关于磁共振测深信号相关滤波器设计的调研报告

关于磁共振测深信号相关滤波器设计的调研报告学校：吉林大学学院：仪器科学与电气工程学院专业：测控技术与仪器班级：651102姓名：张博学号：65110206摘要：核磁共振测深（MRS）方法是目前唯一直接探查地下水的新方法。本文概要阐述了核磁共振找水仪的研制和进展以及扩大了MRS方法的应用领域方面的情况。在应用MRS方法探测地下水取得很大成效的此基础上，国内团队又在其他方向上做出了其他突破。MRS的应用越来越广泛，使得发展和使用这项技术的意义变得更加深远。关键词：核磁共振测深1、MRS研究目的及意义磁共振测深（MRS）方法是一种直接勘查地下水的地球物理方法，不打钻就可以确定出含水层的深度、厚度、含水率、含水层平均孔隙度，且完成一个核磁共振测深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的1/10，因而该方法在地下水探测、水资源普查等方面获得了广泛应用。但由于磁共振探水仪的接收灵敏度高，接收到的MRS信号（纳伏级）非常微弱,因而极易受到电磁噪声的干扰，主要包括环境中的随机自然噪声、电力线噪声（50Hz及其谐波）影响较为严重。这些干扰的存在将直接影响MRS有效信号的提取，进而影响后续反演解释的准确性。因而，本项目的研究目的是根据随机自然噪声、电力线噪声自相关和互相关函数的特点，基于相关检测的手段开展滤波器设计，同时结合Labview和Matlab两种编程软件的优势，实现MRS信号与噪声的分离。可见，该研究具有重要的理论意义和实用价值。2、目前中国MRS的发展了解了MRS方法的现状和发展趋势，找到我们工作的不足：中国的MRS方法的基础、应用基础理论研究的工作力度不够，人力和物力投入均相对不足。德国柏林技术大学在这方面做了许多工作，值得我们学习和借鉴。在MRS的仪器研制方面是法国的IRIS公司为唯一商品仪器制造厂家，世界各国使用的仪器都是该公司产品，唯有俄罗斯在使用他们自己研制的核磁共振层析找水仪（HYDROSCOPE3B）。目前，中国还没有国产的该类仪器。尽管几年来我们为MRS仪器和找水产业国产化积累了经验和人才、技术储备，但是，仪器的国产化资金无着落。中国现有的NUMIS与NUMISPlus相比的差距是：仪器(NUMIS)笨重；勘探深度仅为100m;水文地质信息不如NUMISPlus丰富。3、MRS方法应用的新领域自1997年中国地质大学引进NUMIS系统以来，我们结合中国的实际，在大面积地下淡水资源普查工作中应用MRS方法；解决重大工程项目的水源地、支援工、农业和国防建设中探查到各种类型的地下水（喀斯特水、孔隙水、裂隙水、地下热水）中应用MRS方法。并在我们的科研成果的指导下，总结了在我国应用MRS方法探测地下水的应用效果和特点，在此基础上，扩大了MRS方法的应用领域。我们率先用MRS方法进行了滑坡监测和考古工作。3.1中国地质大学利用NUMIS系统在三峡滑坡监测中得到了良好的地质效果。在总结应用MRS方法探测地下水的经验的同时，考虑了MRS方法特点，我们研究了工程地质和考古方面工作需要和可能性，在工程地质和考古方面应用了MRS方法，在三峡滑坡监测和秦皇陵勘测中，已取得中外瞩目的科研成果[6]。MRS方法原理已指出，在有地下水活动地段，就有核磁共振信号响应，因此，MRS方法可以用来查明研究地段（滑坡发育地段）有或无地下水的活动情况。利用NUMIS（或NUMISPlus或NUMISLite）系统配备的软件对采集信号进行处理和解释，给出了各含水层深度、厚度和表１中的定量解释结果。在没有地下水活动的地段，MRS方法则无响应，说明被研究地段是完好的。我们利用NUMIS系统对三峡滑坡进行监测的原理，也是基于查明监测地段地下水的活动情况，因为地下水的存在与运移状况直接影响滑坡的稳定性，地下水是滑坡发生的润滑剂，所以，近三年来，把MRS方法应用在三峡滑坡监测中（国家自然科学基金项目《用核磁共振方法对三峡巴东地区滑坡的监测》），在丰水期和枯水区监测地下水活动的情况表明，地下含水层的位置和滑坡面的位置是完全一致的，这一结论已被钻探结果所证实[7]。事实说明了MRS方法解释结果的正确性和监测滑坡的可能性，为监测滑坡提供了新手段。3.2用MRS方法进行考古国家863计划《考古遥感与地球物理综合探测技术》课题，总目标以秦皇陵区为对象，利用遥感与地球物理综合探测技术进行无损勘查。该研究已于2002年11月15日正式启动，2003年7月30日外业工作结束。该课题取得非常有价值的研究成果，2003年年底通过国家科委正式验收。参与该项目的专家曾运用遥感、物探等多种方法，对秦皇陵区地宫进行无损测查，但均不能确定地宫中有没有进水。地面核磁共振测量探测任务是，利用直接寻找地下水的MRS方法，查明封土堆下的含水层的情况。这是世界上核磁共振技术首次用于考古。2002年12月底，我们在秦皇陵封土堆上及其附近，进行了地面MRS方法测量，通过精细施工，采集到了5个测深点的数据，其中4个测深点位于秦皇陵封土堆上，另1个位于封土堆排水渠南边。并经过精细处理和反演发现，封土堆上的4个测深点下方都有两个含水层，图1是MRS方法在封土堆上的东西剖面推断解释结果：两个含水层分别位于海拔480～490米和海拔440米深处，而在海拔440米～480米区段是无水区。但在封土堆排水渠南边的测深点推断解释结果则不一样，即在相同海拔高程之间（440米～480米）却为含水区。在其它物探方法推测的基础上，我们的探测结果说明了地宫就位于海拔440米至480米的封土堆下，而且地宫中没有进水，为推断地宫的完好性提供了重要依据；同时也说明了周围的排水渠仍在发挥作用。利用遥感与地球物理综合探测技术对秦始陵区进行无损勘查，意义非常重大，地宫则是秦皇陵的主体。本次秦皇陵考古的无损勘查成果，对考古工作有重大的指导作用。图1秦皇陵封土堆上MRS方法在东西剖面推断解释结果[6]Fig.1MRSResultinMausoleumofFirsQinEmperor4今后研究方向和建议4.1加强MRS方法资料的二维、三维反演解释和成图研究，以便提供更多的水文地质信息和提高MRS资料的可视化程度。4.2继续扩大MRS方法应用领域的研究与实践，其重点是堤坝安全、高速公路检测和考古研究与实践。4.3建议保持MRS方法研究人员的相对稳定不断提高研究人员的技术水平。4.4仪器研制方面的工作一是筹措资金，加速MRS仪器国产化的进程，形成民族化的找水产业；二是建议设备更新，将NUISM升级为NUMISPlus或者购买新仪器。参考文献：李振宇,高秀花,潘玉玲,核磁共振测深方法的新进展,1004-4140（2004）02-0006-05