О.А. Шушаков^{1, 5}, В.М. Фоменко¹, В. И. Ящук², А. С. Кривошеев², E. Fukushima³, В.С. Кусковский^{4, 5}

1) Институт химической кинетики и горения СО РАН

2) Южно-Минусинская гидрогеологическая партия

3) New Mexico Resonance

4) Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии СО РАН

5) Новосибирский государственный университет
 

Доказано, что ЯМР-зондирование в геомагнитном поле можно использовать для детектирования подземной воды в соответствующих геологических формациях на глубине до 100 м и более в зависимости от наличия естественного или техногенного электромагнитного шума. Макроскопические образцы воды в порах или трещинах горных пород воды на глубинах до 100 и более метров исследуются посредством измерения ядерной релаксации в земном магнитном поле. Возбуждение и прием сигнала ЯМР производится с помощью расположенной на поверхности антенны в форме круга или восьмерки (для уменьшения влияния внешних электромагнитных помех) размерами порядка 100 метров. Частота магнитного резонанса в рассматриваемом случае составляет несколько килогерц, мертвое время аппаратуры - несколько миллисекунд. Регистрируется только способная к гидродинамическому перемещению вода. Вода в очень мелких порах водоупорных пород (например, в глинистых грунтах), химически связанная, кристаллизационная или замерзшая вода имеет более короткие времена спиновой релаксации и не регистрируется. Распределение концентрации воды по глубине определяется посредством обращения интегрального уравнения, содержащего модельные и измеренные зависимости сигнала ЯМР от интенсивности возбуждения.

Исследования скоростей спиновой релаксации позволяют получать информацию о микроструктуре пор и трещин и фильтрационных свойствах коллекторов. Представлено текущее состояние дел ЯМР-зондирования и перспективы этого метода, основанные на детектировании спада свободной индукции и спинового эха и измерении времен релаксации. Время релаксации в средне-крупнозернистом песчаном водоносном слое, измеренное по спаду свободной индукции, T₂^* равно 60 мс, спинового эха T₂ равно 220 мс, инверсии-восстановления T₁ равно 700 мс. На основе экспериментальных данных оценивались микроскопические характеристики водоносного горизонта: продольная релаксационная способность (7 10^-3 см/с), поперечная релаксационная способность (3.5 10^-2 см/с), локальный градиент магнитного поля (2 10^-2 Гаусс/см). Подчеркивается важность измерения спиновой релаксации и эха для получения информации о микроструктуре пор и трещин, а также о фильтрационных свойствах водоносных слоев и диамагнитных, парамагнитных и углеводородных примесях [1].

Проводились эксперименты на малых глубинах по получению сигналов от известных залежей подземных утечек бензина и дизельного топлива близ Абакана. Наблюдали сигнал со многими скоростями T₂^* в местах, содержащих бензин и воду. Экспериментальная идентификация сигналов от бензина и воды была сделана на основе проведения измерений гораздо дальше от предполагаемого источника загрязнений и получения только одной T₂^* компоненты, предполагаемо от воды. Нам не известны никакие другие эксперименты по детектированию поверхностным ЯМР подземных органических загрязнителей, особенно в присутствии воды [2, 3].

1. O.A. Shushakov and V.M. Fomenko. Surface-NMR relaxation and echo of aquifers in geomagnetic field. – Applied magnetic resonance, 2004, v. 25, p. 599-610.
2. O.A. Shushakov, V.M. Fomenko, V.I. Yashchuk, A.S. Krivosheev, E. Fukushima, S.A. Altobelli, V.S. Kuskovsky. Hydrocarbon contamination of aquifers by SNMR detection. //Proceedings of the 2^nd international workshop on the magnetic resonance sounding method applied to non-invasive groundwater investigations, November 19-21, 2003 – Orleans (France) (Eds: A. Legchenko, H. Fabriol, A. Gimenez). p. 113-116.
3. O.A. Shushakov, V.M. Fomenko, V.I. Yashchuk, A.S. Krivosheev, E. Fukushima, S.A. Altobelli, V.S. Kuskovsky. Hydrocarbon contamination of aquifers by SNMR detection. //Proceedings of Waste Management (WM’04) Symposium, February 29- March 4, 2004, Tucson, Arizona. (Ed. G. Benda) WM4566.