TW201619639A - 三維磁場電磁勘探設備及方法 - Google Patents

Abstract

一種三維磁場電磁勘探設備及方法，係利用瞬變電磁結合大地電磁與地震波進行勘探，包括複數個接收器以及複數個電磁波源及/或地震源；該接收器係隨機或任意設置於被勘探區域內，每一接收器係與一維或三維之磁場感應器、地震檢波器及/或微機電系統加速度計相連接，供接收、紀錄磁場及/或地震波數據；並可由高密度分佈之三維之磁場數據以數學內外差分求出電場數據，而可演算出大地電磁數據；該電磁波源及/或地震源係設置於鄰近該接收器之位置，供發射電磁波及/或地震波訊號；根據所接收並紀錄之磁場及/或地震波數據，而得以進行大地電磁、瞬變電磁及地震探勘，決定被勘探區域之地底結構。本探勘設備及方法的發明也包括一種可大量使用的高解度三維磁場感應器。

Description

三維磁場電磁勘探設備及方法

本發明係關於一種地層構造勘探設備及方法，其係可使用小型且具有較寬測量動態與高靈敏度之三維之磁場感應器，配合高密度隨機或任意分佈之接收器使用，以進行電磁勘探；其中可自高密度排列接收器之垂直磁場演算出電場，藉此經由測量三維之磁場數據進行內外差分，而可演算出大地電磁數據；本發明的勘探設備可同時取得電磁波數據以及/或大地電磁數據，對地層構造進行聯合的野外勘探。本發明的勘探設備也包括一種可大量使用的高解度三維磁場感應器。

於瞬變電磁深層勘探(deep geo-electrical structure sounding)方面，習知技術係利用大型回線源或較長之接地電線，以產生足夠的發射功率。接收器之磁場感應器通常可為邊長幾十公尺之回線源(air loops)、配置有磁場集中器(磁場匯集器)(magnetic flux concentrator)之線圈或是超導量子干涉磁量儀(superconducting quantum interference device magnetometer)。於海洋電磁勘探方面，拖曳很長的電線或大型電磁波發射回線圈相對是較為容易的；然而於陸上勘探方面，通常會將發射器固定於一個位置，接收 器則朝向離發射器約一公里、或至多達幾十公里處之地區移動。受限於傳統電磁接收器之體積和重量，建立一個同時擁有幾百或幾千台規模之瞬變電磁接收站是非常困難的。

對於瞬變電磁而言，一般係使用一、二或三維反演法 (inversions)加以分析解讀。眾所周知，為接地電線源(Grounded Wire Source)或回線源(loop source)之大型發射器，通常具有源頭效應(source effect)，尤其當使用一維反演解讀時。若改變發射器之位置，亦可能導致解讀之結果有所不同。

目前已有一些與電磁波深層勘探相關之美國專利：Bostick Jr. X,Francis之專利(US4591791)為地球物理勘探揭露一種電磁測量方法，該方法係於一點上測量在兩個非平行方向的磁場變化，並同時測量平行於測量線上多點的電場變化；Srnka,Leonard J等之專利(US7894989)則揭露海域電磁波測量勘探地球垂直地電阻異向性(earth vertical electrical anisotropy)之方法，此方法同時需要測量在線和離線數據，其中包括至少一個對垂直電阻率明顯敏感的電磁場分量和另一個對水平電阻率明顯敏感的電磁場分量；MacGregor,Lucy M等之專利(US7126338)揭露使用平行及垂直測量線的兩個電磁源對相同或不同的接收器的勘探方法；Smka，Leonard J.之專利(US4617518)揭露海域電磁深層勘探利用波長效應，以決定最佳來源和探測器之位置；Tasci,Tahsin M等之專利(US5563513)揭露使用發電機連接固定接地的有線電極(grounded electrodes)發射器之瞬變電磁勘探的設備及方法，其係於地球表面用磁力儀或感應線圈測量由地底產生的誘發渦流電流產生的磁場變化；Strack,Kurt M.等之專利(US7746077)揭露運用牽引式電 極(towed electric dipole)之海洋電磁波勘探方法，其中包括多個沿著電纜隔開排列的感應器模組，且每一模組至少含有一個磁場感應器與至少一對電極；Strack,Kurt M.之專利(US7800374)則揭露多元件海洋電磁波信號採集電纜和系統；Alumbaugh,David等之專利(US7860655)揭露在淺水和陸地環境下以電磁方式偵測高電阻薄層之技術，其中包括使用第一個感應器來執行第一個電磁場測量以獲得的第一數據，其象徵高電阻體之存在，且此第一數據相對易受由空氣界面層(an air layer boundary)所引發效應之影響，該技術亦包含了使用第二個感應器來執行第二電磁場測量以獲得的第二數據，此同樣亦象徵著高電阻體之存在。

Wen J Whan(黃文義)等之專利(US 2012/0262179 A1)揭露一種具變動頻譜(variable spectrum)功能之小體積電磁波發射器，其可提供不同深度之勘探及可移動性。上述專利亦揭露採用於野外佈置之高動態及高靈敏的三維磁場感應器，可將大量接收器配置於勘探區域，並由三維之磁場資料，演算出大地電磁之勘探。上所述專利進一步揭露三維磁場感應器相連接之小體積接收器，藉此於野外得以隨機或任意佈置，以同時施行大地電磁及三維瞬變電磁勘探之方法及儀器。上述專利亦揭露一縮小尺寸且可由卡車拖曳之電磁波發射回線源，以便於野外作業，尤其便於陸上勘探。此外上述專利亦揭露，藉由兩個不同靈敏度的磁場感應元件設計為具有高動態範圍、高靈敏度以及小體積之磁場感應器者，藉此得以佈置高密度、多數量連接磁感應器之接收器。本發明更揭露由三維磁場資料內外差分演算而得之大地電磁勘探方法，也揭露由單一磁場感應元件設計為具有高動態範圍、高靈敏度以及小體積之磁場感應器者。

本發明之主要目的在於提供一種三維磁場電磁勘探設備及方法，其中所使用之電磁波發射器係為小體積者，而便於野外移動及佈置；多個發射器可並聯以獲得較大功率，或可交替使用以節省野外佈置時間；此外，發射器亦可為電纜或導電棒所組成之回線圈，以便於卡車拖行。

本發明之另一目的在於提供一種電磁及其綜合勘探設備及方法，其中藉由使用不同脈波之寬度及緩步時間(Ramp time)，而得以控制電磁波發射器之功率頻譜，進而控制不同探勘深度。

本發明之另一目的在於提供一種電磁及其綜合勘探設備及方法，其中藉由將磁場感應器設計為小體積且具有高動態區域與高靈敏者，而得以便於野外佈置成百上千個磁場感應器，且大部分之接收器可長時間放置於固定格線點或隨機或任意定點，小部分之接收器則可隨發射器移動。

本發明之另一目的在於提供一種電磁及其綜合勘探設備及方法，其中藉由高密度佈置之磁場感應器所得的垂直分量，可由內外差分得到在節點上磁場的垂直分量進而演算出電場，並進而獲得大地電磁勘探資料。

本發明之另一目的在於針對交通不便，地形複雜的區域，使用大量"隨機或任意散佈"的無線單獨作業的接收器"做長期固定的連續記錄，記錄時間可以是幾星期或幾個月以上。每一記錄器可以為一維或三維的檢波器或加速器，高靈敏的一維或三維的磁場傳感器，或水平的二維電 位極傳感器。固定記錄器可記錄主動地震源及天然地震來的地震波的資訊，以及因地震所引起的震動電場(Seismo-electric field)，也可記錄主動線電磁源(Wire Source)及迴圈電磁源(Loop Source)所引起的三維分量的磁場，兩個水平電場分量，或由垂直磁場算出兩個水平電場分量，以及因電磁場所引起的電震動場(Electro-seismic)。又因長期觀測，得以有靜態磁場，自然電位等地球物理勘探，另外因有了電場及磁場，又得以做大地電磁勘探。如果使用加速器，做地震波的長期記錄，又得以做靜態重力勘探。

為達上述目的，本發明揭示一種三維磁場電磁勘探設備及方 法，係利用瞬變電磁結合大地電磁進行勘探，設備包括有複數個接收器以及複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源；其中複數個接收器係散佈於被勘探區域內，其中每一接收器係可與一維或三維之攜帶式磁場感應器、地震檢波器及/或微機電系統加速度計相連接，用以接收並紀錄來自攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場及/或地震波數據；複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源，係設置於鄰近接收器之位置或與接收器相連接，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；藉此，經由(例如使用一分析裝置)分析所接收並紀錄之磁場及/或地震波，而得以決定被勘探區域之地底結構。其中攜帶式磁場感應器包括一磁場匯集器及一繞在磁場匯集器上的線圈，經由控制流經線圈之一電流而感應產生出與一背景磁場逆向之一逆向磁場，藉此抵消背景磁場，讓輸出之磁場強度信號處於低電位水平以便能增加磁場強度信號放大倍率。

於一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁 場感應器相連接；其中激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或 一接地電線源。

於一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁 場感應器以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接；其中激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，且可移動式地震源係為一震動器或一炸藥。

於一實施例中，每一可移動式激發電磁波源更包括一回線 圈、一發電機、一變壓器、複數個電容陣列以及一高電流脈衝產生器；其中高電流脈衝產生器更包括一用以產生脈衝寬度調制之中央處理器以及複數個驅動器，前述驅動器係用以驅動複數個絕緣柵雙極型電晶體(insulated gate bipolar transistors)，藉以驅動回線圈之大電流並產生緩步時間(ramp time)；前述回線圈係由電纜或複數條頭尾連接之金屬棒製成；前述高電流脈衝產生器係根據所欲勘探目標之深度，而產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形；此外，前述高電流脈衝產生器可使用相同的電容陣列，藉以將電流大小及緩步時間等比縮小，以產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形。

於一實施例中，每一可移動式激發電磁波源係根據所欲勘探目標深度，於同一發射地點，產生不同脈衝寛度以及緩步時間之電流波形。

於另一實施例中，前述複數個接收器係高密度排列，並藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場；且複數個接收器係置放一段時間，藉以獲得大地電磁數據。

於一實施例中，至少二個可移動式激發電磁波源係同步使 用，以增加發射功率。

於另一實施例中，前述攜帶式磁場感應器更包括一磁場感應 單元；磁場感應單元係與一磁通集中放大器(磁場匯集器)相連接，藉以提高其靈敏度；磁通集中放大器上配合一線圈，控制流經線圈之電流產生逆向磁場以抵消背景磁場，且線圈係為一亥姆霍玆(Helmholtz)線圈、一螺線管線圈(Solenoid coil)、一普通線圈或一電線。

於另一實施例中，前述磁場感應單元係為線圈式磁場感應 器、磁性隧道結(Magnetic Tunnel Junction)、磁阻抗感應器(Magneto Impedance)、磁致電阻(Magnetoresistance)或巨型磁致電阻(Giant Magnetoresistance)。

此外，本發明亦提供一種三維磁場電磁勘探方法，包括以下步驟：將複數個接收器散佈於被勘探區域內；使每一接收器與一維或三維之一攜帶式磁場感應器、一地震檢波器或一微機電系統加速度計相連接，藉以接收並紀錄來自攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場數據、以及/或來自地震檢波器之地震波數據；以及將複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源設置於鄰近接收器之位置，供發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；其中複數個接收器係藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場。

於一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁 場感應器相連接，並排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據；而激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，並在不同的位置發射。

於另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式 磁場感應器相連接；複數個接收器係排列成複數列，藉由將最後一列之接收器佈置於一新方向之最前列，而朝新方向捲進，以持續接收並紀錄磁場數據；回線圈磁場發射器係朝向捲進方向移動，並於預設時間或當一中央控制中心傳來同步信號時發射電磁波訊號。

於另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式 磁場感應器相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據；一電場數據係由高密度分佈並使用內外差分的磁場對時間變化取得；於沒有電磁波源發射時，電場數據係用來作自然電位探勘；而於只有地震源發射而電磁波源不發射時，電場數據則係用來作壓電異常的探勘。

於一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁場感應器相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據。藉此，當沒有電磁波發射時，前述磁場數據可用來作靜態磁場探勘(static magnetic survey)。

於另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁場感應器相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據，而電場數據可由高密度分佈的磁場做內外差分以取的格點上的磁場垂直分量對時間變化取得。藉此，當沒有電磁波發射時，前述電場數據可用來作自然電位探勘(spontaneous potential survey)；且當有天然地震發生時，前述 電場數據係可用來作壓電異常的探勘(electroseismic anomaly survey)。

於另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式 磁場感應器以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據與地震波數據；而激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，且可移動式地震源係為一震動器或一炸藥，激發電磁波源與地震源在不同的位置發射。

於另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式 磁場感應器以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且每一可移動式激發電磁波源係為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源係為一震動器或一炸藥；複數個接收器係排列成複數列，藉由將最後一列之接收器佈置於一新方向之最前列，而朝新方向捲進，以持續接收並紀錄磁場數據與地震波數據；回線圈磁場發射器與地震源係朝向捲進方向移動，並於預設時間或當一中央控制中心傳來同步信號時發射電磁波訊號。

於另一實施例中，複數個接收器係高密度排列；且複數個接 收器係置放一段時間，藉以獲得大地電磁數據。

於另一實施例中，攜帶式磁場感應器更包括一磁場匯集器及一繞在磁場匯集器上的線圈，經由控制流經線圈之一電流而感應產生出與一背景磁場逆向之一逆向磁場，藉此抵消背景磁場，讓輸出之磁場強度信號處於低電位水平以便能增加磁場強度信號放大倍率。

為進一步了解本發明，以下舉較佳之實施例，配合圖式、圖號，將本發明之具體構成內容及其所達成的功效詳細說明如下。

11、12‧‧‧電磁波源發射器

13、14‧‧‧地震源發射器

15‧‧‧接收器

第1圖係顯示本發明之系統配置，其中結合磁場感應器及地震檢波感應之二合一紀錄器係分佈於網格上或不規則分佈於勘探區域，而架有電磁波發射器與地震振動器之卡車則於接收器附近移動。

第2圖係為一顯示結合磁場感應器和地震檢波器之二合一記錄器及接收器之方塊圖，其中該紀錄器之體積大幅縮小，因此可容易配置於勘探區域。

第3圖係顯示電流脈衝發射器區塊之架構圖。

第4圖係顯示電流脈衝發射器之電流波形及其振幅、脈衝寬度與緩步時間。

第5圖係顯示具1秒緩步時間及1安培振幅之電流波形，而維持1安培電流振幅之時間(on time)為1秒。

第6圖係顯示第5圖中電流波形之頻率響應。

第7圖係顯示電流波形之頻率響應，將電流振幅及維持時間縮短10%，並將緩步時間相對應提快為0.1秒，其中電流振幅為01.安培，維持時間則為0.1秒。

第8圖係顯示一電磁波發射回線圈，其係利用容易組裝之金屬棒所製成。

第9圖係顯示一使用單晶片及數位到類比轉換器產生繞在磁場匯集器的線圈的電流以產生磁場藉以抵消高靈敏磁場感應器背景磁場之方塊圖。

第10圖係顯示用來由磁場垂直分量計算電場之代方塊圖。

第11圖係顯示用內外差分取得網格上(Grid)磁場三分量的示意圖，黑點代表測量點。

本發明之一種三維磁場電磁勘探設備，係利用瞬變電磁結合大地電磁及/或地震波進行勘探，該設備包括：複數個接收器15以及複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源。於實施上，第1圖係顯示根據本發明之野外資料收集佈置系統，其中係將數以百計或上千之接收器15佈置於網格上或隨機或任意地分佈在被勘探區域內，這些接收器15可同時連接一維或三維之攜帶式磁場感應器、地震檢波器及/或微機電系統加速度計，用以接收並紀錄來自攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場數據、及/或來自地震檢波器之地震波數據。於本實施例中，可移動式激發電磁波源/地震源係設計為發射器型態，即電磁波源發射器11、12/地震源發射器13、14；這些發射器可由卡車拖曳而於接收器15陣列附近移動，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；或與接收器15一起向某個方向滾進，將最後一排的接收器15移到網格上新的前排，同時電磁波源發射器11、12也往前移動一網格的距離。為達到多倍發射功率，可使用多個同步電磁波源發射器11、12。為了節省野外佈置時間，亦可將多組電磁波源發射器11、12交互使用。並同時或交互時間發射，藉以同時取得電磁場或地震勘探之資料。其中攜帶式磁場感應器更包括一磁場匯集器及一繞在磁場匯集器上的線圈，經由控制流經線圈之一電流而感應產生出與一背景磁場逆向之一逆向磁場，藉此抵消背景 磁場，讓輸出之磁場強度信號處於低電位水平以便能增加磁場強度信號放大倍率。

接收器15係可與一個一維或三維之攜帶式磁場感應器及地 震檢波器或微機電系統加速度計相連接；其中激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源；而可移動式地震源係為一震動器或一炸藥。在一實施例中，攜帶式磁場感應器係為一線圈式磁場感應器、一磁性隧道結、一磁阻抗感應器、一磁致電阻或一巨型磁致電阻。

第2圖中，除了高動態高靈敏磁場感測器及地震檢測器之 外，其他部分係為獨立接收器15之方塊圖，包括有衛星定位模組(全球定位系統)、大區域無線收發器、高準確之即時電子鐘(Real Time Clock)、中央處理器(工業微型處理單元)、資料儲存裝置、低漂移信號前端放大器(模擬前端& 24位模擬數碼變換器)、以及一與中控中心溝通之小區域無線溝通系統(低能量無線)。此獨立接收器15可連接多個一維或三維的磁場感應器、地震檢波器及/或微機電系統加速度計。於野外作業時，電磁波源發射器與接收器之間的同步很重要；此接收器可採用兩種方式來達到同步之目的：其中之一為透過由中控中心發射同步的無線信號給所有的電磁波源發射器及接收器；另一方式則可使用衛星定位模組來達到同步實時鐘之目的。衛星定位模組每秒可以產生一個脈衝時序(PPS)，所有電磁波源發射器及接收器之實時鐘在野外作業之前透過區域的無線收發器來同步，並由中控中心載入特定的日期/時間，以及在該特定時間預定要做的行動，實時鐘也產生用來觸發模擬信號到數位信號的時序，並於固定的時間由衛星定位模組的PPS來同步。

在一實施例中，高電流脈衝產生器更包括一用以產生脈衝寬 度調制之中央處理器以及複數個驅動器，其中驅動器係用以驅動複數個絕緣柵雙極型電晶體，藉以驅動回線圈之大電流並產生緩步時間。在又一實施例中，每一個可移動式激發電磁波源更包括一回線圈、一發電機、一變壓器、複數個電容陣列以及一高電流脈衝產生器。第3圖為卡車拖曳的電磁波發射器方塊圖，從三相發電機所產生之交流電，經過整流，並於必要時藉由升壓來對電容陣列充電，其中電容陣列係作為脈衝波之正、負電壓電源。卡車拖曳之回線圈由電纜或導電棒組成，脈衝波係由脈波產生器則係使用脈波寬度調制(pulse width modulation)，以控制絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)產生不同的脈波寬度及緩步時間，而大電流之脈衝則由多組平行的IGBT並聯而成。

第4圖係顯示回線圈發射器所產生電流之波形，脈衝之最大電流為"A"安培，並維持"T_on"秒；開或關時有"T_ramp"秒之緩步時間，電流關掉後，維持"T_off"秒後再進入下一週期。於關掉後，電容陣列需於充份的時間內充飽電以提供下一週期脈衝所需之電源。如第3圖所示，於a及b點之電壓和流入回線圈之關係為：V=I * R+L(d I/d t) (1)

其中R及L分別為回線圈之電阻及電感。

第5圖係為使用電流脈衝範例之一示意圖，其中脈衝寬度及上升、下降緩步時間各為一秒，電流最高值為"1"安培。第6圖係顯示第5圖電流脈衝之頻率響應。第7圖則係顯示第5圖中電流脈衝等比例縮小之頻率響應圖，其中最大電流縮小為十分之一安培，緩步時間縮小為十分之一秒， 脈衝寬度則縮小為十分之一秒，如此等比例縮小的電流脈衝的頻率響應，展現較低的振幅(Amplitude)，但展現較第5圖為寬的頻率，表示使用該脈衝於勘探上，具有比例上較高頻的激發能量，而所勘探之目標也將較為淺層。電流波型的振幅跟上升及下降的緩步時間等比的縮小，這樣可以使用相同的電容陣列以提供推動回線圈電感電壓上升或下降所需要之電壓。上述兩個電流脈衝範例，為驅動如第5圖所示之上升電流，所需電壓為”L * d I/d t=L”；相同的電壓值亦可驅動如第7圖所示之上升電流，其原因在於雖然d I/d t提升了10倍，但電流振幅相對減少了10倍；藉由此種實用之設計，可以使用相同之電源來產生不同能量頻譜的電流脈衝。高電流脈衝產生器係可根據所欲勘探目標之深度，而產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形。高電流脈衝產生器係可使用相同的電容陣列，藉以將電流大小及緩步時間等比縮小，以產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形。可移動式激發電磁波源係可根據所欲勘探目標深度，於同一發射地點，產生不同脈衝寛度以及緩步時間之電流波形。複數個接收器15係高密度排列；且複數個接收器係置放一段時間，藉以獲得大地電磁數據。

在另一實施例中，回線圈係由一電纜或複數條頭尾連接之金 屬棒製成。第8圖係為使用金屬棒以形成回線圖之示意圖。於相同截面積下，其可提供比電纜較低之電阻，金屬條之間可使用較軟的電纜，並用螺絲鎖定或焊接以預先接成一回線圖，藉此可便於野外佈置，並可由卡車拖曳。

第9圖係為高動態高靈敏磁場感應器之方塊圖。其係由流經 繞在磁場匯集器上線圈的電流產生逆向磁場值，讓輸出之磁場強度信號處 於低電位水平以便將磁場強度信號放大。

在另一實施例中，複數個接收器係藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場。第10圖係顯示由電磁場之垂直分量來計算電場之一些代表符號，由馬克斯威爾(Maxwell)公式，我們取得：∮ E．dx=-d Φ n,s/dt (2)第二式表示沿著地表的封閉線路上的電場值的積分總合等於流經該封閉線路所圍起來的地面的磁場垂直分量的逆變化率。假設E_ij是沿著格子Cell[I,j]繞行的電場，BZ_i,j是該格子上垂直格面的磁場分量，並假設格子夠小所以E_i,j及BZ_i,j為均勻的，我們得到：E_i,j=-(dl * dBZ_i,j/dt)/4 (3)其中dl為格子的邊長。

則沿著X方向的電場分量為：EX_i,j=E_i,j-E_i,j-1；沿著X方向的電場分量為：EY_i,j=E_i-1,j-E_i,j。

本發明亦提供一種三維磁場電磁勘探方法，包括以下步驟：將複數個接收器散佈於被勘探區域內；使每一接收器與一維或三維之一攜帶式磁場感應器、一地震檢波器或一微機電系統加速度計相連接，藉以接收並紀錄來自攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場數據、以及/或來自地震檢波器之地震波數據；以及將複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源設置於鄰近接收器之位置，供發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；其中複 數個接收器係藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場。

在一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁 場感應器相連接或是同時與地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，並排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據；而激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，其中可移動式地震源係為一震動器或一炸藥，激發電磁波源及/或地震源在不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁場感應器相連接或是同時與地震檢波器或微機電系統加速度計相連接；且每一可移動式激發電磁波源係為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源係為一震動器或一炸藥；複數個接收器係排列成複數列，藉由將最後一列之接收器佈置於一新方向之最前列，而朝新方向捲進，以持續接收並紀錄磁場及/或地震波數據；回線圈磁場發射器及/或地震源係朝向捲進方向移動，並於預設時間或當一中央控制中心傳來同步信號時發射電磁波訊號。

在一實施例中，每一接收器係與一個一維或三維之攜帶式磁 場感應器相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄磁場數據；一電場數據係由高密度分佈並使用內外差分的磁場對時間變化取得；於沒有電磁波源發射時，電場數據係用來作自然電位探勘；而於只有地震源發射(此時電磁波源不發射)時，電場數據則係用來作壓電異常的探勘。在另一實施例中，每一接收器係與地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄地震波數據；於地震源沒有發射時，地震波數據係用來作重力探勘；而於只有電磁波源發射(此時 地震源不發射)時，地震波數據則係用來作壓電異常的探勘。

以上所述乃是本發明之具體實施例及所運用之技術手段，根據本文的揭露或教導可衍生推導出許多的變更與修正，仍可視為本發明之構想所作之等效改變，其所產生之作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之實質精神，均應視為在本發明之技術範疇之內，合先陳明。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本發明確可達到發明之預期目的，提供一種，極具產業上利用之價植，爰依法提出發明專利申請。

11、12‧‧‧電磁波源發射器

13、14‧‧‧地震源發射器

15‧‧‧接收器

Claims (22)

1. 一種三維磁場電磁勘探設備，係利用瞬變電磁結合大地電磁及/或地震波進行勘探，該設備包括：複數個接收器，係散佈於被勘探區域內，其中每一該接收器係與一維或三維之一攜帶式磁場感應器、一地震檢波器或一微機電系統加速度計相連接，用以接收並紀錄來自該攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場數據、以及/或來自該地震檢波器之地震波數據；以及複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源，係設置於鄰近該接收器之位置，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；其中該攜帶式磁場感應器包括一磁場匯集器及一繞在該磁場匯集器上的線圈，經由控制流經該線圈之一電流而感應產生出與一背景磁場逆向之一逆向磁場，藉此抵消該背景磁場，讓輸出之磁場強度信號處於低電位水平以便能增加磁場強度信號放大倍率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器相連接；其中該激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器以及該地震檢波器或該微機電系統加速度計相連接；其中該激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，且該可移動式地震源係為一震動器或一炸藥。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中每一該可移動式激發電磁波源更包括一回線圈、一發電機、一變壓器、複數個電容 陣列以及一高電流脈衝產生器。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該高電流脈衝產生器更包括一用以產生脈衝寬度調制之中央處理器以及複數個驅動器，其中該驅動器係用以驅動複數個絕緣柵雙極型電晶體，藉以驅動該回線圈之大電流並產生緩步時間。
6. 如申請專利範圍第4項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該回線圈係由一電纜或複數條頭尾連接之金屬棒製成。
7. 如申請專利範圍第4項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該高電流脈衝產生器係根據所欲勘探目標之深度，而產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形。
8. 如申請專利範圍第4項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該高電流脈衝產生器係使用相同的該電容陣列，藉以將電流大小及緩步時間等比縮小，以產生不同脈衝寬度以及緩步時間之電流波形。
9. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中每一該可移動式激發電磁波源係根據所欲勘探目標深度，於同一發射地點，產生不同脈衝寛度以及緩步時間之電流波形。
10. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該複數個接收器係高密度排列；且該複數個接收器係置放一段時間，藉以獲得大地電磁數據。
11. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中至少二個該可移動式激發電磁波源係同步使用，以增加發射功率。
12. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該複數個 接收器係藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場。
13. 如申請專利範圍第1項所述之三維磁場電磁勘探設備，其中該攜帶式磁場感應器係為一線圈式磁場感應器、一磁性隧道結、一磁阻抗感應器、一磁致電阻或一巨型磁致電阻。
14. 一種三維磁場電磁勘探方法，包括以下步驟：將複數個接收器散佈於被勘探區域內；使每一該接收器與一維或三維之一攜帶式磁場感應器、一地震檢波器或一微機電系統加速度計相連接，藉以接收並紀錄來自該攜帶式磁場感應器之一維或三維磁場數據、以及/或來自該地震檢波器之該地震波數據；以及將複數個可移動式激發電磁波源以及/或地震源設置於鄰近該接收器之位置，供發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；其中該複數個接收器係藉以自垂直磁場做內外差分取得網格(Grid)上的三維磁場數據，而由磁場垂直分量對時間變化取得演算出電場。
15. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器相連接，並排列於一固定位置，以持續接收並紀錄該磁場數據；而該激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，並在不同的位置發射。
16. 如申請專利範圍第15項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器相連接；該複數個接收器係排列成複數列，藉由將最後一列之該接收器佈置於一新方向之最前列， 而朝該新方向捲進，以持續接收並紀錄該磁場數據；該回線圈磁場發射器係朝向該捲進方向移動，並於預設時間或當一中央控制中心傳來同步信號時發射該電磁波訊號。
17. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器以及該地震檢波器或該微機電系統加速度計相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄該磁場數據與地震波數據；而該激發電磁波源係為一可移動式回線圈磁場發射器或一接地電線源，且該可移動式地震源係為一震動器或一炸藥，該激發電磁波源與該地震源在不同的位置發射。
18. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器以及該地震檢波器或該微機電系統加速度計相連接，且每一該可移動式激發電磁波源係為一回線圈磁場發射器，且該可移動式地震源係為一震動器或一炸藥；該複數個接收器係排列成複數列，藉由將最後一列之該接收器佈置於一新方向之最前列，而朝該新方向捲進，以持續接收並紀錄該磁場數據與該地震波數據；該回線圈磁場發射器與該地震源係朝向該捲進方向移動，並於預設時間或當一中央控制中心傳來同步信號時發射該電磁波訊號。
19. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中該複數個接收器係高密度排列；且該複數個接收器係置放一段時間，藉以獲得大地電磁數據。
20. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與一個一維或三維之該攜帶式磁場感應器相連接，且係排列於一固 定位置，以持續接收並紀錄該磁場數據；一電場數據係由高密度分佈並使用內外差分的磁場對時間變化取得；於沒有該電磁波源發射時，該電場數據係用來作自然電位探勘；而於只有該地震源發射而該電磁波源不發射時，該電場數據則係用來作壓電異常的探勘。
21. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中每一該接收器係與該地震檢波器或該微機電系統加速度計相連接，且係排列於一固定位置，以持續接收並紀錄該地震波數據；於該地震源沒有發射時，該地震波數據係用來作重力探勘；而於只有該電磁波源發射而該地震源不發射時，該地震波數據則係用來作壓電異常的探勘。
22. 如申請專利範圍第14項所述之三維磁場電磁勘探方法，其中該攜帶式磁場感應器更包括一磁場匯集器及一繞在該磁場匯集器上的線圈，經由控制流經該線圈之一電流而感應產生出與一背景磁場逆向之一逆向磁場，藉此抵消該背景磁場，讓輸出之磁場強度信號處於低電位水平以便能增加磁場強度信號放大倍率。