Введение к работе
Актуальность темы: метод бесскважинной ЯМР-томографии подземных водоносных слоев является одним из новых и перспективных геофизических методов поиска и разведки подземных вод. В настоящее время в мире нет аналогов ЯМР-томографа "Гидроскоп", который реализует метод на практике. Прямое измерение сигнала от протонов молекул воды водоносных слоев, лежащее в основе метода, позволяет совершенно однозначно судить о наличии или отсутствии воды в месте измерения. Ни один из других бесскважинных методов не позволяет получить эту информацию с такой же степенью достоверности. Результатом решения обратной задачи по измеренным значениям сигнала ЯМР при различных' интенсивностях импульса возбуждения является функция распределения обводненности по глубине, по которой можно судить о глубине, мощности и обводненности каждого из водоносных слоев. Данная задача относится к классу некорректных обратных задач, решение которых при наличии внешнего шума, высокий уровень которого для нее характерен, вызывает существенные трудности. Кроме того, при практической реализации метода возникает ряд проблем связанных „с оптимизацией процесса измерения, надежностью получаемых результатов выбором методики измерения и др.
Цель работы: провести анализ обратной задачи при использовании различных методик измерения сигнала ЯМР (измерение сигнала индукции и измерение сигнала спинового эха), разработать алгоритм ее решения, исследовать влияние величины шума и наличия электропроводящих слоев под петлей на решение. По результатам исследований разработать программу для обработки экспериментальных данных в полевых условиях при помощи встроенной в прибор микроэвм.
Научная новизна. Предложен алгоритм дискретизации характерного для геофизической ЯМР-томографии интегрального уравнения на основе свойств его ядра, которая производится с учетом информации о величине шума, с которым были произведены измерения. Разработаны и исследованы алгоритмы решения обратной задачи на основе методов регуляризации М.М.Лаврентьева и А.Н.Тихонова, позволяющие получить
устойчивое решение при уровне шума до 10. Приведены графические зависимости для выбора параметров дискретизации и регуляризации в зависимости от уровня шума.
Впервые проведено исследование влияния электропроводности почвы в месте измерения, на решение обратной задачи.
Впервые проведено сравнение свойств обратной задачи при измерении сигнала спинового эха для Оесскважинного варианта геофизической ЯМР-томографии с применяемой в настоящее время методикой измерения .сигнала свободной индукции.
Практическая значимость. Проведенное исследование позволяет оптимизировать процесс измерения при использовании различных методик, а следовательно получить максимальную производительность прибора без потери полезной информации.
Автором создан пакет программ анализа и решения обратной задачи геофизической ЯМР-томографии для встроенной в прибор микроэвм, реализующих разработанные алгоритмы дискретизации интегрального уравнения и решения полученной системы линейных уравнений. Все выпускаемые в Институте химической кинетики'и горения малыми сериями ЯМР-томографы Тидроскоп'', которые применяются в различных организациях, проводящих поисковые работы на воду, комплектуются этими программами.
Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается путем проведения большого числа численных экспериментов и сравнением результатов экспериментальных исследований ЯМР-томографом Тидроскоп'1 с результатами, полученнымим традиционными геофизическими методами. Применяемые с 1985 года алгоритмы и программы на практике доказали высокую эффективность и надежность.
. Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались- на Всесоюзном совещании по подземным водам востока СССР (XI совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока, Иркутск 1985 г.), IX международной школе по магнитному резонансу (Новосибирск 1987 г.), а также на научных семинарах Института химической кинетики и горения СО РАН, Института математики СО РАН, Вычислительного центра СО РАН, Института теоретической и .прикладной механики СО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы из 124 найменований. Общий объем диссертации составляет 118 страниц, в том числе 54 рисунка. .
