電磁及其綜合勘探的設備及方法

專利名稱：電磁及其綜合勘探的設備及方法
技術領域：
本發明是關于一種地層構造勘探的設備及方法，其是可使用小型且具有較寬測量動態與高靈敏度的一維或三維的磁場感應器，配合高密度分布的接收器使用，以進行電磁勘探；其中可自高密度排列接收器的垂直磁場演算出電場，由此經由測量三維的磁場數據，而可演算出大地電磁數據；此外，通過原高密度分布的接收器同時連接地震檢波器，并將地震波源產生器和電磁波源產生器同時移動，可以同時進行地震勘探；本發明的勘探設備可同時取得電磁波數據以及/或大地電磁數據以及/或地震波數 據，對地層構造進行聯合的野外勘探。
背景技術：
在瞬變電磁深層勘探(deepgeo-electrical structure sounding)方面，現有技術是利用大型回線源或較長的接地電線，以產生足夠的發射功率。接收器的磁場感應器通常可為邊長幾十公尺的回線源(air loops)、配置有磁場集中器(magneticflux concentrator)的線圈或是超導量子干涉磁量儀(superconducting quantuminterference device magnetometer)。在海洋電磁勘探方面,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；然而在陸上勘探方面，通常會將發射器固定于一個位置，接收器則朝向離發射器約一公里、或至多達幾十公里處的地區移動。受限于傳統電磁接收器的體積和重量，建立一個同時擁有幾百或幾千臺規模的瞬變電磁接收站是非常困難的。對于瞬變電磁而言，一般是使用一、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)的大型發射器，通常具有源頭效應(source effect)，尤其當使用一維反演解讀時。若改變發射器的位置，亦可能導致解讀的結果有所不同。目前已有一些與電磁波深層勘探相關的美國專利Bostick Jr. X, Francis的專利(US4591791)為地球物理勘探揭露一種電磁測量方法，該方法是于一點上測量在兩個非平行方向的磁場變化，并同時測量平行于測量線上多點的電場變化；Srnka，Leonard J等的專利(US7894989)則揭露海域電磁波測量勘探地球垂直地電阻異向性(earth verticalelectrical anisotropy)的方法,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等的專利(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；Srnka, Leonard J.的專利(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的位置；Tasci，Tahsin M等的專利(US5563513)揭露使用發電機連接固定接地的有線電極(grounded electrodes)發射器的瞬變電磁勘探的設備及方法，其是于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.等的專利(US7746077)揭露運用牽引式電極(towed electric dipole)的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塊，且每一模塊至少含有一個磁場感應器與至少一對電極；Strack，Kurt M.的專利(US7800374)則揭露多元件海洋電磁波信號采集電纜和系統;Alumbaugh，David等的專利(US7860655)揭露在淺水和陸地環境下以電磁方式偵測高電阻薄層的技術，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，其象征高電阻體的存在，且此第一數據相對易受由空氣界面層(an air layer boundary)所引發效應的影響,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，此同樣亦象征著高電 阻體的存在。然而，以上所述的專利皆未使用一種具變動頻譜(variable spectrum)功能的小體積電磁波發射器，其可提供不同深度的勘探及可移動性。此外，上述專利亦未采用于野外布置的高動態及高靈敏的三維磁場感應器，其可將大量接收器配置于勘探區域，并由三維的磁場數據，演算出大地電磁的勘探。目前亦存在一些與震測同時進行電磁波勘探的專利如Kurt M. Strack的專利(US7328107)，其是揭露使用可控電磁源的電磁勘探結合地震勘探數據的綜合解讀，進一步綜合解讀的數據包括重力、磁力、任何類型地震數據和井測數據，而不同方法所得到的數據反復的互相牽制，并和已知的儲存層數據比對，以獲得最佳的解讀；Kurt M. Strack的專利(US7340348)是揭露震測電壓(Seismicelectric)及電壓地震(Electricseismic)的野外作業及數據解讀方法；0yvind Hillesund的專利公開案(US20100172205)揭露于外海托著一長條管狀的接收器上面布有多組磁場感應器及地震檢波器，每一地震檢波器包括至少一壓力型(pressure responsive receiver)及至少一擺錘型(particle motion responsivereceiver)的檢波器，地震源則在預設時間于水中激發，并記錄在每一壓力型檢波器，擺錘型檢波器及磁場感應器的數據。然而，以上所述專利皆未使用與三維磁場感應器及地震檢波器相連接的小體積接收器，由此于野外得以隨意布置；此外，亦未提及任何可以同時施行三維地震勘探及三維瞬變電磁勘探的方法及儀器。為克服前述缺點，本發明提供一縮小尺寸且可由卡車拖曳的電磁波發射回線源，以便于野外作業，尤其便于陸上勘探。此外，通過將分散的接收器設計為具有高動態范圍、高靈敏度以及小體積的磁場感應器者，由此得以布置高密度、多數量連接磁感應器的接收器。又，本發明亦揭示有合并電磁波探勘及地震探勘的野外作業設備，以及由高密度的三維磁場數據演算而得的大地電磁勘探方法。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，其中所使用的電磁波發射器為小體積，而便于野外移動及布置；多個發射器可并聯以獲得較大功率，或可交替使用以節省野外布置時間；此外，發射器亦可為電纜或導電棒所組成的回線圈，以便于卡車拖行。本發明的另一目的在于提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，其中通過使用不同脈沖的寬度及緩步時間(Ramp time)，而得以控制電磁波發射器的功率頻譜，進而控制不同探勘深度。本發明的另一目的在于提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，其中通過將磁場感應器設計為小體積且具有高動態區域與高靈敏，而得以便于野外布置成百上千個磁場感應器，且大部分的接收器可長時間放置于固定格線點或隨意定點，小部分的接收器則可隨發射器移動。本發明的另一目的在于提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，其中通過高密度布置的磁場感應器所得的垂直分量，可演算出電場，并進而獲得大地電磁勘探數據。本發明的另一目的在于提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，其中使用連接磁場感應器的接收器，可與地震檢波器相連接，以于瞬變電磁勘探的同時或交互時間，亦進行三維的地震勘探。為達上述目的，本發明是提供一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，是利用瞬變電磁或結合大地電磁與地震波進行勘探，包括多個接收器以及多個可移動式激發電磁波源以及/或地震源；前述接收器是散布于被勘探區域內，且每一接收器是與一個一維或三維的磁場感應器、一地震檢波器或微機電系統加速度計(Micro Electro-Mechanical SystemAccelerometer)以及至少一組配對電極中至少一者相連接,用以接收并紀錄來自磁場感應器的磁場數據、以及/或來自地震檢波器的地震波數據、以及/或來自配對電極的電場數據；前述電磁波源以及/或地震源是設置于鄰近前述接收器的位置或與前述接收器相連接，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；通過分析所接收并紀錄的磁場、地震波以及/或電場數據，而得以決定被勘探區域的地底結構。為對于本發明的特點與作用能有更深入的了解，現由實施例配合圖式詳述于后。


圖I是顯示本發明的系統配置，其中結合磁場感應器及地震檢波感應的二合一記錄器是分布于網格上或不規則分布于勘探區域，而架有電磁波發射器與地震振動器的卡車則于接收器附近移動。圖2為一顯示結合磁場感應器和地震檢波器的二合一記錄器的方塊圖，其中該記錄器的體積大幅縮小，因此可容易配置于勘探區域。圖3是顯示電流脈沖發射器區塊的架構圖。圖4是顯示電流脈沖發射器的電流波形及其振幅、脈沖寬度與緩步時間。圖5是顯示具I秒緩步時間及I安培振幅的電流波形，而維持I安培電流振幅的時間(on time)為I秒。圖6是顯示圖5中電流波形的頻率響應。圖7是顯示電流波形的頻率響應，將電流振幅及維持時間縮短10%，并將緩步時間相對應提快為0. I秒，其中電流振幅為01.安培，維持時間則為0. I秒。圖8是顯示一電磁波發射回線圈，其是利用容易組裝的金屬棒所制成。圖9是顯示一使用廣域磁場感應器產生磁場回溯藉以抵消高靈敏磁場感應器背景磁場的方塊圖。圖10為一方塊圖，其是顯示使用一廣域、磁場感應器產生磁場回溯，以抵消高靈敏磁場感應器背景磁場，并于高靈敏磁場感應器上加上一磁場集中器(magnetic fluxconcentrator),以再度提高高靈敏磁場感應器的靈敏度。圖11是顯示用來由電磁場垂直分量計算電場的代表符號。附圖標記說明11、12_電磁波源發射器；13、14_地震源發射器；15_接收器。
具體實施例方式本發明是揭示一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，是利用瞬變電磁或結合大地電磁與地震波進行勘探，前述設備包括有多個接收器以及多個可移動式激發電磁波源以及/或地震源；其中前述多個接收器是散布于被勘探區域內，其中每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一地震檢波器或微機電系統加速度計(MicroElectro-Mechanical System Accelerometer)以及至少一組配對電極中至少一者相連接，用以接收并紀錄來自攜帶式磁場感應器的一維或三維磁場數據、以及/或來自地震檢波器的地震波數據、以及/或來自配對電極的電場數據；前述多個可移動式激發電磁波源以及/或地震源，是設置于鄰近前述接收器的位置或與前述接收 器相連接，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；由此，經由(例如使用一分析裝置)分析所接收并紀錄的磁場、地震波以及/或電場數據，而得以決定被勘探區域的地底結構。在一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接,并排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，并在不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場數據；前述回線圈磁場發射器是朝向該卷進方向移動，并于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是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器與一或二組配對電極相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場與電場數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，并在不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器與一或二組配對電極相連接，且每一可移動式激發電磁波源是為一回線圈磁場發射器；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場與電場數據；前述回線圈磁場發射器是朝向該卷進方向移動，并在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，每一接收器是與一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄電場與地震波數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述激發電磁波源與地震源并在不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器是與一或二組配對電極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是為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄電場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并在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，每一接收器是與一個一維或三維的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，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場與地震波數據；而激發電磁波源是為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥，前述激發電磁波源與地震源并在不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的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是為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源是為震動器 或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并在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，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場、電場與地震波數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥，前述激發電磁波源與地震源是于不同的位置發射。在另一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一或二組配對電極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是為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場、電場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并在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，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據。由此，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)。在另一實施例中，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據，而電場數據可由高密度分布的磁場對時間變化取得。由此，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);且當只有地震發射源發射時,前述電場數據是可用來作壓電異常的探勘(electroseismic anomaly survey)。在一實施例中，每一接收器是與微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄地震波數據。由此，當地震源沒有發射時，前述地震波數據可用來作重力探勘；而當只有電磁發射源發射時，前述地震波數據則可用來作壓電異常的探勘。在另一實施例中，每一接收器是與一或二組配對電極相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄電場數據。由此，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；而當只有地震發射源發射時，前述電場數據則可用來作壓電異常的探勘。在一實施例中，該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、多個電容陣列以及一高電流脈沖產生器；其中該高電流脈沖產生器更包括一用以產生脈沖寬度調制的中央處理器以及多個驅動器，前述驅動器是用以驅動多個絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistors),以驅動回線圈的大電流并產生緩步時間(ramp time);前述回線圈是由電纜或多條頭尾連接的金屬棒制成；前述高電流脈沖產生器是根據所欲勘探目標的深度，而產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形；此外，前述高電流脈沖產生器可使用相同的電容陣列，以將電流大小及緩步時間等比縮小，以產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形。在一實施例中，每一可移動式激發電磁波源是根據所欲勘探目標深度，在同一發射地點，產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形。在另一實施例中，前述多個接收器是高密度排列，以自垂直磁場演算出電場；且該多個接收器是置放一段時間，以獲得大地電磁數據。在一實施例中，至少二可移動式激發電磁波源是同步使用，以增加發射功率。在另一實施例中，前述攜帶式磁場感應器更包括一第一磁場感應單 元與一第二磁場感應單元；該第一磁場感應單元是具有低測量動態與高靈敏度，且是于背景磁場被消除的前提下被測量；該第二磁場感應單元則為具有較寬測量動態與低靈敏度，用以產生一電流，以于第一磁場感應單元的位置消除前述背景磁場；其中，該第一磁場感應單元是與一磁通集中放大器相連接，以提高其靈敏度；該第二磁場感應單元所產生的電流是流經一線圈，且該線圈是為一亥姆霍茲(Helmholtz)線圈、一螺線管線圈(Solenoid coil)、一普通線圈或一電線在另一實施例中，前述第一及第二磁場感應單元是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)。在一實施例中，前述第一磁場感應單元使用至少一磁通放大器(magnetic fluxconcentrator)。在實施上，圖I是顯示根據本發明的野外數據收集布置系統，其中是將數以百計或上千的接收器15布置于網格上或隨意地分布，這些接收器15可同時連接一維或三維的攜帶式磁場感應器、成雙的配對電極以及地震檢波器，或上述三者的任意組合。在本實施例中，可移動式激發電磁波源以及地震源是設計為發射器型態，即電磁波源發射器11、12以及地震源發射器13、14 ;這些發射器可由卡車拖曳而于接收器陣列附近移動；或與接收器一起向某個方向滾進，將最后一排的接收器移到網路上新的前排，同時發射器也往前移動一網格的距離。為達到多倍發射功率，可使用多個同步發射器。為了節省野外布置時間，亦可將多組發射器交互使用。地震波源于其附近移動，或與電磁波發射器一起移動，并同時或交互時間發射，以同時取得電磁場，電場或三維地震勘探的數據。圖2為獨立接收器的方塊圖，包括有衛星定位模塊、大區域無線收發器、高準確的實時電子鐘(Real Time Clock)、中央處理器、數據儲存裝置、低漂移信號前端放大器、以及一與中控中心溝通的小區域無線溝通系統。此獨立接收器可連接一維或三維的磁場感應器、配對的電流極和檢波器。在野外作業時，發射器與接收器之間的同步很重要；此接收器可采用兩種方式來達到同步的目的其中之一為通過由中控中心發射同步的無線信號給所有的發射器及接收器；另一方式則可使用衛星定位模塊來達到同步實時鐘的目的。衛星定位模塊每秒可以產生一個脈沖時序(PPS)，所有發射器及接收器的實時鐘在野外作業的前通過區域的無線收發器來同步，并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，并于固定的時間由衛星定位模塊的PPS來同步。圖3為卡車拖曳的電磁波發射器方塊圖，從三相發電機所產生的交流電，經過整流，并于必要時通過升壓來對電容陣列充電，其中電容陣列是作為脈沖波的正、負電壓電源。卡車拖曳的回線圈由電纜或導電棒組成，脈沖波是由脈沖產生器則是使用脈沖寬度調制(pulse width modulation),以控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)產生不同的脈沖寬度及緩步時間，而大電流的脈沖則由多組平行的IGBT并聯而成。圖4是顯示回線圈發射器所產生電流的波形，脈沖的最大電流為"A"安培，并維持"T。/秒；開或關時有"Tramp"秒的緩步時間，電流關掉后，維持"Ttrff"秒后再進入下一周期。于關掉后，電容陣列需于充份的時間內充飽電以提供下一周期脈沖所需的電源。如圖3所不,于A及B點的電壓和留入回線圈的關系為V = I*R+L(dI/dt) (I)其中R及L分別為回線圈的電組及電感。 圖5為使用電流脈沖范例的一示意圖，其中脈沖寬度及上升、下降緩步時間各為一秒，電流最高值為"I"安培。圖6是顯示該電流脈沖的頻率響應。圖7則是顯示圖5中電流脈沖等比例縮小的頻率響應圖，其中最大電流縮小為十分的一安培，緩步時間縮小為十分的一秒，脈沖寬度則縮小為十分的一秒，如此等比例縮小的電流脈沖的頻率響應，展現較低的振幅(Amplitude)，但展現較圖5為寬的頻率，表示使用該脈沖于勘探上，具有比例上較高頻的激發能量，而所勘探的目標也將較為淺層。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的電壓。上述兩個電流脈沖范例，為驅動如圖5所示的上升電流，所需電壓為“L*dl/dt = L”;相同的電壓值亦可驅動如圖7所示的上升電流，其原因在于雖然dl/dt提升了 10倍，但電流振幅相對減少了 10倍；通過此種實用的設計，可以使用相同的電源來產生不同能量頻譜的電流脈沖。圖8為使用金屬條以形成回線圖的示意圖。于相同截面積下，其可提供比電纜較低的電阻，金屬條之間可使用較軟的電纜，并用螺絲鎖定或焊接以預先接成一回線圖，由此可便于野外布置，并可由卡車拖曳。圖9為高動態高靈敏磁場感應器的方塊圖。其是由兩個單分量(SingleComponent)的磁場感應器組成；其中第一磁場感應單元具有較高靈敏度但低動態區域，第二磁場感應單元則具有較高的動態區域但低靈敏度；由第二磁場感應單元產生的磁場可產生電流，所產生電流再流經Helmholtz線圈或其它可產生磁場的回線圈后，可消除第一磁場感應單元附近沿著線圈軸心方向的背景磁場。測量第一磁場感應單元所產生的磁場，并由流經線圈的電流值計算出其所產生的逆向磁場值，最終磁場則為兩者的總和。圖10與圖9相似，但其中是使用磁通放大器來進一步增加高靈敏度的磁場感應單元的靈敏度。在不同電流值流經HeImhoItz線圈測量軸心中間點延著軸心方向的磁場值，以得到電流和產生的磁場關系圖，測量第一磁場感應單元所產生的磁場，并由流經線圈的電流值及電流和產生的磁場關系圖差分計算出其所產生的逆向磁場值，最終磁場則為兩者的總和。圖11是顯示由電磁場的垂直分量來計算電場的一些代表符號，由馬克斯威爾(Maxwell)公式,我們取得f E. dx = -dOn, 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于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Eu是沿著格子Cell [I，j]繞行的電場，BZi, j是該格子上垂直格面的磁場分量，并假設格子夠小所以Ei, j及BZi, j為均勻的，我們得到Eijj = - ((Il^dBZij j/dt)/4其中dl為格子的邊長。則沿著X方向的電場分量為EXi,』一Eij J-Eij J^1,沿著X方向的電場分量為 EYijj = Ei^ljj-Eijj綜上所述，依上文所揭示的內容，本發明確可達到發明的預期目的，提供一種利用瞬變電磁或結合大地電磁與地震波進行勘探的電磁及其綜合勘探的設備及方法。其極具產業利用的價值，依法提出專利申請。又上述說明與圖式僅是用以說明本發明的實施例，凡熟于此業技藝的人士，仍可做等效的局部變化與修飾，其并未脫離本發明的技術與精神。
權利要求
1.一種電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，是利用瞬變電磁或結合大地電磁與地震波進行勘探，前述設備包括 多個接收器，是散布于被勘探區域內，其中每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、地震檢波器或微機電系統加速度計以及至少一組配對電極中至少一者相連接，用以接收并紀錄來自攜帶式磁場感應器的一維或三維磁場數據、以及/或來自地震檢波器的地震波數據、以及/或來自配對電極的電場數據；以及 多個可移動式激發電磁波源以及/或地震源，是設置于鄰近前述接收器的位置，用以發射電磁波訊號以及/或地震波訊號。
2.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源。
3.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器與一或二組配對電極相連接；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源。
4.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一接收器是與一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥。
5.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的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；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源為震動器或炸藥。
6.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接；而激發電磁波源是為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥。
7.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該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、多個電容陣列以及一高電流脈沖產生器。
8.根據權利要求7所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該高電流脈沖產生器更包括一用以產生脈沖寬度調制的中央處理器以及多個驅動器，前述驅動器是用以驅動多個絕緣柵雙極型晶體管，以驅動回線圈的大電流并產生緩步時間。
9.根據權利要求7所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，回線圈是由電纜或多條頭尾連接的金屬棒制成。
10.根據權利要求7所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該高電流脈沖產生器是根據所欲勘探目標的深度，而產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形。
11.根據權利要求7所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該高電流脈沖產生器是使用相同的電容陣列，以將電流大小及緩步時間等比縮小，以產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形。
12.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，每一可移動式激發電磁波源是根據所欲勘探目標深度，在同一發射地點，產生不同脈沖寬度以及緩步時間的電流波形。
13.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該多個接收器是高密度排列，以自垂直磁場演算出電場；且該多個接收器是置放一段時間，以獲得大地電磁數據。
14.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設 備，其特征在于，至少二可移動式激發電磁波源是同步使用，以增加發射功率。
15.根據權利要求I所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該攜帶式磁場感應器更包括一第一磁場感應單兀與一第二磁場感應單兀；該第一磁場感應單兀是具有低測量動態與高靈敏度者，且是于背景磁場被消除的前提下被測量；該第二磁場感應單元則為具有較寬測量動態與低靈敏度者，用以產生一電流，以于第一磁場感應單元的位置消除前述背景磁場。
16.根據權利要求15所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該攜帶式磁場感應器的第一磁場感應單元是使用一磁通集中放大器，以提高其靈敏度。
17.根據權利要求15所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該攜帶式磁場感應器的第二磁場感應單元所產生用以消除第一磁場感應單元背景磁場的方法是將第一磁場感應單元所感應的電壓轉換成電流后流經一線圈，而該線圈是為一亥姆霍茲線圈、一螺線管線圈、一普通線圈或一電線。
18.根據權利要求15所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該攜帶式磁場感應器的在該測量方向的總磁場值為第一磁場感應單元所測量的值及第二磁場感應單元所衍生的電流對線圈及磁通放大器所產生的磁場的總和。
19.根據權利要求15所述的電磁及其綜合勘探的設備，其特征在于，該攜帶式磁場感應器為線圈式磁場感應器、磁性隧道結、磁阻抗感應器、磁致電阻或巨型磁致電阻。
20.一種電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，包括以下步驟 將多個接收器散布于被勘探區域內； 使每一接收器與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、地震檢波器或微機電系統加速度計以及至少一組配對電極中至少一者相連接，以接收并紀錄來自攜帶式磁場感應器的一維或三維磁場數據、以及/或來自地震檢波器的地震波數據、以及/或來自配對電極的電場數據；以及 將多個可移動式激發電磁波源以及/或地震源設置于鄰近前述接收器的位置，供發射電磁波訊號以及/或地震波訊號。
21.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接，并排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據；而激發電磁波源是為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，并在不同的位置發射。
22.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場數據；前述回線圈磁場發射器是朝向該卷進方向移動，并在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。
23.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器與一或二組配對電極相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場與電場數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，并在不同的位置發射。
24.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器與一或二組配對電極相連接，且每一可移動式激發電磁波源為一回線圈磁場發射器；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場與電場數據；前述回線圈磁場發射器是朝向該卷進方向移動，并在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。
25.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄電場與地震波數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射 器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述激發電磁波源與地震源并在不同的位置發射。
26.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一或二組配對電極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為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源為震動器或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄電場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并在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。
27.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的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，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場與地震波數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源為震動器或炸藥，前述激發電磁波源與地震源并在不同的位置發射。
28.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的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為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并于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。
29.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一或二組配對電極以及地震檢波器或微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場、電場與地震波數據；而激發電磁波源為一可移動式回線圈磁場發射器或接地電線源，且可移動式地震源是為震動器或炸藥，前述激發電磁波源與地震源是于不同的位置發射。
30.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器、一或二組配對電極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為一回線圈磁場發射器，且可移動式地震源是為震動器或炸藥；前述多個接收器是排列成多列，通過將最后一列的接收器布置于一新方向的最前列，而朝該新方向卷進，以持續接收并紀錄磁場、電場與地震波數據；前述回線圈磁場發射器與地震源是朝向該卷進方向移動，并于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。
31.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，該多個接收器是高密度排列，以自垂直磁場演算出電場；且該多個接收器是置放一段時間，以獲得大地電磁數據。
32.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據；在沒有電磁波發射時，前述磁場數據是用來作靜態磁場探勘。
33.根據權利要求20所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與 一個一維或三維的攜帶式磁場感應器相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄磁場數據；電場數據是由高密度分布的磁場對時間變化取得；在沒有電磁波發射時，前述電場數據是用來作自然電位探勘；而在只有地震發射源發射時，前述電場數據則是用來作壓電異常的探勘。
34.根據權利要求20項所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與微機電系統加速度計相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄地震波數據；在地震源沒有發射時，前述地震波數據是用來作重力探勘；而在只有電磁發射源發射時，前述地震波數據則是用來作壓電異常的探勘。
35.根據權利要求20項所述的電磁及其綜合勘探的方法，其特征在于，每一接收器是與一或二組配對電極相連接，且是排列于一固定位置，以持續接收并紀錄電場數據；在沒有電磁波發射時，前述電場數據是用來作自然電位探勘；而在只有地震發射源發射時，前述電場數據則是用來作壓電異常的探勘。
全文摘要
本發明公開一種電磁及其綜合勘探的設備及方法，是利用瞬變電磁或結合大地電磁與地震波進行勘探，包括多個接收器以及多個電磁波源以及/或地震源；前述接收器是設置于被勘探區域內，其中每一接收器是與磁場感應器、以及/或地震檢波器以及/或至少一組配對電極相連接，供接收、紀錄磁場、以及/或地震波以及/或電場數據；前述的電場數據亦可由高密度分布的三維的磁場數據求出，而可演算出大地電磁數據；前述電磁波源以及/或地震源是設置于鄰近前述接收器的位置，供發射電磁波訊號以及/或地震波訊號；根據所接收并紀錄的磁場以及/或地震波數據以及/或電場數據，而得以進行綜合勘探，決定被勘探區域的地底結構。
文檔編號G01V3/12GK102736114SQ201110291579
公開日2012年10月17日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年4月14日
發明者許大坤, 黃文義 申請人:三捷科技股份有限公司