物质种类能够量化并且能够用拟合方程表达,汽油水混合物部分样品能够用拟合方程表达。本文的实验方法、实验数据、反演方法和实验结果分析等为将磁共振方法应用于浅地表烃污染检测提供参考和思路。
【关键词】：低场磁共振 弛豫时间 联合迭代重建反演 烃污染
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X830
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外发展现状12-14
• 1.3 研究意义和内容14-16
• 第2章 低场磁共振技术基本原理16-26
• 2.1 磁共振基本原理16-22
• 2.2 仪器硬件结构及实验脉冲22-25
• 2.2.1 仪器硬件结构22-23
• 2.2.2 实验脉冲序列23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 联合迭代重建反演算法研究26-35
• 3.1 弛豫谱反演算法26-27
• 3.1.1 弛豫信号方程描述26-27
• 3.1.2 常用弛豫谱反演算法27
• 3.2 联合迭代重建反演算法27-31
• 3.2.1 磁共振弛豫谱的正演模拟28-29
• 3.2.2 反演方法步骤29-31
• 3.3 模型数值仿真31-34
• 3.3.1 抗噪性影响分析32-33
• 3.3.2 迭代次数影响分析33
• 3.3.3 弛豫布点数影响分析33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 基于低场磁共振的烃污染检测实验35-42
• 4.1 实验条件35-36
• 4.1.1 实验设施35
• 4.1.2 实验样品配制35-36
• 4.2 CPMG实验36-39
• 4.2.1 汽油水混合物实验36-38
• 4.2.2 柴油水混合物CPMG实验38-39
• 4.3 IR实验39-41
• 4.3.1 汽油水混合物IR实验39-40
• 4.3.2 柴油水混合物IR实验40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 反演结果及实验分析42-56
• 5.1 T_2谱反演结果42-46
• 5.1.1 柴油水混合物的T_2谱反演结果42-44
• 5.1.2 汽油水混合物的T_2谱反演结果44-46
• 5.2 T_1谱反演结果46-49
• 5.2.1 柴油水混合物的T_1谱反演结果46-47
• 5.2.2 汽油水混合物的T_1谱反演结果47-49
• 5.3 反演结果分析49-55
• 5.3.1 柴油水混合物的反演结果分析49-52
• 5.3.2 汽油水混合物的反演结果分析52-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 全文总结56-58
• 6.1 主要工作56-57
• 6.2 进一步研究建议57-58
• 参考文献58-62
• 作者简介及科研成果62-63
• 致谢63

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本文编号：367010