Contribution of Electromagnetic Shielding and the Bloch–Siegert Effect to Magnetic-Resonance Sounding

Проведены калибровочные эксперименты магнитно-резонансного зондирования (МРЗ) на льду Обского водохранилища. Впервые осуществлен сравнительный количественный анализ вклада электромагнитного экранирования и эффекта Блоха-Зигерта в сигнал магнитно-резонансного зондирования, исследована асимметрия вклада электромагнитного экранирования и эффекта Блоха-Зигерта в сигнал магнитно-резонансного зондирования при расстройке от резонансной частоты. Результаты теоретических расчетов без учета эффекта Блоха-Зигерта отличаются от экспериментальных данных при максимальной интенсивности радиочастотного импульса примерно в 3 раза. В то же время при учете интерференции электромагнитного экранирования и эффекта Блоха-Зигерта результаты расчета амплитуды и фазы сигнала наилучшим образом аппроксимируют полевые экспериментальные данные. На основании хорошего согласия между экспериментом и теоретическими расчетами с учетом интерференции электромагнитного экранирования и эффекта Блоха-Зигерта продемонстрирована необходимость применения этой модели для решения прямой и обратной задачи магнитно-резонансного зондирования подземных водоносных пластов. Полученные результаты позволяют калибровать метод МРЗ и использовать его не только как индикатор подземной воды, но и как средство количественного измерения. На примере исследований методом МРЗ в долине р. Эбро (Испания) продемонстрирована необходимость учета эффекта Блоха-Зигерта в реальных полевых условиях. При учете только электромагнитного экранирования (без учета эффекта Блоха-Зигерта) амплитуда сигнала отличается примерно в 2 раза при максимальной для экспериментальных данных интенсивности импульса, фаза сигнала отличается в 12 раз при максимальной интенсивности импульса. Поэтому для аппроксимации экспериментальных данных с помощью модели без учета эффекта Блоха-Зигерта в опубликованных ранее работах добавлялись слои на глубинах, близких к максимальной для данного типа антенны (примерно 50 м). Однако в реальности этих слоев не существует, они появляются только как артефакт модели без учета эффекта Блоха-Зигерта. Наилучшей аппроксимации экспериментальных данных удается добиться при учете интерференции электромагнитного экранирования и эффекта Блоха-Зигерта.