本发明专利技术涉及一种多指数拟合核磁共振地下水探测信号弛豫时间谱提取方法。对核磁共振地下水探测系统测试到的FID信号是进行频谱分析，利用归一化数字正交检测技术将信号分解为同向分量X和正交分量Y，并进行滤波消噪处理，提高信噪比；低通滤波器滤去除高频分量，多指数拟合运算，求解目标函数方程的最小解，即能提取对应的弛豫时间谱和振幅和MRS信号第i类孔隙的弛豫时间谱及振幅。能够详细区分某一深度含水层大小颗粒岩石所占份额，能够更加精细地解释地下含水层渗透特性及赋存情况。进而间接确定海岸带或地下咸淡水界面，利用用多指数拟合技术提取到的弛豫时间谱也可推广应用于赋水层顶底板界面的估测，为地下水的开采提供可靠的科学依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地球物理探测过程中的特征参数提取方法，尤其是应用于核磁共振地下水探测仪器中，将测量到地下含水层的核磁共振信号进行弛豫时间谱的提取方法。
技术介绍
MRS (Magnetic Resonance Sounding，磁共振测深)地下水探测方法是一种直接勘查地下水的地球物理方法，与传统的地球物理勘查地下水的方法相比具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一性等优点，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。潘玉玲、张昌达编著《地面核磁共振找水理论和方法》O000.8，武汉，中国地质大学出版社ISBN 7-5625-1551-4)中介绍了地下含水层中探测到核磁共振信号，可表示为￡(〖)=￡■/—"力0)<2冗/^ + %)，信号的三个特征参数(初始振幅)、(平均弛豫时间)和^ (初始相位)分别与含水层的分布、厚度、平均含水率、渗透率和导电性等信息有着密切的联系；&为共振频率。地下水按照其赋存空间的地质构造不同一般可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种。由于自由感应衰减FID (Free Induction Decay)信号按指数规律衰减，现有的参数提取方法均是将自由感应衰减信号FID视为单一平均指数衰减形式，即认为地下各个不同深度和厚度的含水层为均质各向同性区域，每个厚度范围内的岩土颗粒大小相同。吉林大学 2008年硕士研究生孙全强学位论文《核磁共振响应特征参数的提取方法研究》设计了单一指数核磁共振信号包络曲线的拟合方法，初始振幅，平均弛豫时间及初始相位的提取方法。习晓红，段清明，林君，尚新磊在《核磁共振信号频率测量系统的设计与实现》(《吉林大学学报(信息科学版)》2008年第5期，文章编号1671-5896 0008)05-0448-06)中提出了一种核磁共振频率测量系统，该系统采用等精度频率测量原理，由信号调理电路，CPLD 和单片机等构成，实现了核磁信号的整形调理，信号有效段的判断及核磁信号频率测试的功能。吉林大学2008年硕士研究生高东旭学位论文《核磁共振找水仪弱信号放大器设计》针对核磁共振信号的特点(幅度、频带宽度、有效信号长度等)并结合野外噪声和干扰情况，提出了一种核磁共振微弱信号放大方案。该放大器由核磁共振前置放大器，宽带滤波器，第二级放大器，窄带选频放大器，末级程控放大器组成，分级对环境噪声抑制并实现对核磁共振信号的有效放大。吉林大学2009年硕士研究生李晓明学位论文《基于正交矢量放大的MRS信号采集模块设计》提出了利用正交矢量放大的方法来实现MRS信号包络的采集。正交矢量放大方法是通过锁定放大器来实现的，正交矢量型锁定放大器有同相通道和正交通道两个通道，用两路相位相差90°的参考信号对输入信号进行相敏检测，同时输出同相分量和正交分量， 再经低通滤波器滤除高频成分，即可得到MRS信号的包络。吉林大学2009年硕士研究生蒋川东学位论文《核磁共振地下水探测系统数据处理软件的设计与应用》中提出了核磁共振地下水探测信号的消噪方法，包括数据叠加与滤波方法。文中提出了三种叠加方法(阈值叠加，加权叠加和统计叠加)应用于不同的噪声水平。针对不同类型的噪声，提出了三种滤波方法(等纹波逼近低通滤波器，滑动平均滤波器和自适应陷波器)通过以上的数据处理方法使信噪比得到了改善。利用单一指数MRS信号四个关键特征参数(初始振幅，平均衰减时间，初始相位和接收频率)的提取方法，设计了数据处理软件。林君，段清明，王应吉等在《核磁共振找水仪原理与应用》0010，北京，科学出版社 ISBN 978-7-03-028357-3)中系统介绍了核磁共振地下水探测仪弱信号检测技术。包括弱信号调理放大技术，基于数字正交的自由感应衰减FID信号检测技术。在肖立志，柴细元，孙宝喜等著，《核磁共振测井资料解释与应用导论》石油工业出版社，2001，10，中提出，在核磁共振测井解释中，利用自旋回波脉冲序列作为发射脉冲，测量得到一系列回波信号，通过数学计算获得T2谱。在陈华，潘克家，谭永基《核磁共振弛豫信号多指数反演新方法》(《测井技术》2009年第1期，文章编号 1004-1338(2009)01-0037-05)中指出，将核磁共振测井中的回波信号利用多指数拟合进行特征参数的提取。在核磁共振地下水探测领域，没有利用自旋回波脉冲序列作为发射脉冲， 无法测量到回波串。由于地下环境是由一系列大小不等的孔隙群体组成，即为非均质各向异性区域， 所以核磁共振地下水探测中所测得的实际信号E(t)是由一系列单一孔隙核磁共振信号的叠加。以单一指数信号进行特征参数拟合提取的不足之处是不能提取弛豫时间谱，无法详细解释非均质各向异性含水地层的渗透特性及赋存状态。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用多指数拟合技术实现核磁共振信号弛豫时间谱的提取方法，以解决非均质各向异性区域地下水探测信号的数据处理及解释问题。所述方法包括如下步骤a、核磁共振地下水探测系统测试到的自由感应衰减FID信号是经过硬件滤波和叠加后的信号，首先进行频谱分析，比较MRS接收信号频率与发射电流频率的关系，确认实测信号为地下水中的核磁共振信号；b、利用归一化数字正交检测技术将信号分解为同向分量X和正交分量Y，并进行滤波消噪处理，提高信噪比；C、利用低通滤波器滤除同向分量X和正交分量Y中的高频分量，得到FID信号的低频包络。d、将接收到的信号看做是多个自由感应衰减信号的合成，即权利要求1. 一种，其特征在于，包括如下顺序和步骤a、核磁共振地下水探测系统测试到的自由感应衰减FID信号是经过硬件滤波和叠加后的信号，首先进行频谱分析，比较MRS接收信号频率与发射电流频率的关系，确认实测信号为地下水中的核磁共振信号；b、利用归一化数字正交检测技术将信号分解为同向分量X和正交分量Y，并进行滤波消噪处理，提高信噪比；c、利用低通滤波器滤除同向分量X和正交分量Y中的高频分量，得到FID信号的低频包络；d、将接收到的信号看做是多个自由感应衰减信号的合成，即全文摘要本专利技术涉及一种。对核磁共振地下水探测系统测试到的FID信号是进行频谱分析，利用归一化数字正交检测技术将信号分解为同向分量X和正交分量Y，并进行滤波消噪处理，提高信噪比；低通滤波器滤去除高频分量，多指数拟合运算，求解目标函数方程的最小解，即能提取对应的弛豫时间谱和振幅和MRS信号第i类孔隙的弛豫时间谱及振幅。能够详细区分某一深度含水层大小颗粒岩石所占份额，能够更加精细地解释地下含水层渗透特性及赋存情况。进而间接确定海岸带或地下咸淡水界面，利用用多指数拟合技术提取到的弛豫时间谱也可推广应用于赋水层顶底板界面的估测，为地下水的开采提供可靠的科学依据。文档编号G01V1/22GK102368095SQ20111026785公开日2012年3月7日 申请日期2011年9月10日 优先权日2011年9月10日专利技术者孙淑琴, 庞博, 慧芳, 林君, 王应吉, 田宝凤, 蒋川东 申请人:吉林大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种多指数拟合核磁共振地下水探测信号弛豫时间谱提取方法，其特征在于，包括如下顺序和步骤：ａ、核磁共振地下水探测系统测试到的自由感应衰减ＦＩＤ信号是经过硬件滤波和叠加后的信号，首先进行频谱分析，比较ＭＲＳ接收信号频率与发射电流频率的关系，确认实测信号为地下水中的核磁共振信号；ｂ、利用归一化数字正交检测技术将信号分解为同向分量Ｘ和正交分量Ｙ，并进行滤波消噪处理，提高信噪比；ｃ、利用低通滤波器滤除同向分量Ｘ和正交分量Ｙ中的高频分量，得到ＦＩＤ信号的低频包络；ｄ、将接收到的信号看做是多个自由感应衰减信号的合成，即：其中Ｎ（ｔ）为噪声，ｆ０为当地拉莫尔频率，为初始相位，Ｔ２ｉ为第ｉ类孔隙的衰减时间，Ｅｉ０为第ｉ类孔隙的振幅；ｅ、多指数拟合运算，利用最小均方原理，定义目标函数：ｍｉｎ［∑（ｘ（ｔ）－Ｘｃ（ｔ））２＋∑（ｙ（ｔ）－Ｙｃ（ｔ））２］ （２）其中，ｘ（ｔ）和ｙ（ｔ）分别代表了经过正交分解和信号滤波消噪处理的核磁共振信号Ｅ（ｔ）的两个分量，Ｘｃ（ｔ）和Ｙｃ（ｔ）为拟合运算中模型的两个正交分量，这两个正交分量为弛豫时间为Ｔ２＝０．０１×ｉ（ｉ＝１，２．．．１００）的多指数信号，Ｅ０ｉ（ｔ）为模型变量设定的初始值，表达式如下：在Ｅ０ｉ（ｔ）＞０的约束条件及终止公差为１０－１０的条件下，求解目标函数方程（２）的最小解，即能提取对应的弛豫时间Ｔ２ｉ谱和振幅Ｅ０ｉ，利用多指数拟合算法提取ＭＲＳ信号第ｉ类孔隙的弛豫时间Ｔ２谱及振幅。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙淑琴，林君，王应吉，慧芳，蒋川东，田宝凤，庞博，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。