复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展

林 君，蒋川东，段清明，王应吉，秦胜伍，林婷婷

吉林大学仪器科学与电气工程学院／地球信息探测仪器教育部重点实验室，长春 130026

复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展

林 君，蒋川东，段清明，王应吉，秦胜伍，林婷婷

吉林大学仪器科学与电气工程学院／地球信息探测仪器教育部重点实验室，长春 130026

磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水的地球物理新方法，与传统地球物理探测地下水方法相比，具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速，不仅用于缺水地区的地下水勘查，还在地下灾害水源（由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、隧道／矿井水害、滑坡、海水入侵等）的探测预警中进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术的研究现状，包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、地下小水体的2D／3D磁共振探测、复杂条件的数据处理与反演、针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探测研究成果，简要介绍了磁共振技术用于滑坡、海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探索性研究示例，展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。

地下水；磁共振测深；复杂条件；灾害水源探查；研究现状；发展趋势

Key words：groundwater；magnetic resonance sounding（MRS）；complicated geophysical condition；water－disaster investigation；situation；progress

0 引言

水资源是人类赖以生存的最重要自然资源之一，也是国民经济发展过程中不可替代的战略资源。世界各国和地区地表和地下水资源各异，缺水程度也不同，许多国家和地区处于缺水和严重缺水境地。联合国最近的一份报告认为，全世界超过20亿人口面临缺水问题，淡水资源缺乏已成为世界性重大难题。我国的淡水资源形势更为严峻：人均淡水资源占有量低于世界平均水平，面临缺水问题的人口比例高达40%以上。研制快速高效的地下找水仪器，在我国北方干旱、半干旱地区和西南岩溶地区寻找地下淡水以及高效、廉价地评价地下淡水资源是科技工作者所面临的重要任务之一。

常规的物探找水方法都是通过勘查含水构造和层位来间接找水，不具备解决何处有水、有多少水等一些与地下水紧密相关的基本问题的能力。近年来国际上已开发出一种新的地球物理方法直接探测地下水，即利用磁共振测深（magnetic resonance sounding，MRS，亦称核磁共振NMR）技术探测地下水［1］。它利用人工激发的电磁场使地下水中氢核形成宏观的磁矩，这一宏观磁矩在地磁场中产生旋进运动，其进动频率为氢核所特有，再用线圈（框）拾取宏观磁矩进动产生的电磁信号，即可探测地下水是否存在。因为MRS信号的幅值与所探测空间内水含量成正比（结合水和吸附水除外），这就形成了一种可确定地下水存在及含水量的新找水方法和仪器［2－5］。

早在1962年，Varian［6］就磁共振探测地下水的方法和装置申请了美国专利，但由于技术的限制，所申请的专利并没有能够实现仪器样机。从1978年起，前苏联科学院西伯利亚分院化学动力学和燃烧研究所（ICKC）以Semenov为首的一批科学家在Varian专利的基础上，研发出世界上第一台在地磁场中测定出地下水MRS信号的仪器，称为核磁共振层析找水仪（hydroscope），于1988年在苏联和英国申请了专利［7－8］。通过大量野外试验验证了核磁共振找水方法是一种可以直接找水的地球物理新方法。1994年，法国地调局（BRGM）的IRIS公司购买了该仪器的专利，并与原研制单位ICKC合作，着手研制新型的核磁共振找水仪，于1996年春推出了商品化的核磁共振找水仪NUMIS，成为目前为止世界上第一个将核磁共振找水仪商品化的国家。1999年IRIS公司将NUMIS系统（勘探深度为100 m）升级为NUMISPLUS（勘探深度为150m）。近年来，该公司又先后推出勘探深度为50m的小型化仪器NUMISLite和勘探深度为150m四通道抗干扰仪器NUMISPOLY，美国也推出了四通道抗干扰磁共振找水仪GMR。

关于磁共振找水技术的名称，人们习惯用核磁共振的英文缩写，即NMR。为了区别于医学等领域用的核磁共振技术，近年来人们又通常把核磁共振找水技术简称为MRS。2002年和2008年，由Legchenko等主编的《Journal of Applied Geophysics》出专集刊登了第一届［9－11］和第三届［12－16］磁共振找水技术国际研讨会利用磁共振技术探测地下水的方法及应用方面的部分文章；2005年和2011年，《Near Surface Geophysics》刊登了第二届［17－19］和第四届［20－24］磁共振找水技术国际研讨会的部分论文，2012年将在德国召开第五届磁共振找水技术国际研讨会。

我国最早开展磁共振找水技术研究可以追溯到上世纪60年代：原长春地质学院的崔秀峰和张昌达利用示波器等简陋的仪器设备在长春市净月潭进行了磁共振找水试验，这项试验几乎与国际上开展该项技术的研究同步；但由于当时技术上的限制，实验没有探测到地下水反映出的核磁共振信号［25］。直到1997年底，中国地质大学（武汉）引进了法国IRIS公司研制的NUMIS系统。2001年，水利部牧区水利科学研究所引进NUMISPLUS。上述单位利用引进的找水仪器成功地在湖北、湖南、河北、福建、内蒙古、新疆等多个省市和地区进行了大量的MRS找水实践，促进了我国磁共振找水技术的发展［26－30］。

2002年，吉林大学地下水磁共振探测技术课题组联合水利部牧区水利科学研究所开始了磁共振找水仪原理样机及野外实验研究，经过5年多的刻苦努力，研制出第一套MRS找水仪科研样机——JLMRS－I型［31－34］。经过多次野外实验表明，该样机可以可靠地测量出地下100m深度以内的地下水核磁共振信号。该样机在吉林省扶余县五家站乡和弓棚子乡以及吉林省农安县烧锅镇化东屯水库滩涂进行了实验并与法国NUMISPLUS核磁共振找水仪的测量结果对比。结果表明，JLMRS－I型找水仪在较少的叠加次数的情况下［35－37］就能得到较高的信噪比，且测到的含水层位置与法国NUMISPLUS的基本一致。2008年9月在烧锅镇化东屯水库测量点进行了打井验证，与样机测量结果相符。

经过上百次野外实验、工程测量与打井验证，结果表明：JLMRS－I型磁共振找水仪技术指标达到了最先进的法国NUMISPLUS仪器的水平，在相同叠加次数测得的信噪比、大于100m的探测深度、可利用多匝线圈［38］进行地下水探测等性能指标方面优于国外同类仪器。2010年在我国西南出现特大旱灾时，吉林大学磁共振找水仪器研制课题组联合水利部牧区水利科学研究所利用自主研制的JLMRSI型磁共振找水仪奔赴云南、贵州和广西进行科技抗旱救灾，在喀斯特地貌等复杂地质条件下找到了地下水，为解决灾区的人蓄饮用水贡献了力量。2010年8月研制的仪器系统通过了科技部组织的成果验收。

2010—2012年，吉林大学地下水磁共振探测技术课题组对所研制的仪器不断改进完善，并针对由于地下水引起的“灾害水源”开展MRS探测方法技术研究，分别在安徽、辽宁、内蒙、山西等地用自主研制的磁共振探水仪器开展滑坡稳定性评价、堤坝渗漏探测、煤矿老空水探查和隧道突水超前探测预警探索性研究，取得了重要进展，为地下灾害水源的地球物理探测开辟了新的途径。灾害水源（矿井／隧道）磁共振探测仪器装备研制与应用列入2011年国家重大仪器设备开发专项首批资助的项目。

1 复杂条件下磁共振地下水探测技术研究进展

复杂条件是指在工业电网附近、移动通讯发射塔附近和城镇、村庄附近等强电磁干扰环境、基岩裂隙水和喀斯特地貌等地质环境。商品化的磁共振找水仪是单通道的仪器，在解决简单环境下的层状地下水（1D）探测方面已经取得了显著的成效并得到了广泛的应用；但对于非层状地下水如断层水或岩溶水（2D／3D），单通道的仪器遇到困难。利用磁共振技术进行地下水勘探的另一个困难是抗干扰问题，磁共振仪器只能工作在噪声低（没有电力线等强干扰源）的地区。我国的人口密度大，电网分布广，电力线干扰严重，法国产的NUMISPLUS在很多居民居住地附近都无法工作。目前基于1D数据的处理和反演都还假定水平层这样相对简单的条件；为了扩大MRS的应用领域，需要研究复杂条件下的数据处理与反演问题。为了克服NUMISPLUS上述不足，Walsh等［12］在美国国家自然基金等的资助下，近年来开展了多通道磁共振找水仪研究，其原型样机2007—2008年分别在美国地质调查局选定的测点上进行测试并取得了较理想的效果。2007年，《Journal of Applied Geophysics》刊登了磁共振找水技术研究专集［39－40］，《Geophysics》等杂志也相继刊登了有关磁共振找水技术研究的最新成果［41］。

1.1 复杂条件下地下水2D／3D磁共振探测技术

法国的Girard等［39］于2007年发表文章称其利用同一发射／接收线圈方式在一个剖面上进行多次移动测量并研究了有效的2D数据处理方法，在一定条件下解决了岩溶水道的探测问题。Girard等先进行了数值模拟研究，结果表明：磁共振成像（magnetic resonance tomography，MRT）响应对地下2D目标的尺寸和位置敏感，用同一发射／接收线圈沿异常区域的一个剖面进行移动测量，可以确定截面比MRS线圈尺寸小的岩溶水道的深度、断面和位置；但是结果的准确度取决于噪声水平和信号幅度并与岩溶水道的深度、体积和含水量等参数有关。Hertrich等［42］还研究地磁场的倾斜（不同纬度地区）、MRT剖面切过岩溶水道的方向和角度等对测量结果的影响情况，并通过实验数据验证了所提出方法的有效性。这是核磁共振找水技术突破1D限制的最新报道［43］。吉林大学蒋川东等［44］在辽宁桓仁对崔家街堤坝进行了渗漏探测实验，获得坝体2D相对含水量剖面，发现3个渗漏点和2个渗漏区，与工程地质资料和下游渗水情况相符。美国Walsh等［12］研制的四通道磁共振找水仪原型样机GeoMRI也具有2D的探测能力。

Legchenko等［45］2008年报道了使用1D测量装置对3D溶洞只进行1次探测就可以得出的研究成果：用数值模拟方法研究不同3D目标体积的MRS估计准确度，目标在MRS线圈内移动并计算每个目标定位后的体积估计误差；由于在野外不知道测量目标的尺寸和位置，因此，随机给出假定数据以便统计分析。研究结果表明，假定铺设100m× 100m的线圈，利用MRS 1D近似解估计3D目标体积，在设定条件下：如果探测目标比MRS线圈尺寸小，则体积估计误差在±75%之内；如果探测目标与MRS线圈尺寸相当，则体积估计误差在±50%之内。此项研究给出用MRS可探测溶洞的体积最小为6 500m3。

显然，对含水的岩溶洞，如果选用适宜的线圈尺寸并进行多个剖面测量，在较理想的噪声环境下就能解决3D目标体的地下水探测问题。吉林大学蒋川东等［46］在发射／接收分离线圈测量方式的基础上，提出阵列线圈的工作模式，即布置一个大的发射线圈，在剖面测线上布置多个小型接收线圈，同时测量核磁共振信号，完成对地下2D含水构造的探测。仿真表明：阵列线圈测量方式可直接确定地下水含水构造的水平位置，探测灵敏度高于同一线圈剖面测量。核磁共振找水2D／3D技术研究将是近年来核磁共振找水技术发展的一个重要方向［46］。

1.2 复杂条件下地下水磁共振测深抗干扰技术

单通道磁共振探水仪通常采用电力线陷波、窄带通滤波、信号多次叠加以及野外铺设“8”字形线圈等常规抗干扰技术提高仪器信噪比［47－48］。在野外，有些地区由于噪声大而无法获取可信的测量结果。为了不浪费因铺设线圈却无法进行测量的时间，法国IRIS公司专门研制了噪声测试分析仪。近年来，美国Walsh等［12］利用基于参考线圈的自适应对消和FID（free induction decay）图像积分等现代信号检测与处理技术，有效地压制了电力线等干扰源的电磁噪声干扰，实现了噪声密度小于0.4nV／Hz1／2的性能指标。

吉林大学采用窄带可调中心频率、4倍Larmor频率采样、自适应陷波等有效的抗干扰技术［49］，在相同的电磁环境下，利用较少的叠加次数获取了信噪比较高的地下水核磁共振信号。

1.3 复杂条件下数据处理与反演技术

通常的1D核磁共振找水反演认为发射／测量线圈是水平的，即在平坦的地面环境下测量，地下含水层也是水平的［50］；但在野外实际找水时，会遇到地表起伏变化的情况。Girard等［14］用数字方法研究了地表倾斜时MRS信号变化的影响问题。Girard等采用同一线圈装置，用数值计算方法研究线圈倾斜的影响，研究内容包括线圈倾斜方向、含水层深度、线圈大小、地表电阻率、地磁场倾斜以及反演算法所带来的误差等因素的影响。当线圈与含水层不平行时，MRS信号幅度的最大变化主要是由线圈北倾或南倾导致，影响大小取决于线圈的尺寸，线圈越大，影响越大，尤其是在浅地层有水时影响更大。当地磁场倾斜65°且倾角≤10°时，向南倾斜成像幅度最大变化≤10%。引入到反演中的误差在典型MRS反演的不确定度之内，这时不需要校正。只有当倾斜影响大于MRS反演的不确定度时，才需要考虑地形不平的影响，这种情况在野外需精确测量线圈的倾斜方向和倾角。线圈倾斜在中纬度地区影响大，而在两极和赤道影响小。

在数据处理和反演解释中，由于MRS方法激发的磁场取决于地下的电阻率，这样在反演过程中需要考虑电阻率的影响。Braun等［17］研究了MRS的直接反演电阻率的问题，用仿真数据对低电阻率的含水层，仅用MRS信号的幅度就可以反演含水量和电阻率；如果用MRS信号的幅度和相位，就可以显著改善反演结果。用野外数据反演的结果表明，MRS信号求出的电阻率与传统的直流电阻率法和瞬变电磁法求出的电阻率相当。MRS反演给出含水量和电阻率参数，就能给出含水层中水的质量，这对水文地质研究非常重要。这个特定的信息仅用地电的方法无法确定，因为含水量和盐度不能由电阻率唯一确定。用MRS信号直接反演随深度变化的电阻率时，反演电阻率的有效性取决于线圈的尺寸大小，线圈越大，反演的电阻率越可信。此外，在多年利用核磁共振技术找水积累经验的基础上，水利部牧区水利科学研究所和吉林大学还总结出利用MRS方法评估地下含水层涌水量的方法［51］。

MRS方法不仅可以用于研究淡水层，也可以用于研究盐水侵入问题。Legchenko等［52］研究了高电导率岩石中MRS测量的解释问题。数值模型研究表明，MRS探测深度取决于地下水围岩的电导率，还取决于咸水层的深度以及咸水层上淡水量。Legchenko等对MRS仿真的模型进行了实验验证，分析了40多个测点数据，给出其中2个点的例子。当含水层深度大于20m时，TEM和MRS测量结果相关性好，所建立的这个模型可靠，可用于由NUMIS系统测量的复杂MRS信号反演。即使地下电导率很高，用同一线圈发射／接收装置，可以用线性极化EM（electromagnetic）场代替椭圆极化EM场，得到等价的结果。数值模拟结果表明，MRS对电导率分布变化相对不敏感（即TEM结果的不确定性对MRS影响不大），因此，由TEM测量所提供的结果都可用于MRS反演。该项研究为MRS方法用于区分咸淡水提供了有价值的参考。

1.4 复杂条件下地下水MRS与TEM联合探测技术

深层地下水探测是一个技术难题，到目前为止，MRS方法很难突破150m的探测深度。为了获取可靠的地下水勘探结果，采用MRS与其他地球物理方法结合，如：Kamhaeng等［16］给出了在瑞典南部用MRS与VES方法结合进行地下水勘探的应用实例，Vouillamoz和Perttu等［40，53］也将MRS与VES结合来解决Myanmar地下水问题，而Goldman等［54］早在1994年就报道了在以色列用MRS和TDEM结合方法进行地下水探测的例子。为了解决MRS测量深度难以突破150m的瓶颈问题，吉林大学林君等［55－56］提出了MRS与TEM联用仪器设计思想，并研制出科研样机。经过一年多的努力，JLMRS－TEM联用仪实现了产品化，于2012年4月正式提交给蒙古国2台用于大深度地下水探测。该项技术的突破为大于150m的深层地下水探测提供了一种有效的技术手段。

目前商品化的MRS找水仪器探测深度受到线圈直径（边长）的限制，法国的NUMIS系列仪器探测线圈边长分别为50m、100m和150m，这也是该系列仪器的最大探测深度。吉林大学地下水磁共振探测技术课题组目前正在着力研究如何利用多匝小线圈进行地下水探测的新技术，旨在解决断层构造水（2D）探测和深层地下水探测等问题。

2 灾害水源磁共振探查研究进展

2.1 滑坡体地下水变化特征及滑坡稳定性磁共振探测技术

我国地质灾害种类繁多，突发性地质灾害发生频繁，已经造成了巨大的经济损失。在已经发生的地质灾害事件中，滑坡属于突发性地质灾害中最为常见的一类。我国已发现新老滑坡近30万个，灾害性滑坡1.5万个，遍及20个省的300多个市县，其中川、滇、陕、甘、青等8省占滑坡灾害总面积的85%。为了有效地预防、控制和治理地质灾害，必须对滑坡进行及时准确地监测和预报，达到减灾防灾的目的。在以往的滑坡监测中，对于滑坡体地表以下的深部变形监测主要以钻孔倾斜仪为主，也有用物探技术对滑坡体地下水变化特征及滑坡稳定性进行探测评价。大多数滑坡的发生都与水的活动有关，采用磁共振探测技术可以定量地给出含水层位置、含水量、孔隙度、渗透率等水文参数。近年来，中国地质大学（武汉）利用引进的MRS仪器率先开展了滑坡中地下水变化特征及滑坡稳定性研究，吉林大学用自主研发的磁共振找水仪也开展了相应研究。

1996年汛期，安徽休宁县阳台村所处坡体在暴雨作用下引发滑坡地质灾害，造成阳台村4幢房屋倒塌。之后该处地质灾害变形破坏规模不断扩大，全村许多房屋出现裂缝，其中30余户村民房屋已成危房。该村现有村民149户，459人，本次滑坡灾害引起了国家、安徽省及黄山市各级政府的高度重视，被列为省级重点地质灾害隐患治理点。吉林大学地下水磁共振探测技术课题组于2011年3月和2011年9月分别在枯水期和丰水期利用自主研制的仪器对该处进行了探测。

图1a是纵2线磁共振反演含水量的结果。纵2线是一条高密度电阻率法的测线，电阻率分布如图1b所示。在纵2线上有3个磁共振测点HC1、HC5和HC8，以及2个钻孔点ZK2－2和ZK2－3。钻井资料显示：ZK2－2的稳定水位为460.65m，与磁共振HC5测点的最大含水量位置一致，426.25m以下为基石板岩，不存在含水层；ZK2－3的稳定水位为534.49m，与磁共振HC8测点含水量大于5%的位置相符，491.34m以下为基岩，不存在含水层。经对比分析得到如下结论：

1）磁共振测深地下水特征能够准确判断滑坡面的位置，与高密度电阻率法结果和钻井资料一致；

2）对比枯水期和丰水期的磁共振含水量可知，浅层地表的含水量随季节降雨量变化较大，滑动面位置基本保持不变，丰水期含水量偏大。

2.2 海水入侵磁共振探测技术

海水入侵［57］是源于“人为超量开采地下水造成水动力平衡的破坏”。海水入侵使灌溉地下水水质变咸，土壤盐渍化，灌溉机井报废，导致水田面积减少，旱田面积增加，农田保浇面积减少，荒地面积增加。最严重的会导致工厂、村镇整体搬迁，海水入侵区成为不毛之地。中国海水入侵主要出现在辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、海南、广西9省市的沿海地区。最严重的是山东、辽宁两省，入侵总面积已超过2 000km2。

图1 安徽休宁县阳台村滑坡体探测结果对比Fig.1 Comparative results of landslide detection in Yangtai Village，Xiuning County，Anhui Province

2011年11月，吉林大学地下水磁共振探测技术课题组利用自主研制的磁共振地下水探测仪（JLMRS）和瞬变电磁仪（ATEM－III）在辽东湾开展了磁共振海水入侵探索性研究，2种方法的探测结果如图2所示。从图2中红色线给出的位置，可以推断出咸水向淡水过渡的分界线。从MRS＿2号点位置可以推测出，该处深度21.7～31.9m，31.9～46.8m，46.8～68.8m以及68.8m以下富含4层水。然而，根据TEM的电阻率释义，此处的浅层（深度21.7～31.9m）以及中层水（深度31.9～68.8m）均被海水污染，无法提供人畜引用供水，因此不建议此处成井。

2.3 隧道涌水磁共振超前探测技术

涌水是隧道工程中严重的地质灾害之一，会造成巨大的经济损失。传统物探方法进行超前探测时，难以准确预测隧道掌子面前方异常体是否是水和含水量多少，用磁共振探测技术有可能解决这些问题。2010年8月18日，吉林大学地下水磁共振探测技术课题组携带自主研发的磁共振地下水探测仪首次在吉林长松岭隧道K37＋990掌子面进行了实地测量，探测结果如图3所示。探测时掌子面正在涌水，涌水量大的出水点有2处，在掌子面左侧和右侧靠近中间高度位置为股流，涌水量8～10 m3／h，掌子面积水30cm左右，正用水泵进行抽排处理。采用矩形线圈平行掌子面铺设，线圈法线按照隧道走向为124°，8匝线圈尺寸为4.5m×8m，铺设在掌子面中心。当地地磁倾角为60°，拉莫尔频率为2 206Hz，激发脉冲矩为400～6 000A· ms，测量层数为15层，探测深度30m。探测时隧道内有220V照明电，有电焊工作正在进行，并有铲车、翻斗车等工程施工干扰。图中横坐标前向距离以掌子面为起始点。

图2 辽东湾海水入侵MRS和TEM联合探测结果Fig.2 MRS and TEM joint detection results of seawater intrusion in Liaodong bay

图3 长松岭隧道磁共振探测结果Fig.3 MRS detection result of Changsongling tunnel

据磁共振探测结果，结合工程地质条件分析，可以得到如下探测解释：

1）探测深度范围内，掌子面前方4m处含水量最大，自4m开始，含水量逐渐减小。

2）掌子面起点0m硐段岩体含水量为8%，涌水量约为8m3／h，前方4m硐段岩体含水量约为12%，考虑到掌子面处正以8m3／h速度释放岩体内地下水，前方4m硐段涌水量约为5～8m3／h。

3）自掌子面前方4m硐段开始，隧道涌水量将逐渐减小，至前方14m硐段，含水量约减至1.5%，涌水可能消失，直至前方30m硐段，将不会有大的涌水现象，但隧道岩体依旧有地下水存在，掌子面会有潮湿、渗水现象。

施工单位掘进结果表明，该探测结果与实际含水状况吻合较好。

3 磁共振地下水探测技术展望

地下水磁共振探测技术已经在复杂条件下缺水地区找水和灾害水源探测方面取得了突破性的研究成果和进展，但面临强电磁干扰环境、地下3D和薄层水体、隧道／矿井等特殊的地下环境等，仍有地下水探测的分辨率、抗电磁干扰能力、狭窄空间的有效激发天线与接收天线设计等诸多的技术难题需要攻克。

利用磁共振技术辅助地下水的管理是未来技术发展的一个重要方向，近年来国外已有人用MRS技术进行地下水补给估计模型的参数修正，通过野外观测和抽水测试等手段来改善多年地下水的平衡使用［10］。但诸如地下水位的非侵入式精细探测确定、大区域的磁共振快速探测和动态监测等技术难题需要解决，才能将磁共振技术有效地用于地下水管理。

磁共振技术用于地下水污染等监测是MRS技术发展的一个有潜力的方向，Hertzog，White和Straley讨论了用MRS方法进行地下水石油污染监测问题［58］。地下水的污染有多种形式，石油污染只是其中的一种，只有进一步提高地下水磁共振探测技术的性能，才有可能在地下水污染监测中发挥作用。

由于矿井／隧道的狭小空间限制，利用MRS的直接探测地下水的特性进行矿井／隧道突水的超前探测预警是世界性的技术难题，Greben等［59］2011年在《Journal of Applied Geophysics》上发表了矿井下进行突水MRS超前探测预警的模型正演计算，给出了MRS信号太小以致于难以探测的结论。显然，如何突破矿井狭小空间的限制，在特定地下环境下进行有效的MRS探测，将是地下水磁共振探测技术未来最具挑战性的发展方向。

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The Situation and Progress of Magnetic Resonance Sounding for Groundwater Investigations and Underground Applications

Lin Jun，Jiang Chuan－dong，Duan Qing－ming，Wang Ying－ji，Qin Sheng－wu，Lin Ting－ting

College of Instrumentation and Electrical Engineering／Lab of Geo－Exploration Instrumentation of Ministry of Education，Jilin University，Changchun 130026，China

Nuclear magnetic resonance（NMR）has emerged as a new geophysical technique allowing direct，noninvasive groundwater investigations from the surface.Comparing to the traditional geophysical methods，the current state－of－the－art NMR method is higher resolution，more efficiency，more information and unique interpretation for hydrogeological investigations.In the last two decades，MRS has been widely used，not only in groundwater exploration，but also in water－disaster forewarning，including dam leakage，tunnel gushing，water－impacted landslide，and seawater intrusion.The purpose of this paper is to give an overview of various aspects of MRS for groundwater exploration in complex geophysical settings.We report the recent researches，includes adaptive signal processing for mitigating electromagnetic noise，2D／3DMRS methods for low－volume detection，forward modeling and field－data inversion under complex conditions，as well as joint uses of MRS and TEM methods in karst aquifers.By introducing several case studies，we prospect the developing trends of MRS for groundwater assessment.

book=2012,ebook=947

P641.1

A

1671－5888（2012） 05－1560－11

2012－05－04

国家重大科学仪器设备开发专项项目（2011YQ030133）；科技部创新方法研究项目（2010IM031500）

林君（1954—），男，教授，博士生导师，主要从事地球物理探测技术及仪器研究，E－mail：lin＿jun＠jlu.edu.cn

林婷婷（1983—），女，副教授，主要从事磁共振地下水探测方法研究，E－mail：ttlin＠jlu.edu.cn。