МАГНИТНОРЕЗОНАНСНЫЙ ГЕОИНТРОСКОП

Предлагаемое устройство относится к области технических средств разведки и обнаружения залежей подземных минералов и предназначено для дистанционного поиска залежей воды.
Известно аналогичное устройство для дистанционного обнаружения подземных залежей минералов [1, 2], основанное на приеме сигналов ядерного магнитного резонанса (ЯМР) индукционным датчиком от ядер вещества, находящегося в геомагнитном поле и удаленного от датчика на значительное расстояние. Устройство содержит резонансный контур в форме петли, развернутой на поверхности почвы, настроенный на частоту магнитного резонанса ядер в геомагнитном поле, коммутационное устройство, передатчик, усилитель и измерительное устройство. Недостатком устройства является незащищенность от внешних электромагнитных помех, которые индуцируются в контуре и которые могут быть весьма значительными из-за больших размеров петли, а полезный сигнал может быть очень малым, особенно для глубоко расположенных залежей. Другим недостатком является невозможность реализовать режим синхронного детектирования, так как частота ядерного магнитного резонанса в геомагнитном поле недостаточно стабильна из-за существования его вариаций. Эти обстоятельства ограничивают глубину обнаружения минерала.
Известно устройство для ядерного магнитного каротажа [3], состоящее из опускаемого в скважину индукционного датчика, и дополнительного датчика, расположенного на поверхности земли и осуществляющего компенсацию электромагнитной помехи, наводимой на основной датчик. Недостатком устройства является возможность приема сигналов ядерного магнитного резонанса только из зоны, близкой к основному датчику, что не позволяет использовать его для дистанционного обнаружения воды.
Известно также устройство, принятое в качестве прототипа данной модели, предназначенное для дистанционного обнаружения подземных залежей воды, основанное на том же принципе и имеющее тот же состав [4], однако с целью улучшения отношения полезного сигнала ЯМР к сигналу помехи индукционный датчик этого устройства выполнен в виде петли, имеющей специальную форму в виде «восьмерки». Положительный эффект достигается за счет взаимной компенсации сигналов электромагнитных помех, индуцируемых в каждой из частей «восьмерки» в противоположных фазах.
Недостатком известного устройства является ограничение глубины обнаружения залежи воды и недостаточная точность ее определения из-за дополнительного ослабления сигнала ЯМР по мере увеличения глубины залегания за счет того, что взаимной компенсации в известном устройстве подвергаются не только сигналы помехи, но в определенной степени и полезные сигналы от ядер. При этом степень ослабления суммарного полезного сигнала тем больше, чем глубже находится залежь воды, то есть именно в той ситуации, в которой особенно существенно иметь достаточное отношения полезного сигнала к помехе.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение максимальной глубины обнаружения водоносных слоев и точность определения глубины их залегания за счет существенного улучшению отношения полезного сигнала к помехе, компенсации вариаций геомагнитного поля и обеспечения осуществления обработки данных в режиме синхронного детектирования.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве - магнитнорезонансном геоинтроскопе, - содержащем индукционный датчик сигналов ядерного магнитного резонанса от подземной воды в форме петли, развернутой на поверхности почвы и дополнительный опорный датчик сигналов ЯМР от стандартного образца, настроенные на частоту магнитного резонанса ядер водорода в геомагнитном поле и подсоединенные через коммутатор к импульсному генератору и многоканальному усилителю, которые подключаются через контроллер к
ЭВМ, благодаря наличию дополнительного опорного датчика формируется сигнал, используемый в качестве опорного для синхронного детектирования и для компенсации помехи, что и обеспечивает хорошее отношения полезного сигнала к помехе.
Блок-схема магнитнорезонансного геоинтроскопа приведена на Фиг.1.
Индукционный датчик сигналов ядерного магнитного резонанса в форме петли (1) и опорный датчик (7) через коммутатор (2) соединены с генератором (3) и усилителем (4), которые подсоединены к аналоговым входам контроллера (5); цифровые вход и выход контроллера (5) подсоединены к интерфейсу ЭВМ (6).
Работа магнитнорезонансного геоинтроскопа осуществляется следующим образом.
Интерфейс ЭВМ (6) по команде оператора под действием загруженной в ЭВМ программы вырабатывает команду в виде цифрового кода, который поступает на цифровой вход контроллера (5). В контроллере (5) цифровой код преобразуется в аналоговый сигнал, который направляется на его аналоговый выход, подсоединенный к генератору (3), и под действием которого генератор вырабатывает импульсы заданной длительности с частотой заполнения, равной частоте ЯМР в геомагнитном поле. Импульсы через коммутатор (2) поступают на индукционные датчики (1) и (7) и возбуждают прецессирующую ядерную намагниченность в подземной воде и стандартном образце соответственно. Сигналы, индуцируемые в этих же датчиках прецессирующей ядерной намагниченностью поступают через коммутатор (2) и усилитель (4) в контролер (5), где они оцифровываются и направляются в ЭВМ. В ЭВМ осуществляются функции цифровой фильтрации полезных сигналов, компенсации сигнала помехи и синхронного детектирования, причем в качестве опорного сигнала, отслеживающего вариации геомагнитного поля, используется сигнал ЯМР от дополнительного датчика. Существование сигнала после детектирования свидетельствует о наличии воды в данном месте, а из зависимости его интенсивности от длительности возбуждающего импульса определяется глубина ее залегания.
Предлагаемая полезная модель опробована в лабораторных условиях Санкт-Петербургского государственного университета.
Реализация предлагаемой полезной модели будет способствовать простым и сравнительно недорогим по сравнению с мировыми аналогами решению важной проблемы - обеспечения водой населения засушливых зон.
Использованные источники
[1] Семенов А.Г, Бурштейн А.И., Пусеп А.Ю., Щиров М.Д. А.с.1070063 СССР. Устройство для измерения параметров залежей подземных минералов. А.с.1070063 СССР. 1988.
[2] Semenov A.G., Schirov V.D., Legchenko A.V., Burstein A.I., Pusep A.Ju. Device for measuring the parameters of underground mineral deposit. GB Patent 2198540 B,1989.
[3] Trushkin D.V., Shushakov O.A., Legchenko A.V. The potential of a noise-reducing antenna for surface NMR groundwater surveys in the earth's magnetic field. 1988.
[3] Чернышев Ю.С. А.с.СССР №166419 от 29.03.1963.