[科普中国]-地下水探测仪

地下水探测仪用于勘探寻找基岩水、裂隙水、岩溶水等，已知的探测地下水方法有间接找水法和直接找水法。间接的探测地下水方法有电法、磁法、重力法等物探方法。直接找水法即核磁共振法。1

电法地下水探测仪电法找水在各种找水方法中仍是最经济、最有效、应用最广泛的方法。被国内外广泛应用于寻找基岩水、裂隙水、岩溶水等各种类型地下水，亦用于金属与非金属矿产资源勘探、城市物探、铁道桥梁勘探等方面、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中，还能用于地热勘探。

原理及特点二次时差法是以一定的电流制式与时间，向地下供入大小两种电流，人工电场消失后，取其二次电位衰减时之差的正值反映含水层，负值反映非含水层，根据这一原理设计地下水探测仪。仪器由发送机和微机测量系统两部分组成。

仪器主要特点及功能：集发射、接收于一体，轻便灵活，测量精度高。

工作性能介绍（1）仪器整机体积小、耗电低、功能多，若操作员在10分钟内无任何操作则仪器自动关闭电源。接收部分有瞬间过压输入保护能力，发射部分有过压、过流及开路保护能力。

（2）多参数、多方法。仪器可直接给出自然电位、视电阻率、视极化率、半衰时、衰减度、激发比、偏离度以及综合参数等找水参数，工作在二次时差法时，仪器还可给出二次时差参数和质量判别参数可将整条测线上各测量参数在大屏幕显示器上绘成曲线，测量结果直观明了。

（3）全汉字触摸面板配以汉字菜单提示，操作极为方便。可任意设定工作周期，并有9种野外常用工作方法选择及其极距常数、装置常数的输入与计算功能，极距常数表──对所有装置，可预先存储最多100组不同 极距常数，从而避免相同极距常数反复输入可能带来的输入错误，仅输入一个编号，就能调出相应组极距常数使用或重新设置。

（4）接地电阻检查。可随时检查各电极接地情况，方便实用。

（5）超大容量数据存储。测量参数连同极距常数一同被存储，仪器可存储最多2250个测点的数据。所有仪器设置参数及测量数据均有掉电保护能力。配备的RS－232C接口能与其它微机联机工作。诊断程序可快速准确地判断出故障所在位置及主要损坏器件。

（6）全密封结构具有防水、防尘、寿命长等优点。

红外线地下水探测仪美国地质研究人员研究了用红外线勘测地下水源的工作。据悉，如果地下有水源，则在地表的近处可测出温度变化，据此来判断地下有无水源。

这种方法有很多优点，不但勘测的经费可节省，并且还能使用于复杂的地面结构。这种方法还可在飞机和宇宙飞船上使用，根据测出的地面温度变化而判明地下水源，从而可在广阔地区内进行水源勘测工作。

根据研究人员称，有的地方含有大量的地下水岩层这样的地下水，在它周围地区的温度有高有低，这是因为受地下水岩层的“影”反映在地表上所引起的。2

核磁共振地下水探测仪地面核磁共振探测地下水(MRS)方法是人们公认的最直接的探测地下水方法。与其它找水方法相比，MRS方法主要具有以下显著优势：一是直接探测地下水；二是测量获得的信息量丰富且量化；三是经济、无损、快速。

核磁共振（NMR）是磁矩不为零的原子核在一定的磁场中塞曼能级发生跃迁的现象，用NMR方法探测地下水使得该现象的应用领域取得极大的拓展，开创了地下水直接探测的先河。

核磁共振原理：处于静磁场中的具有磁距的原子核在另外一个与该静磁场垂直的特定频率交变电磁场作用下发生由低能态跃迁到高能态的物理现象。核磁共振广泛应用于获取化学物质结构、人体内部结构信息等方面。利用核磁共振原理探测地下水，简称为MRS。

核磁共振找水方法中利用的静磁场指的是地磁场。地球是一个磁偶极，其中磁场S极位在北极附近，磁场N极位在南极附近，地磁场强度 大小在是5～6万纳特斯拉。在静磁场 作用下，地下水中氢质子处于低能级上，磁化强度矢量绕 作拉莫尔进动，如图1所示，进动的频率由拉莫尔方程决定。

当我们外加一个与该静磁场垂直的拉莫尔频率交变电磁场时，氢核吸收这个特定频率的光量子，产生塞曼能级的跃迁，跃迁到高能级，可以形象的用图 2描述。

当撤掉与静磁场 垂直的交变电磁场时，由原子物理知识可以得出，氢核的塞曼能级自动的从高能级 跃迁到低能级 ，如图3所示。

氢核磁化强度的塞曼能级自动从高能级 跃迁到低能级 时，释放出特定能量的光量子，用线圈接收这个信号，就得到了随时间而周期变化的衰减正弦信号即核磁共振信号。这个信号幅度随时间按指数规律衰减，我们称它为自由感应衰减信号（FID）。

发射不同交变电磁场的强度时记录下各个FID信号的初始振幅和平均横向弛豫时间，利用得到的一组初始振幅和平均横向弛豫时间的数据就可以反演计算得到不同深度地下水信息。

在实际的核磁共振找水工程探测时，静磁场 利用的是地磁场，在地面铺设一个发射线圈，在发射线圈中发射拉莫尔频率交变电流，由电磁感应定律可知交变电流产生垂直于线圈（地面）的拉莫尔频率交变电磁场。激发完成后等待发射线圈中存储的能量释放完毕时，仪器转为接收核磁共振信号模式，利用接收的信号就可以计算出地下水信息。若地下一定深度含有地下水则有MRS信号，若没有水则无MRS信号，所以说核磁共振找水方法是最直接的地下水探测方法。1

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学