地面核磁共振方法在石質文物保護中運用分析

趙志遠

摘 要：不僅人為因素能夠對石質文物產生一定的破壞，自然因素也同樣能夠對石質文物產生破壞，如地下水侵蝕、地震等，為了使石質文物能夠得到有效的保護，地面核磁共振方法應運而生，并逐漸在石質文物保護中被有效應用。文章從石質文物保護研究的背景概述入手，對地面核磁共振方法在石質文物保護中的應用進行詳細研究。此次研究明確了地面核磁共振方法對石質文物保護的重要性，使此方法能夠在石質文物保護中被有效應用，進而為石質文物保護提供全新的技術手段。

關鍵詞：地面核磁共振方法;石質文物;保護;應用

我國擁有豐富的石質文物，石質文物不僅具有有效的觀賞價值，而且還具有明顯的人文價值。然而，目前石質文物受到了一定的損害，需要對其進行全面保護。地面核磁共振方法能夠對石質文物起到有效的保護作用，成為石質文物保護的方法之一。本文對地面核磁共振方法進行細致的闡述，此次研究對豐富地面核磁共振方法的內容具有理論性意義，對地面核磁共振方法在石質文物保護中的有效應用提供了指導。

1 研究背景概述

我國具有豐富的石質文物，這些石質文物不僅是中國民族傳統文化的象征，而且是中國對世界的偉大貢獻。隨著時代的不斷發展，歷史沉淀也越來越醇厚，但石質文物也受到嚴重的破壞，因此，石質文物保護得到越來越多人的重視。本文以湖南省陽華巖為例進行探討，其摩崖石刻山體上部的第四紀相對覆蓋較薄，大部分的基巖暴露在自然環境中，從而出現劇烈的巖石溶蝕現象。另外，其地下補給水主要靠巖溶裂縫水，當下石刻存在明顯的滲水及風化等病害，要對病害產生的原因進行調查，并對其地下水賦存狀態進行查明，就需對地面核磁共振方法進行有效的利用。

2 SNMR方法在巖石刻病害探測中的應用

2.1 SNMR方法的基本原理

SNRM是在地下水氫核弛豫特征的基礎下，對地面核磁共振探測系統進行有效的利用，從而對地下水NMR信號變化規律進行有效的觀測，進而使探測地下水賦存特征的目的得以實現。在地磁場的作用下，氫核能夠保持一定的能級，如果在地磁場的垂直方向上增加交變磁場，就能夠使氫核被有效地激發，這樣地下水中的氫核便能夠獲得大量的能力，從而成功地上升到高能態，進而使核磁共振得以產生。當交變磁場被切斷之后，宏觀磁場會恢復到原有的自然狀態中。同時，會出現一定的不斷衰減的磁場。

2.2 磁共振測深點布設及裝置形式選擇

從前期的勘察結果可知，陽華巖摩崖石所處的山體中未發現明顯的電磁干擾體，其中的第四紀覆蓋層相對比較淺，部分區域內出現基巖外露的現象，并且各個部位之間還出現了不同程度的風化，裂縫也存在明顯發育等現象。另外，陽華巖巖性是寒武紀灰巖，且不存在強磁性火成巖，因此，SNMR具備必要的工作條件。為了對陽華巖摩崖石刻區域地下水的賦存狀態進行全面的了解，需要在山體上進行核磁共振測深點的有效布設，將其設定為SNMR1和SNMR2，具體的線圈布設位置如圖1所示。由于能夠進行SNMR布設方法線圈的區域面積相對較小，所以，需對工作裝置進行合理化的選擇，選擇測量深度相對較大裝置，即方形收發共圈裝置。將SNMR1測深點線圈邊長設定為50米，將SNMR2測深點線圈邊長設定為25米。

2.3 NMR信號采集

此次探測使用的探測儀器是美國公司生產的大地核磁共振儀器，這種儀器可以按照輸入測量地區磁場的強度數值，對拉莫爾頻率進行有效計算。與此同時，能夠對布設線圈的電感量進行全面測量，進而得出需要的調諧電容。在核磁共振儀器進行數據采集工作之前，首先，需對質子磁力儀進行合理化的應用，對所需測量地區的地磁場強度進行有效的測量。當核磁共振線圈及儀器連接線等布設完成之后，在GMR操作界面中輸入相關的地磁場強度值，儀器能夠自動計算出相應的拉莫爾頻率。其次，在調諧電容值的基礎上，對相對應的電容值進行有效的匹配，將最大脈沖矩設定為9A.s，脈沖矩次數設定為30個，記錄的長度設定為250毫秒，疊加次數設定為15次。當脈沖矩接收的NMR信號頻率與激發脈沖頻率頻差，測深點放大因子>10000時，則表示數據質量具有明顯的可靠性。

2.4 SNMR方法成果解釋

就GMR采集的NMR數據而言，能夠通過帶有GMRQC和GMR1D軟件來對其進行演算和反演，在處理的時候，需要利用GMRQC軟件對GMR測量數據進行有效的調整和去噪處理。之后將處理完成的數據傳送到GMR1D之中進行有效的資料處理，通過必要的反演解釋之后，需要能夠得到最終的含水層單位體積含水量直方圖。NMR信號的強弱能夠有效體現地層含水量，從相關結果中可知，兩測深點的探測結果具有較大的差異性。當線圈布設面積越大，其探測范圍越大，探測深度也逐漸增大，但是橫向分辨率會越來越低。

3 SNMR方法結合探地雷達探測資料的綜合解釋

3.1 陽華巖通過探地雷達的探測

利用探地雷達對陽華巖進行探測需要布設兩條測線，在東西方向布置測線1，從西面向東面進行探測，其長度約為107米;在南北方向布置測線2，測線2部分區域與測線1進行交疊。另外，兩條測線和SNMR探測區域都具有重疊的現象。從相關探測結果中可知，裂縫發育帶存在于測線1的地下巖層之中。測線2的淺層區域地層相對較為完整，但是深層區域，如38～61米區域存在明顯的地層裂縫。

3.2 SNMR方法和探地雷達綜合解釋

對SNMR和探地雷達測量的結果進行綜合分析可知，1號SNMR探測點使用的線圈長度為50米，在其探測深度范圍內可知陽華巖摩崖石刻山體地層的含水量較高，但是探地雷達能夠對山體內的裂縫、溶蝕等現象進行有效的顯示。兩者之間的探測結果具有較高的相似性。2號SNMR測深點使用的線圈長度為25米，其探測區域和雷達測線2在0～12米，測量結果保持一定的相似性。利用SNMR探測的結果可知，該測量區域內含有較少的地下含水量，雷達測量結果顯示測線2在0～14米地下巖體相對比較完整，由此可知，兩者之間的測量結果具有較強的吻合性。

4 結語

通過本文的論述可知，SNMR方法在找水特點和功能方面具有明顯的特殊性和優勢，為石質文物病害的有效探查提供了全新的方向和手段。因此，需對SNMR方法在石質文物病害探查中的有效應用進行研究，從而使應用有效性能夠得到最大化的體現，進而為石質文物的保護奠定基礎。

參考文獻

[1]魯愷，朱源婷，馬國凱，等.地面核磁共振方法在石質文物保護中的應用[J].文物保護與考古科學，2018（6）：90-95.

[2]潘劍偉，占嘉誠，洪濤，等.地面核磁共振方法和高密度電阻率法聯合找水[J].地質科技情報，2018（3）：253-262.

[3]王宏，牛兆偉，張國棟，等.地面核磁共振方法在大壩安全檢測中的試驗研究[J].CT理論與應用研究，2015（3）：367-376.

[4]孫淑琴，孟慶云，方秀成，等.基于自適應和小波模極大值重構的地面核磁共振信號噪聲壓制方法[J].吉林大學學報（工學版），2015（5）：1642-1651.

[5]潘國林，盧琳，聶棟剛.地面核磁共振方法在陽臺滑坡中的應用[J].物探與化探，2014（3）：616-619+623.