本发明涉及地球物理勘探，具体来讲为一种地面核磁共振频率域反演成像方法。
背景技术：
1、地下水不仅是水资源的重要组成部分，更是人类生存、农业灌溉和工业生产的关键水源。因此，寻找和评估地下水资源对于维护生态平衡、确保水资源的可持续利用以及支持国家的社会经济发展至关重要。
2、传统的地球物理找水方法如激发极化法和瞬变电磁法是常用的技术。这些方法通过勘查含水构造或层位的物理异常来间接寻找地下水，但无法确定异常是否由水引起以及具体的含水量等基本问题。与此相比，地面核磁共振（magnetic resonance sounding,mrs）技术因其无损、原位且独特的直接探测优势，已广泛应用于地下水勘探和水源性地质灾害预测等领域。mrs技术通过人工产生的磁场激发地下水中的氢原子核形成宏观磁矩，并在地磁场中进行旋进运动。当激发场停止后，氢原子核自旋产生的弛豫现象被地面线圈记录，从而产生mrs信号，可以对地下水进行定性和定量估计，直接获取赋水层的相关参数。
3、然而，地面核磁共振的信号非常微弱，仅为纳伏级别，特别容易被噪声淹没，很难从时间域角度获取到有效的信号，这也限制了后续反演成像的精度，而从频率域角度，可以直观地观察各个频率成分的强弱和分布情况，能进行多维度的信息展示，还有较强的抗干扰能力。把地面核磁共振的信号转换为拟地震波场信号，再进行合成孔径，也可以在一定程度上增强信号，抑制噪声，提高信噪比，并且拟地震波场信号对于含水层的边界更加敏感，可以提高地面核磁共振反演成像的分辨率和速度。
4、cn104008249a公开的“一种基于动态轮廓模型的地面核磁共振反演方法”中，通过设定探测区域内含水层的层数，初始化各层的厚度和含水量值，将含水层划分为mn个微元，满足动态模型的矩阵方程，再对矩阵方程迭代求解。迭代过程中对各个含水层的厚度和含水量值进行动态调整，以搜索满足矩阵方程的最优解。此方法收敛速度快、反演结果比较稳定，但是容易受到噪声干扰，从而影响反演精度。
5、cn106873044a公开的“阵列式squid核磁共振地下水探测装置及成像方法”中，利用预极化场对探测的水体极化，提高了水体的宏观磁化强度，同时采用阵列式的squid接收模式，可以探测到极微弱的地电信号，从而获得更大的核磁共振信号初始振幅，得到在强噪声环境下地下核磁共振探测图像。此方法对地面核磁共振信号进行了增强，有利于在复杂地形地貌和强噪声环境下对探测区域的地下水探测，但是对含水层的边界不够敏感，在边界处误差较大。
6、cn108897051a公开的“一种高分辨率的地面核磁共振成像方法”中，在时间域进行波场变换，利用相关系数进行合成孔径，实现信号增强，再基于克希霍夫偏移成像理论，实现地下含水结构偏移成像。虽然此方法在时间域角度实现了信号增强，并通过虚拟波场实现成像，对含水层的边界更加敏感，但是在时间域很难直观地提取有效的核磁共振信号以及信号各个相位的频率分布，并且克希霍夫成像方法计算过程复杂，耗时长，不能满足快速成像的需要。
7、上述传统的时间域地面核磁共振的反演方法中，展现的信息维度单一，信号较为微弱，容易受到噪声干扰，并且对含水层的边界不够敏感，计算量较大，反演耗时较长，难以实现地面核磁共振的快速、高精度反演成像。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决地面核磁共振信号较弱，有效信息难以提取，反演迭代耗时较长，成像精度不足等问题，提供一种地面核磁共振频率域反演成像方法，能够在实现地面核磁共振信号增强的同时，实现反演成像。
2、本发明是这样实现的，
3、一种地面核磁共振频率域反演成像方法，该方法包括:
4、s1、根据扩散场与波动场的经典变换式，得到核磁共振响应场与时间域拟地震波场的变换方程，利用时间域拟地震波场在含水层边缘有高分辨率的特性，根据采集到的核磁共振信号，求得各个接收线圈的时间域拟地震波场值；
5、s2、基于s变换，利用时频转换，将求得的时间域拟地震波场值转换到频率域；
6、s3、根据同一地质体在相邻接收线圈上回波信号的相关性，在频率域内，对频率域的拟地震波场值合成孔径，得到合成后的拟地震波场；
7、s4、基于born近似成像方法，对合成后的拟地震波场进行反演处理，实现地下水的频率域反演成像。
8、进一步地，s1具体包括：
9、采集核磁共振信号：向发射线圈中通入交变电流，产生交变磁场，使地下水中的氢原子核自旋方向发生偏转，偏离地磁场方向，发射结束后，接收线圈中感应出的电压信号即为核磁共振信号，核磁共振信号与核磁共振响应场的关系为：
10、 (1)，
11、其中，为时间，为核磁共振信号，为核磁共振响应场；
12、核磁共振响应场属于扩散场，根据扩散场与波动场的经典变换式，将核磁共振响应场转换为时间域拟地震波场：
13、 (2)，
14、其中，为拟地震波场时间，为时间域拟地震波场；
15、由式（1）和（2），得到核磁共振信号与时间域拟地震波场的变换方程：
16、 (3)，
17、将式（3）改写成线性方程组形式，表示时间域拟地震波场值与核磁共振信号之间的转换关系：
18、 (4)，
19、其中，为核磁共振信号，为积分核函数值，为时间域拟地震波场值，和均是的矩阵，是的方阵，为采样点数；若要通过核磁共振信号求取时间域拟地震波场值，则对式（4）进行变换：
20、 (5)，
21、其中，为的伪逆矩阵；再对伪逆矩阵进行svd分解，，得到：
22、 (6)，
23、其中，、和均是的方阵，并且和为正交矩阵。
24、进一步地，s2中基于s变换，利用时频转换，将求得的时间域拟地震波场值转换到频率域采用的公式为：
25、 (7)，
26、其中，表示时移参数，为中心位于的gauss窗函数，为频率域的拟地震波场值；
27、gauss窗函数定义为：
28、 (8)，
29、其中，为频率。
30、进一步地，s3具体包括：
31、设一条测线上总接收线圈个数为，为奇数，以第个接收线圈为中心，，利用同一地质体在相邻接收线圈上的回波信号的相关性，对除中心线圈以外整条测线上各个接收线圈的拟地震波场值进行合成孔径：
32、 (9)，
33、其中，为第个接收线圈与中心线圈的线性距离，为合成孔径范围内除中心线圈以外的其他接收线圈的频率域的拟地震波场值，为中心线圈合成后的拟地震波场，为相位系数，为幅值系数，为磁导率，为介质电导率；
34、进一步地，s4中包括：
35、将合成后的拟地震波场分解为散射场和背景场之和，用速度扰动量表示散射场，并通过积分方程线性化求解，利用速度扰动量实现对地面核磁共振的反演成像。
36、进一步地，s4中具体包括：
37、合成后的拟地震波场满足的频率域波动方程：
38、 (10)，
39、其中，为地下介质中任意位置与场源点的距离，为接收点的坐标，为拟地震波场的速度，为中心线圈合成后的拟地震波场，与含义相同；
40、将拟地震波场速度表示成一个缓慢变化的全局背景速度和一个快速变化的速度扰动量：
41、 (11)，
42、其中，为全局背景速度，为速度扰动量；
43、将式（11）代入式（10）中，得到：
44、 (12)，
45、将合成后的拟地震波场分解为背景场和散射场之和：
46、 (13)，
47、其中，为背景场，为散射场；根据式（12），将背景场表示为：
48、 (14)，
49、散射场表示为：
50、 (15)，
51、引入场源格林函数，满足的波动方程为：
52、 (16)，
53、其中，为场源点的坐标，为场源坐标为的格林函数，为脉冲函数；由式（14）与式（16）得到：
54、 (17)，
55、将式（15）与式（16）联立后，得到：
56、 (18)，
57、再对式（18）两侧求积分，得到：
58、 (19)，
59、其中，为在场源点处的散射场；忽略散射场，根据式（19）得到关于速度扰动量的born近似表达式：
60、 (20)，
61、根据式（17），在全局背景速度为常数、自激自收且接收点位于地表的条件下，即，的条件下，将式（20）改写为：
62、 (21)，
63、全局背景速度为常数条件下的频率域green函数的表达式为：
64、 (22)，
65、其中，为虚数单位；
66、将式（22）代入式（21）中，得到：
67、 (23)，
68、对式（23）进行傅里叶变换变换，得到速度扰动量表达式：
69、 (24)，
70、根据速度扰动量，定位地下含水层的位置和形态，实现地下水的频率域反演成像。
71、本发明的有益效果在于：本发明提出了一种地面核磁共振频率域反演成像方法，解决了地面核磁共振信号较弱，有效信息难以提取，反演迭代耗时较长，成像精度不足等问题。与现有技术相比，本发明通过将核磁共振信号转换为拟地震波场，再将拟地震波场转换到频率域进行合成孔径，最后将合成后的拟地震波场进行分解，基于born近似，利用速度扰动量实现地面核磁共振的反演成像。本发明从频率域角度出发，可以得到信号各个频率成分的强弱和分布情况，对地面核磁共振信号进行增强的同时，能进行多维度的信息展示，也实现了快速反演成像，弥补了地面核磁共振信号微弱，有效信息不够直观，在含水层的边界处分辨率较低，反演迭代过程复杂，耗时长等问题，对地面核磁共振技术的应用及推广具有重要意义。
1.一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，该方法包括:
2.根据权利要求1所述的一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，s1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，s2中基于s变换，利用时频转换，将求得的时间域拟地震波场值转换到频率域采用的公式为：
4.根据权利要求3所述的一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，s3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，其特征在于，s4中包括：
6.根据权利要求5所述的一种地面核磁共振频率域反演成像方法，其特征在于，s4中具体包括：
