地面核磁共振方法在石質(zhì)文物保護(hù)中運(yùn)用分析

趙志遠(yuǎn)

摘 要：不僅人為因素能夠?qū)κ|(zhì)文物產(chǎn)生一定的破壞，自然因素也同樣能夠?qū)κ|(zhì)文物產(chǎn)生破壞，如地下水侵蝕、地震等，為了使石質(zhì)文物能夠得到有效的保護(hù)，地面核磁共振方法應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸在石質(zhì)文物保護(hù)中被有效應(yīng)用。文章從石質(zhì)文物保護(hù)研究的背景概述入手，對(duì)地面核磁共振方法在石質(zhì)文物保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)研究。此次研究明確了地面核磁共振方法對(duì)石質(zhì)文物保護(hù)的重要性，使此方法能夠在石質(zhì)文物保護(hù)中被有效應(yīng)用，進(jìn)而為石質(zhì)文物保護(hù)提供全新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：地面核磁共振方法;石質(zhì)文物;保護(hù);應(yīng)用

我國(guó)擁有豐富的石質(zhì)文物，石質(zhì)文物不僅具有有效的觀賞價(jià)值，而且還具有明顯的人文價(jià)值。然而，目前石質(zhì)文物受到了一定的損害，需要對(duì)其進(jìn)行全面保護(hù)。地面核磁共振方法能夠?qū)κ|(zhì)文物起到有效的保護(hù)作用，成為石質(zhì)文物保護(hù)的方法之一。本文對(duì)地面核磁共振方法進(jìn)行細(xì)致的闡述，此次研究對(duì)豐富地面核磁共振方法的內(nèi)容具有理論性意義，對(duì)地面核磁共振方法在石質(zhì)文物保護(hù)中的有效應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

1 研究背景概述

我國(guó)具有豐富的石質(zhì)文物，這些石質(zhì)文物不僅是中國(guó)民族傳統(tǒng)文化的象征，而且是中國(guó)對(duì)世界的偉大貢獻(xiàn)。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，歷史沉淀也越來越醇厚，但石質(zhì)文物也受到嚴(yán)重的破壞，因此，石質(zhì)文物保護(hù)得到越來越多人的重視。本文以湖南省陽華巖為例進(jìn)行探討，其摩崖石刻山體上部的第四紀(jì)相對(duì)覆蓋較薄，大部分的基巖暴露在自然環(huán)境中，從而出現(xiàn)劇烈的巖石溶蝕現(xiàn)象。另外，其地下補(bǔ)給水主要靠巖溶裂縫水，當(dāng)下石刻存在明顯的滲水及風(fēng)化等病害，要對(duì)病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)其地下水賦存狀態(tài)進(jìn)行查明，就需對(duì)地面核磁共振方法進(jìn)行有效的利用。

2 SNMR方法在巖石刻病害探測(cè)中的應(yīng)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(chǔ)下，對(duì)地面核磁共振探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的利用，從而對(duì)地下水NMR信號(hào)變化規(guī)律進(jìn)行有效的觀測(cè)，進(jìn)而使探測(cè)地下水賦存特征的目的得以實(shí)現(xiàn)。在地磁場(chǎng)的作用下，氫核能夠保持一定的能級(jí)，如果在地磁場(chǎng)的垂直方向上增加交變磁場(chǎng)，就能夠使氫核被有效地激發(fā)，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(tài)，進(jìn)而使核磁共振得以產(chǎn)生。當(dāng)交變磁場(chǎng)被切斷之后，宏觀磁場(chǎng)會(huì)恢復(fù)到原有的自然狀態(tài)中。同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定的不斷衰減的磁場(chǎng)。

2.2 磁共振測(cè)深點(diǎn)布設(shè)及裝置形式選擇

從前期的勘察結(jié)果可知，陽華巖摩崖石所處的山體中未發(fā)現(xiàn)明顯的電磁干擾體，其中的第四紀(jì)覆蓋層相對(duì)比較淺，部分區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)基巖外露的現(xiàn)象，并且各個(gè)部位之間還出現(xiàn)了不同程度的風(fēng)化，裂縫也存在明顯發(fā)育等現(xiàn)象。另外，陽華巖巖性是寒武紀(jì)灰?guī)r，且不存在強(qiáng)磁性火成巖，因此，SNMR具備必要的工作條件。為了對(duì)陽華巖摩崖石刻區(qū)域地下水的賦存狀態(tài)進(jìn)行全面的了解，需要在山體上進(jìn)行核磁共振測(cè)深點(diǎn)的有效布設(shè)，將其設(shè)定為SNMR1和SNMR2，具體的線圈布設(shè)位置如圖1所示。由于能夠進(jìn)行SNMR布設(shè)方法線圈的區(qū)域面積相對(duì)較小，所以，需對(duì)工作裝置進(jìn)行合理化的選擇，選擇測(cè)量深度相對(duì)較大裝置，即方形收發(fā)共圈裝置。將SNMR1測(cè)深點(diǎn)線圈邊長(zhǎng)設(shè)定為50米，將SNMR2測(cè)深點(diǎn)線圈邊長(zhǎng)設(shè)定為25米。

2.3 NMR信號(hào)采集

此次探測(cè)使用的探測(cè)儀器是美國(guó)公司生產(chǎn)的大地核磁共振儀器，這種儀器可以按照輸入測(cè)量地區(qū)磁場(chǎng)的強(qiáng)度數(shù)值，對(duì)拉莫爾頻率進(jìn)行有效計(jì)算。與此同時(shí)，能夠?qū)Σ荚O(shè)線圈的電感量進(jìn)行全面測(cè)量，進(jìn)而得出需要的調(diào)諧電容。在核磁共振儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作之前，首先，需對(duì)質(zhì)子磁力儀進(jìn)行合理化的應(yīng)用，對(duì)所需測(cè)量地區(qū)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行有效的測(cè)量。當(dāng)核磁共振線圈及儀器連接線等布設(shè)完成之后，在GMR操作界面中輸入相關(guān)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度值，儀器能夠自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的拉莫爾頻率。其次，在調(diào)諧電容值的基礎(chǔ)上，對(duì)相對(duì)應(yīng)的電容值進(jìn)行有效的匹配，將最大脈沖矩設(shè)定為9A.s，脈沖矩次數(shù)設(shè)定為30個(gè)，記錄的長(zhǎng)度設(shè)定為250毫秒，疊加次數(shù)設(shè)定為15次。當(dāng)脈沖矩接收的NMR信號(hào)頻率與激發(fā)脈沖頻率頻差，測(cè)深點(diǎn)放大因子>10000時(shí)，則表示數(shù)據(jù)質(zhì)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(shù)據(jù)而言，能夠通過帶有GMRQC和GMR1D軟件來對(duì)其進(jìn)行演算和反演，在處理的時(shí)候，需要利用GMRQC軟件對(duì)GMR測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的調(diào)整和去噪處理。之后將處理完成的數(shù)據(jù)傳送到GMR1D之中進(jìn)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(hào)的強(qiáng)弱能夠有效體現(xiàn)地層含水量，從相關(guān)結(jié)果中可知，兩測(cè)深點(diǎn)的探測(cè)結(jié)果具有較大的差異性。當(dāng)線圈布設(shè)面積越大，其探測(cè)范圍越大，探測(cè)深度也逐漸增大，但是橫向分辨率會(huì)越來越低。

3 SNMR方法結(jié)合探地雷達(dá)探測(cè)資料的綜合解釋

3.1 陽華巖通過探地雷達(dá)的探測(cè)

利用探地雷達(dá)對(duì)陽華巖進(jìn)行探測(cè)需要布設(shè)兩條測(cè)線，在東西方向布置測(cè)線1，從西面向東面進(jìn)行探測(cè)，其長(zhǎng)度約為107米;在南北方向布置測(cè)線2，測(cè)線2部分區(qū)域與測(cè)線1進(jìn)行交疊。另外，兩條測(cè)線和SNMR探測(cè)區(qū)域都具有重疊的現(xiàn)象。從相關(guān)探測(cè)結(jié)果中可知，裂縫發(fā)育帶存在于測(cè)線1的地下巖層之中。測(cè)線2的淺層區(qū)域地層相對(duì)較為完整，但是深層區(qū)域，如38～61米區(qū)域存在明顯的地層裂縫。

3.2 SNMR方法和探地雷達(dá)綜合解釋

對(duì)SNMR和探地雷達(dá)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行綜合分析可知，1號(hào)SNMR探測(cè)點(diǎn)使用的線圈長(zhǎng)度為50米，在其探測(cè)深度范圍內(nèi)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(dá)能夠?qū)ι襟w內(nèi)的裂縫、溶蝕等現(xiàn)象進(jìn)行有效的顯示。兩者之間的探測(cè)結(jié)果具有較高的相似性。2號(hào)SNMR測(cè)深點(diǎn)使用的線圈長(zhǎng)度為25米，其探測(cè)區(qū)域和雷達(dá)測(cè)線2在0～12米，測(cè)量結(jié)果保持一定的相似性。利用SNMR探測(cè)的結(jié)果可知，該測(cè)量區(qū)域內(nèi)含有較少的地下含水量，雷達(dá)測(cè)量結(jié)果顯示測(cè)線2在0～14米地下巖體相對(duì)比較完整，由此可知，兩者之間的測(cè)量結(jié)果具有較強(qiáng)的吻合性。

4 結(jié)語

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

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