CN117783017A - 一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及岩土探测领域，具体公开了一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法，其装置包括测量探头、数据采集及分析系统和下放系统，测量探头包括外壳和设置于外壳中的核磁共振测量模块和高光谱成像模块，核磁共振测量模块包括磁体组件和射频组件，高光谱成像模块包括光学视窗、光源、面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器；数据采集及分析系统用于收集并分析核磁共振测量模块和高光谱成像模块的测量数据，下放系统用于将测量探头下放至钻孔以及回收测量探头。本申请可在低扰动状态下获取深部原位岩土体的化学成分和孔隙流体信息，同时采集岩土体的高光谱图像，获取深部复杂地层信息。

Description

一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法

技术领域

本申请涉及岩土探测领域，尤其是涉及一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法。

背景技术

核磁共振是分析化合物分子结构的重要技术手段，在实验室中常用于测定油水等流体的成分、含量与空间分布等信息，对土体和岩体等多孔介质的孔隙结构特性进行分析表征。核磁共振技术能够区分岩土体孔隙流体中的油、水信号，获取地下深部地层中的含油或含水化合物的物理状态和化学成分，广泛应用于石油勘探和环境污染监测等领域。

高光谱成像技术利用分子化学键对特定波长辐射的吸收特性，通过与光谱指纹数据库进行对比分析，能够获取岩土体中各种物质的化学成分与相对含量。与核磁共振技术相比，高光谱成像技术基于反射光谱技术，更适用于对固体物质进行分析，且对物质种类的适用范围更广，同时提供高光谱图像数据，为物质分析提供有效的数据支撑。结合核磁共振与高光谱成像技术，能够在极低扰动的条件下，同时获取深部原位岩土体中固、液、气三相物质的物理、化学、力学和流体等多重特性，鉴于此，发明一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土原位探测装置与方法是非常有必要的。

发明内容

为了在低扰动状态下获取深部原位岩土体的化学成分和孔隙流体信息，同时采集岩土体的高光谱图像，获取深部复杂地层信息，本申请提供一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法。

本申请提供的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置采用如下的技术方案：

一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括：

测量探头，包括外壳和设置于外壳中的核磁共振测量模块和高光谱成像模块；

数据采集及分析系统，用于收集并分析所述核磁共振测量模块和所述高光谱成像模块的测量数据；

下放系统，用于将所述测量探头下放至钻孔以及回收所述测量探头；

所述核磁共振测量模块包括磁体组件和射频组件；

所述高光谱成像模块包括：

多个光学视窗，沿所述外壳周向间隔分布；

光源，安装于所述光学视窗内，所述光源发出的光能够透过所述光学视窗进入土体，土体中目标物的反射光能够透过所述光学视窗进入所述外壳；

面阵光纤传感器，用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息；

线扫描高光谱传感器，用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，所述空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，所述光谱维的信息包括目标物的光谱信息。

探测时，通过下放系统将测量探头下放至钻孔中，测量探头到达目标深度的土层后，核磁共振测量模块发射特定频率的射频信号并接收对应深度土体的回波信号，通过数据采集及分析系统对核磁共振回波信号进行反演，得到原状土的T2分布谱；T2谱在一定程度上反映了土体的含水分布、微观孔隙结构和油水流体信息。

同时，光源发出的光线透过光学视窗进入土体并照射在目标物上发生反射，反射光被面阵光纤传感器接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息，数据采集及分析系统对面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并进一步输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

通过对比不同深度土层的核磁共振信息和化学成分信息，结合原位土体的高光谱图像，可以对土体的物理力学特性和污染程度进行评价。

进一步地，所述磁体组件包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第二磁铁和第一磁铁，所述第一磁铁、所述第二磁铁和所述第三磁铁的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同。

磁体组件产生围绕轴线的圆环形静磁场B0，通过采用多个空心圆柱型磁铁组成磁体组件，且磁体组件呈变径设置，使核磁共振测量信号敏感区域沿磁体组件的径向向外延伸一段距离，从而使得测量区域尽可能避开贯入过程中被测量探头扰动和破坏的土，有助于提高测量的准确性。

进一步地，所述射频组件包括绕设于所述磁体组件中部的射频线圈，所述射频线圈连接有调谐电路。

射频线圈产生的射频磁场B1沿磁铁轴向且与静磁场B0垂直，通过调谐电路，可将射频线圈频率和磁铁产生的静磁场B0的磁场强度调谐一致。

进一步地，所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入面阵光纤阵列，光线在面阵光纤束内发生全反射后进入面图像传感器进行信号处理。

进一步地，所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

进一步地，所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入线阵光纤阵列，光线在线阵输入光纤束内发生全反射后进入线分光器，线分光器将复合光线分解为不同波段的离散光线，通过面阵输出光纤束进入线图像高光谱传感器进行信号处理。

进一步地，所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。

光线依次经过输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，将复合光线分解为不同波段的离散光线。

进一步地，所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。

通过定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强。

进一步地，所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。

本申请提供一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测方法，采用一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括以下步骤：

步骤一：通过下放系统将测量探头下放至钻孔中；

步骤二：核磁共振测量模块对土体进行原位核磁共振测量，高光谱成像模块对土体进行原位高光谱测量，将测量数据传输至数据采集及分析系统；

步骤三：数据采集及分析系统对核磁共振测量模块的测量数据进行处理，得到土层的T2分布谱；数据采集及分析系统对高光谱成像模块的测量数据进行处理，输出视频、图像和光谱特征信息；

步骤四：根据T2分布谱得到土体的含水率，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请能够实时获取原位土体的高光谱图像，并在此基础上获取土体的化学组成信息，能够与核磁共振测量结果进行对比分析和验证，提高了深部原位地层中的信息获取能力；

2.本申请采用光纤束代替了传统高光谱成像设备中的相机镜头和光路改造结构，使得装置在静止和运动的状态下均能有效成像，光谱分辨率高，结构紧凑、体积小，便于在狭窄空间内集成使用；

3.本申请采用光纤束和定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强；

4.本申请采用内置电源和无线收发器的自容式结构，无需供电和信号传输电缆，减少电能和信息损耗。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中测量探头的剖视结构示意图；

图3是本申请实施例中光学视窗的正视图；

图4是本申请实施例中光学视窗的俯视图；

图5是本申请实施例中面阵光纤传感器的示意图；

图6是本申请实施例中主要用于展示光学视窗、面阵光纤阵列和线阵光纤阵列的局部剖视示意图；

图7是本申请实施例中线扫描高光谱传感器的示意图；

图8是本申请实施例中线分光器的剖视图；

图9是本申请实施例中磁体组件的整体结构示意图；

图10是本申请实施例中磁体组件的剖视结构示意图；

图11是本申请实施例中主要用于展示磁体组件周围敏感区域的示意图；

图12是主要用于展示现有技术中磁体组件周围敏感区域的示意图。

附图标记：1、测量探头；2、钢缆；3、步进电机；4、三脚架；5、谱仪组件；6、工控机；7、外壳；8、光学视窗；9、光源；10、线扫描高光谱传感器；11、面阵光纤传感器；12、套筒；13、磁体组件；131、第一磁铁；132、第二磁铁；133、第三磁铁；14、射频线圈；15、电源；16、数据处理芯片；17、无线收发器；18、线阵光纤阵列；19、线阵输入光纤束；20、线分光器；21、面阵输出光纤束；22、光纤解码器；23、线成像电荷耦合器件；24、面阵光纤阵列；25、面阵光纤束；26、面成像电荷耦合器件；27、分光器外壳；28、输入光纤准直器；29、消杂光光阑；30、定向分光器件；31、输出光纤准直器；32、定向光栅。

具体实施方式

以下结合附图1-12对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置。参照图1，核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置包括测量探头1、数据采集及分析系统和下放系统。

参照图2，测量探头1包括外壳7和设置于外壳7中的核磁共振测量模块和高光谱成像模块。外壳7呈圆筒状，由无磁不导电材料制成，可以采用玻璃钢材料，外壳7的一端固定设置有圆锥形探头。核磁共振测量模块包括磁体组件13和射频组件。高光谱成像模块包括光学视窗8、光源9、面阵光纤传感器11、线扫描高光谱传感器10、无线收发器17、数据处理芯片16和电源15。

参照图2，光学视窗8设置有多个，多个透明的光学视窗8沿外壳7的周向间隔分布。光学视窗8呈弧面且与外壳7的弧度一致，光学视窗8的内、外侧分别与外壳7的内、外侧壁平齐。

参照图3和图4，光学视窗8与外壳7相接的两端均开设有多个圆形安装孔，光源9安装于安装孔中且光源9的照射角度可调节。光源9发出的光能够透过光学视窗8进入土体，土体中目标物的反射光能够透过光学视窗8进入外壳7。

面阵光纤传感器11用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息。线扫描高光谱传感器10用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维的信息包括目标物的光谱信息。

数据处理芯片16用于对面阵光纤传感器11和线扫描高光谱传感器10的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体并发送到无线收发器17；无线收发器17用于上传测试数据和接受控制信号；电源15用于供电。

数据采集及分析系统用于收集并分析核磁共振测量模块和高光谱成像模块的测量数据，数据采集及分析系统包括用于发射和接收核磁共振测量射频信号的谱仪组件5和用于发送测量指令并对测量数据进行实时处理的工控机6。

参照图1，下放系统用于将测量探头1下放至钻孔以及回收测量探头1，下放系统包括三脚架4、钢缆2以及用于收卷或放卷钢缆2的步进电机3，钢缆2的自由端连接于测量探头1的顶端。

探测时，通过下放系统将测量探头1下放至钻孔中，测量探头1到达目标深度的土层后，核磁共振测量模块发射特定频率的射频信号并接收对应深度土体的回波信号，通过数据采集及分析系统对核磁共振回波信号进行反演，得到原状土的T2分布谱；T2谱在一定程度上反映了土体的含水分布、微观孔隙结构和油水流体信息。

同时，光源9发出的光线透过光学视窗8进入土体并照射在目标物上发生反射，反射光被面阵光纤传感器11接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器10接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息，数据采集及分析系统对面阵光纤传感器11和线扫描高光谱传感器10的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并进一步输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

通过对比不同深度土层的核磁共振信息和化学成分信息，结合原位土体的高光谱图像，可以对土体的物理力学特性和污染程度进行评价。本申请同时采用面阵光纤成像和线阵光纤成像技术，使得装置在静止和运动的状态下均能有效成像，光谱分辨率高，结构紧凑、体积小，便于在狭窄空间内集成使用。

参照图5，面阵光纤传感器11包括依次连接的面阵光纤阵列24、面阵光纤束25和面图像传感器。参照图6，面阵光纤阵列24设置于光学视窗8的内侧面，面阵光纤阵列24中光纤端部的轴向与光学视窗8的内侧面垂直。

参照图5，面图像传感器包括光纤解码器22和面成像电荷耦合器件26；光纤解码器22连接于面阵光纤束25的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；面成像电荷耦合器件26连接于光纤解码器22，用于将解码的二维光信号转化为电信号，面成像电荷耦合器件26的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

光源9发出的光线照射在目标物上发生反射并通过光学视窗8进入面阵光纤阵列24，光线在面阵光纤束25内发生全反射后进入光纤解码器22进行解码，由面成像电荷耦合器件26进行光信号分析和处理，并转换为电信号，输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

参照图7，线扫描高光谱传感器10包括依次连接的线阵光纤阵列18、线阵输入光纤束19、线分光器20、面阵输出光纤束21和线图像高光谱传感器。参照图6，线阵光纤阵列18设置于光学视窗8的内侧面，线阵光纤阵列18中光纤端部的的轴向与光学视窗8的内侧面垂直。

参照图7和图8，线分光器20包括分光器外壳27和位于分光器外壳27内且沿光路依次设置的输入光纤准直器28、定向分光器件30和输出光纤准直器31；输入光纤准直器28、定向分光器件30和输出光纤准直器31共轴线。分光器外壳27的内壁设有黑色吸光涂层，分光器外壳27与输入光纤准直器28之间设置有消杂光光阑29，用于消减非成像光。

进一步地，定向分光器件30为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，定向光栅32将发散光规制为平行光，衍射光栅将通过定向光栅32的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。

通过定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强。

参照图7，线图像高光谱传感器包括光纤解码器22和线成像电荷耦合器件23；光纤解码器22连接于面阵输出光纤束21的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号。线成像电荷耦合器件23连接于光纤解码器22，用于将解码的二维光信号转化为电信号，线成像电荷耦合器件23包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。

光源9发出的光线照射在目标物上发生反射并进入光学视窗8和线阵光纤阵列18，光线在线阵输入光纤束19内发生全反射后进入线分光器20，线分光器20将复合光线分解为不同波段的离散光线；离散光线通过面阵输出光纤束21进入光纤解码器22解码后，由线成像电荷耦合器件23进行光信号分析和处理并转换为电信号，输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和目标物的光谱信息。

参照图2，电源15通过电缆与光源9、数据处理芯片16和无线收发器17连接。电源15通过电气接口与面成像电荷耦合器件26和线成像电荷耦合器件23连接，并提供所需电能。

数据处理芯片16通过对应的数据接口分别与面成像电荷耦合器件26和线成像电荷耦合器件23连接，面阵光纤传感器11和线扫描高光谱传感器10将电信号发送到数据处理芯片16，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并通过无线收发器17上传到地面工控机6。

参照图2、图9和图10，磁体组件13包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁131、第二磁铁132、第三磁铁133、第二磁铁132和第一磁铁131；第一磁铁131、第二磁铁132和第三磁铁133的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同，即五个磁铁的磁场方向相同。

磁体组件13产生围绕轴线的圆环形静磁场B0，静磁场B0均匀的区域为敏感区域。通过采用多个空心圆柱型磁铁组成磁体组件13，且磁体组件13呈变径设置，使核磁共振测量信号敏感区域沿磁体组件13的径向向外延伸一段距离，如图11中阴影部分所示，从而使得测量区域尽可能避开钻孔过程中被扰动和破坏的土，有助于提高测量的准确性。

现有技术中的磁体组件13包括两个沿自身轴向间隔排布的圆柱型磁铁，两个磁铁的极性相反，即二者的磁场方向相反；相应的敏感区域紧邻磁体组件13的外周，如图12中阴影部分所示，使得测量区域内含有钻孔过程中被扰动和破坏的土，不利于提高测量的准确性。

参照图2，射频组件包括绕设于磁体组件13中部的射频线圈14，射频线圈14连接有调谐电路。磁体组件13外设置有聚四氟乙烯材料制成的套筒12，套筒12内周侧的中部设有供射频线圈14缠绕的凹槽，凹槽便于将射频线圈14固定在套筒12内。

射频线圈14产生的射频磁场B1沿磁体组件13的轴向且与静磁场B0垂直，通过调谐电路可将射频线圈14频率和磁体组件13产生的静磁场B0的磁场强度调谐一致。

本申请实施例一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置的实施原理为：探测时，通过下放系统将测量探头1下放至钻孔中，测量探头1到达目标深度的土层后，核磁共振测量模块发射特定频率的射频信号并接收对应深度土体的回波信号，通过数据采集及分析系统对核磁共振回波信号进行反演，得到原状土的T2分布谱；T2谱在一定程度上反映了土体的含水分布、微观孔隙结构和油水流体信息。

同时，光源9发出的光线透过光学视窗8进入土体并照射在目标物上发生反射，反射光被面阵光纤传感器11接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器10接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息，数据采集及分析系统对面阵光纤传感器11和线扫描高光谱传感器10的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并进一步输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。

通过对比不同深度土层的核磁共振信息和化学成分信息，结合原位土体的高光谱图像，可以对土体的物理力学特性和污染程度进行评价。

实施例2

本申请实施例公开一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测方法，采用一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括以下步骤：

步骤一：在场地范围内选定钻孔位置钻孔，通过下放系统将测量探头1匀速下放至钻孔中。

步骤二：核磁共振测量模块对土体进行原位核磁共振测量，高光谱成像模块对土体进行原位高光谱测量，将测量数据传输至数据采集及分析系统。

步骤三：数据采集及分析系统对核磁共振测量模块的测量数据进行处理，得到土层的T2分布谱；数据采集及分析系统对高光谱成像模块的测量数据进行处理，输出视频、图像和光谱特征信息；

其中，得到T2分布谱的方法包括以下步骤：

土中氢核数量和磁化信号强度成正比，核磁共振探头测量的核磁共振横向磁化矢量回波衰减信号如公式（1）：

(1)

式（1）中，某深度位置回波衰减信号中第i个磁化矢量强度，/>为衰减时间，/>为设定的第j个横向弛豫时间，/>为第j个横向弛豫时间对应的幅度，在测量探头连续下放的过程中测量得到不同深度的多个回波衰减信号；

核磁共振测量原始信号经反演算法处理需要通过反演得到，从而分别得到不同深度位置土的T2分布谱；T2分布中短T2部分对应着土体中的小孔隙中的水，长T2部分是较大孔隙水的反映，基于T2谱能够得到土的微观孔隙结构特征。

步骤四：根据T2分布谱得到土体的含水率；将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息；

其中，根据T2分布谱得到土体含水率的方法包括以下步骤：

按公式（2）计算某一深度位置土体的含水量：

(2)

式（2）中，为该深度位置核磁共振探头测量土体中水信号的总体积；/>和分别为T2分布谱的最小值和最大值；

按公式（3）计算该深度位置土体的含水率：

(3)

式（3）中，为核磁共振探头测量区域的总体积；/>为含水率；通过连续深度T2分布谱的数据处理，得到土体连续深度分布的含水率。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：包括：

测量探头，包括外壳和设置于外壳中的核磁共振测量模块和高光谱成像模块；

数据采集及分析系统，用于收集并分析所述核磁共振测量模块和所述高光谱成像模块的测量数据；

下放系统，用于将所述测量探头下放至钻孔以及回收所述测量探头；

所述核磁共振测量模块包括磁体组件和射频组件；

所述高光谱成像模块包括：

多个光学视窗，沿所述外壳周向间隔分布；

光源，安装于所述光学视窗内，所述光源发出的光能够透过所述光学视窗进入土体，土体中目标物的反射光能够透过所述光学视窗进入所述外壳；

面阵光纤传感器，用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息；

线扫描高光谱传感器，用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，所述空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，所述光谱维的信息包括目标物的光谱信息。

2.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述磁体组件包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第二磁铁和第一磁铁，所述第一磁铁、所述第二磁铁和所述第三磁铁的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同。

3.根据权利要求2所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述射频组件包括绕设于所述磁体组件中部的射频线圈，所述射频线圈连接有调谐电路。

4.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

5.根据权利要求4所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。

6.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。

7.根据权利要求6所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。

8.根据权利要求7所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。

9.根据权利要求6所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。

10.一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测方法，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括以下步骤：

步骤一：通过下放系统将测量探头下放至钻孔中；

步骤二：核磁共振测量模块对土体进行原位核磁共振测量，高光谱成像模块对土体进行原位高光谱测量，将测量数据传输至数据采集及分析系统；

步骤三：数据采集及分析系统对核磁共振测量模块的测量数据进行处理，得到土层的T2分布谱；数据采集及分析系统对高光谱成像模块的测量数据进行处理，输出视频、图像和光谱特征信息；

步骤四：根据T2分布谱得到土体的含水率，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构信息。