CN105103008B - 智能频谱激发极化测量模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于频谱激发极化测量地层的系统。所述系统提供一种用于执行用于地球物理研究或其它方面的频谱激发极化SIP测量的智能模块。所述系统包括一种仪器，其包括经配置以插入到地表开口中的外壳。所述外壳容纳产生激励信号的信号产生器。驱动电极将所述激励信号引导到与所述外壳相邻的物质中。多个电极感测与所述外壳相邻的所述物质中的电压和/或电流且处理器处理所述感测电压和/或电流以测量所述物质的特性。所述系统还提供一种配置，其中经配置以用于频谱激发极化测量的多个仪器经互连以提供通信、同步、共同参考信号或供电。

Description

智能频谱激发极化测量模块

相关申请

本申请要求2012年11月20日提交的美国临时专利申请第61/728,801号和美国临时专利申请第61/793,941号的优先权。前述申请中的每一者的全部公开内容特此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及地球物理测井领域。更确切地说，本发明涉及一种用于进行用于地球物理研究的频谱激发极化(SIP)测量中的完全集成智能模块。另外，本发明涉及使用电阻率、时域激发极化和自发或自行电位法进行的地球物理研究。地球物理测井工具通常提供关于地下环境的物理学和化学的关键信息。SIP提供其它技术未提供的信息。近地表地球物理方法的一种应用为评估水文学参数(例如渗透率或液压传导率[K])。但是，已知地球物理方法并不精确定量跨越大范围条件的此参数的空间变异性。因此，需要提供一种准许非侵入性测量K的地球物理技术。在致力于改进液压参数预测(如K)中，SIP具有独特优势：从SIP测量获取的松弛的长度尺度与定量地下水流动/运移的松弛的长度尺度密切相关。与频率分散的平均松弛相关的时间常量(T)与定义电双层中的离子在施加电流期间所扩散的长度尺度的特征孔隙或粒度的平方有关。界面极化的时间常量(T)的SIP测量可以促进控制如从将渗流理论应用到多孔介质所定义的流体流动的有效特征长度尺度的地电评估。

背景技术

频谱激发极化(SIP)为一种用于映射地球的电特性中的变化的电方法。SIP是基于当对地面施加电场时，电流流动穿过地球且在矿物-流体界面发生电荷分离的事实。换句话说，矿物-流体界面变为电极化的。

SIP系统用于勘测、水资源和环境行业中以研究地球的物理化学特性。SIP系统也使用地球物质的电测量来评估地下的地球化学和生物地球化学过程；SIP方法的现场应用是基于成功的实验室实验。

频谱激发极化(SIP)为一种测量地球物质的低频电特性的可接受的方法。1982年11月16日发布的维尼格(Vinegar)和威克斯曼(Waxman)(V&W)的先前专利US 4,359,687“使用频域中的激发极化测定地球地层中的泥质含量和石油的方法和设备(Method andApparatus for Determining Shaliness and Oil in Earth Formations Using InducedPolarization in the Frequency Domain)”展示使用SIP的探测器和井眼测量系统的配置。1986年4月14日发布的维尼格和威克斯曼US 4,583,046“用于聚焦电极激发极化测井的设备(Apparatus for the Focused Electrode Induced Polarization Logging)”包括电流聚焦以改进分辨率。

SIP井眼系统，如V&W专利中描述的系统具有许多缺点。举例来说，此类系统具有有限的功能性，因为其需要用于供电、激励生成、数据获取、数据处理、数据存储和控制的外部连接件。另外，V&W系统电子装置取决于电极数目、几何电极空间配置、激励和感测方法和聚焦技术。另外，现有系统不能进行基于完全在探测器内的实时数据采集、数据处理或数据存储的激励和聚焦的闭环控制，所述探测器用于井眼分析或作为放置在地表用于近地表分析的系统的一部分。另外，V&W聚焦电极布置需要电极彼此相距极大距离地定位以及若干电极位于探测器外部。另外，现有聚焦技术和系统一般来说未针对低功率操作最佳化。

发明内容

本发明为可以集成到探测器中且用于井眼SIP分析的智能SIP测量模块，或放置于地表用于近地表SIP分析的系统。另外，模块具有进行其它类型的近地表和井眼分析，如时域激发极化、电阻率和自发或自行电位测量的灵活性。本发明提供在不需要用于各者的以下外部连接中的一些或全部的情况下进行此类测量的能力：i)供电，ii)激励生成，ⅲ)数据获取，iv)数据处理，v)数据存储和vi)控制。另外，本发明提供支持在以下各者中变化的配置的灵活性：i)电极数目，ii)电极类型，ⅲ)几何电极空间布局，iv)激励方法，v)感测方法和vi)聚焦技术。另外，本发明能够通过将基于实时数据采集、处理和存储的激励和聚焦完全控制在放置于地表的探测器或系统内而自主地进行闭环实验。另外，可以在软件中调适信号产生、信号处理和数据分析算法以适合于本申请。另外，本发明可以布置为互连模块的系统以提供i)容错性，ii)较大范围的几何电极空间布局，ⅲ)改进的精确性和分辨率，iv)改进的地层侵彻和iv)改进的速度和通量。另外，本发明包括低功率聚焦。

附图说明

本发明的优选实施例的前述概述和以下详细描述将在结合附图读取时最佳地理解，在所述附图中：

图1为用于地下物质的SIP测量的系统的简图。

图2为图1中说明的系统的SIP测量工具的电路的框图。

图3为图1中说明的系统的SIP测量工具的简图。

图4为图1中说明的系统的SIP测量工具的替代实施例的简图。

图5为图1中说明的系统的SIP测量工具的框图，其说明井眼和周围地层中的驱动和保护/聚焦电流。

图6为多个互连SIP测量模块的布置的简图。

图7为多个互连SIP测量模块和主机系统的布置的简图。

具体实施方式

现参看一般来说的图式和具体来说的图1到4，地球物理测井系统一般指示为10。系统10使用频谱激发极化(SIP)方法测量地下地球介质的低频电特性。智能SIP测量模块或简称模块41与极化或非极化类型的多个电极相连接。确切地说，智能SIP测量模块与用于发射信号的多个电极66、67，用于检测信号的多个非极化电极42、43、64、65以及用于保护/聚焦信号的多个电极60、61、62、63相连接。更确切地说，模块41包括多个接口，包括：与用于将电流感应到探测器周围的区域中的电极66、67的多个接口，与用于检测电流的电极42和用于检测电位的电位电极43、64、65的多个接口和与用于聚焦电场的电极60、61、62、63的多个接口。在本发明的情况下，感应电流为含有一个或几个频率的混合物的时变信号且通过分析地层对激磁电流频率中的每一者的响应测量阻抗或向量电阻率。

参看图1和图2，井眼工具或探测器40连接到位于地表的主机系统20和电源供应器25。主机系统20和电源供应器25中的任一者或两者为不必要的，探测器40可以替代地在无主机系统20或电源供应器25的情况下，使用其内部电池55或其非易失性存储装置54或两者自主地操作。每一探测器40支持其可以独立操作或通过其脐带-1和脐带-2接口31与一个或两个其它探测器40、一个或两个主机系统20连接的操作模式。脐带31的接口各自具有通用数字输入和输出(GPIO)接口53、通信接口57和与电流隔离电源供应器58的连接件。电流隔离电源供应器58为探测器40的模拟和数字分量供电且建立接地电路参考。探测器40具有外部接地参考接口59，其出于进行多个探测器40被配置成共享外部接地参考的测量的目的可以连接到外部接地参考。另外，电源供应器25可以时可再生能源，如太阳能、风能、地热能或水电能。

在本发明的情况下，主机系统20为计算机，如个人计算机(PC)或其它能够以数字格式交换数据的元件且电源供应器25为独立DC电源。在本发明的情况下，主机系统20和电源供应器25经由经配置以提供电源和数据连接的脐带连接件31连接到探测器。本发明出于以下目的支持两个脐带连接件31：支持具有或不具有主机系统的互连的探测器40的系统布置以提供i)容错性，ii)较大范围的几何电极空间布局，ⅲ)改进的精确性和分辨率，iv)改进的地层侵彻和iv)改进的速度和通量。容错布置可以是具有或不具有主机系统20的互连探测器40在环中的完整环。探测器40包括可以使探测器40进入和退出低功率睡眠模式的实时时钟56。时钟56可以与独立电池电源，如备用电池连接。确切地说，在特定时间或时间间隔，探测器40可以切换到低功率模式，信号产生器在所述模式下不产生感应到地下物质中的信号。类似地，在特定时间或时间间隔，探测器40可以从睡眠模式切换到正常操作模式，信号产生器在所述模式下产生感应到地下物质中的信号。探测器响应于通过时钟56提供的时间信息而切换进入和退出睡眠模式。在低功率睡眠模式期间，探测器的其它元件也可以是不可操作的，以使得探测器从电源汲取极少电力。另外，可以经由脐带连接件31中的一者通过主机系统使探测器40进入和退出睡眠模式。除提供可以用于将探测器切换为进入或退出睡眠模式的信号以外，时间信号可以用于对电极的测量进行时间戳记。以这种方式，与进行测量的时间相关的信息可以连同与测量相关的数据一起存储。

仍参看图1和2，电极并入探测器40中且经配置以插入井眼中。通常，井眼将用水和/或泥浆填充。除通信和供电以外，脐带连接件31提供机械支撑。脐带连接件31可以包括独立的拉伸构件，其提供足够的强度以支撑探测器和任何互连的探测器的重量且能够耐受探测器从井眼去除时的流体力和拖拽力。

参看图1到4，说明了探测器40的细节。探测器40特征为容纳具有电流感测电极42的改进的4-引线开尔文感测布置的外壳，所述电极用于检测通过在电流感测电极42上方和下方对称放置的驱动电极66、67感应的电流。放置在驱动电极66、67中的一者与电流感测电极42之间的电压感测电极43测量通过驱动电极66、67感应的钻孔电位。另外，局部电压感测电极64、65直接放置在电流感测电极42上方和下方。出于聚焦径向超出井壁的感测电流的目的，电流感测电极42和电压感测电极43各自分别在等电位保护电极62、63和60、61的上方和下方侧接。电流和电压测量均将如稍后描述地进行。另外，探测器40也包括外壳内的机载处理器51，其将所检测的电压和电流转换为可以存储在非易失性存储器中或经由脐带电缆31与地表上的主机系统20或与另一探测器40通信的数据集。处理器51可以是多种微处理器中的任一者，如用于执行软件中的指令的微处理器。在本发明的情况下，处理器为数字信号处理器。

探测器40为与地面电流隔离或“漂浮”的，以防止测量的失真。在没有这种隔离的情况下，地球与主机系统20的电路之间的连接或脐带31中的功率传送线路与井眼之间的电容传导可以使由所研究的地层组成的测量失真。为了达到这种隔离，仪器机载的电源供应器和通信接口57两者均构建为电隔离的。即使如此，隔离边界将呈现为与驱动电极66、67和电流测量电极64、65平行的并联阻抗。出于此原因，跨越电源和通信的并联阻抗提供大于10¹⁰欧姆的隔离和小于150pF的并联电容。这将使跨越隔离势垒的AC泄漏电流限制到DC处的亚毫微安和电源开关频率处的小于数百毫微安(rms)。此电位干扰在0到20kHz的目标频率范围以上频繁出现且可以从所得测量容易地过滤。或者，电源供应器隔离以及自主操作可以通过使用集成电池或将电力存储在探测器内的其它部件实现。

现参看图1到4，将更详细地描述常驻内建于外壳内的探测器40的电路。传感器电路或前端包括四种组件：(i)图3上显示的电流电压转换器70，或者图4上显示的电流电压转换器71，(ii)静电计48；(iii)控制放大器49；和(iv)信号产生器50。外壳为阻碍污迹和流体迁移到外壳中的液密式包壳。外壳为非金属的以使得来自信号产生器的感应电流不会传导通过外壳。以这种方式，外壳保护内部线路免受来自井眼内的元件的损害。在下文中描述电路的四种元件中的每一者。

电流(I)电压(E)转换器

电流感测电极42感测地下物质中的电流，其如图5中所示。参看图3，电流感测电极42与电流电压转换器70连接。图3中的探测器40为“虚拟接地”类型的。电流电压转换器70的输出与电流感测电极42处流出或流入的电流成比例，而浮地电路接地处的稳态电位保持在若干微伏特内。因此，侧接等电位聚焦/保护电极62、63可以简单地连接到接地电路以提供超出井壁聚焦的径向电流以使功率消耗进一步最小化。

或者，可以采用图4中描述的方案。此电流电压转换器71为接地电阻器型。由于电流感测电极42处的电位的较小驱动信号相关变化，等电位保护电极62、63可以通过具有足够电流驱动的缓冲放大器驱动以等于控制放大器49电流，但以电流感测电极42的电位和相，而不是以图3形式连接。或者，等电位保护/聚焦电极62、63可以通过由图2中示出的数字处理引擎51控制的电路驱动。

通过电流感测电极42从驱动电极66、67处施加的激励感测的所得测量电流与跨越电压感测电极43和局部电压感测电极64、65感测的电压相关。这两种信号传送到探测器内支持、信号处理、控制、供电和通信电路41的模拟信号处理部分。

静电计或差分输入、高输入阻抗电压计

电极43检测地下物质中的电压，其如图5中所示。跨越地层所感测的电压被视为电压感测电极43处的电位以及与电流感测电极42侧接的局部电压感测电极64、65之间的差异。在电流感测电极42附近进行静电计48的负联，其使用不携有到达电流电压转换器70或者71的测量电流的独立导线和侧接电极64、65。静电计48的正极连接到电压感测电极43。静电计48经设计以呈现跨越两个测量末端分流的大于10¹²欧姆和小于5pF电容，呈现就接地电路来说的类似泄漏。两个静电计末端的泄漏电流均应小于几十皮安培。

静电计48的正极与等电位保护/聚焦电极60、61侧接。用缓冲放大器将这些元件驱动到缓冲放大器处所感测的电位的几微伏特内的电位。或者，等电位保护/聚焦电极60、61可以通过由图2中的数字处理引擎51控制的电路驱动。

控制放大器(CA)

参看图2和3，控制放大器49为向所研究的地下地层提供激励的高电流放大器。CA被设计为从DC到最小20kHz的输出，在最小0.2安培处具有最小+/-10V恒流输出电压。存在对CA 49的多个控制，其可以基于每一模式提供的优点/缺点且取决于探测器的特定应用中的条件进行选择。这些控制为：

1.来自其自身输出的反馈“clamp”。“Clamp”模式在概念上为最简单的，不具有对实际上应用到地层的激励的量值运用的直接控制；

2.来自静电计输出的反馈“p'stat”。“p'stat”模式控制CA以提供跨越地层在频率的全范围上的恒定AC电位量值；

3.来自电压感测缓冲器的反馈“max.stab.”。“max.stab.”模式控制CA以提供在此部分的地层处在频率的全范围上的恒定AC电位；和

4.来自电流电压输出端的反馈“g'stat”。“g'stat”模式控制CA输出以维持恒定振幅感测的AC电流。

顶部驱动电极66和底部驱动电极67与控制放大器49连接以使得来自控制放大器的电流感应到地下物质中以使得感应电流传播穿过待研究的地下物质。

信号产生器

现参看图2，信号产生器50提供受控量值和持续时间的不同类型的周期性或非周期性激励信号。激励信号的类型包括(但不限于)受控振幅的DC信号、受控振幅和1毫赫兹到20千赫兹的频率的正弦信号、离散和连续正弦扫描、多频信号、方波信号和支持时域激发极化测量的时域信号。通过数字处理引擎51进行激励信号的类型和参数的选择。

模拟信号处理

对于所述测量，在数字化之后进行数字信号处理以测定跨越1毫赫兹到大致20千赫兹的频率范围的地层的复阻抗。阻抗的量值可以历经六十年在此频率范围内容易地变化。与通常存在于测量位点的环境中的电噪声源组合，数字信号处理技术用于提供模数转换之后的最大分辨率。另外，应用自适应DC消除且接着为1与1000之间的可选择增益。增益级与有源过滤组合以使得环境噪音减弱。另外，进行模拟信号处理链的输入处的DC消除以使得高增益不会引起后续信号链中的电压饱和。

主机系统20提供用于探测器的“虚拟控制面板”，其也促进对仪器的访问和控制。

参看图2，本发明的实施例包括测量周围地层温度的温度传感器52。温度测量可以用于校正关于温度相关效应的其它测量。另外，本发明系统能够通过将基于实时数据采集、处理和存储的激励和聚焦完全控制在探测器内而自主地进行闭环实验。此类闭环实验可以用于基于传感器反馈对激励和聚焦进行实时调节。闭环操作提供包括(但不限于)以下各者的特征：i)节电，ii)实验反馈调节最佳化聚焦和激励，iv)测量所需的最佳化时间，v)最佳化测量精确性，vi)最佳化空间精确性和分辨率。另外，本发明系统能够进行时域激发极化测量电阻率和自发或自行电位测量。电阻率、时域和自发电位测量的结果存储在非易失性存储器54中且可以用于调节通过数字处理引擎51进行的闭环控制下的连续SIP测量的激励和聚焦参数。可以定制数字处理引擎51软件和算法以支持各种系统应用和实施例。

采用的电流聚焦方案的论述

现参看图3到5，探测器与井壁之间的钻井泥浆或水或两者的组合、形成于井壁上的泥饼层、泥浆滤液区和井壁附近的侵袭区的存在全部可能使地层的未侵入带的测量复杂化。因此，为了进行测量，电流感测电极42和电压感测电极43测量与井壁相邻的区域的地层特性。举例来说，电极42、43可以在不直接接触的情况下测量与井壁相邻的浅薄区域中的地层特性。

为了使直接来自驱动电极66、67的纵向井中电流的效应最小化，低功率聚焦方案阻止或防止这些电流通过电流或电压感测电极42和43返回到接地电路。这些电极42和43仅感测到穿透超出井壁的驱动电流的所述部分和其所得电位降。低阻抗驱动等电位保护/聚焦电极60、61、62、63侧接于两个感测电极。通过钻井泥浆进行的通过控制放大器49传递的驱动电流的相当大的部分终止，或通过驱动这些插入保护/聚焦电极60、61、62、63的那些电路的输出返回到接地电路。其并未达到感测电极。

其次，感测电极42和43聚焦于井壁处。感测电极和其两个侧接等电位保护/聚焦电极46的组合产生高纵横比等电位圆柱形表面。此类表面当被有限传导率介质环绕时，将提供跨越其大部分长度的纯粹径向电流分布，在两个末端处具有边缘效应。假设感测电极远离这些边缘效应，局部钻井泥浆中的任何电流的径向几何形状将确保与井壁相邻的浅薄区域中的地层特性被感测到。对于电流感测电极42和电压感测电极43两者，这是正确的。

在图4中示出的虚拟接地电流电压转换器71的情况下，保护驱动器可以仅仅是与接地电路的连接件。图4中示出的替代接地电阻器和缓冲放大器电流电压转换器70经配置以使得这些保护装置从缓冲放大器驱动以在不允许等电位被干扰的情况下匹配电流感测电极42的电位，同时仍能够吸收任何纵向电流。或者，保护装置可以通过由图2中的数字处理引擎51控制的电路驱动。

与电流感测电极42等距的双驱动电极66、67的配置通过在穿过电流感测电极42的水平面周围施加对称性而进一步增强径向电流分布。

如上所述地配置，系统如下地操作。探测器插入到井眼或其它地表开口中以使得探测器40延伸到地下物质中。信号处理器引擎51产生通过控制放大器49放大的感应电流。与控制放大器49连接的驱动电极66、67将电流感应到周围地下物质中。感应电流传播穿过地下物质且由于地下物质的电阻抗，传播穿过地下地层之后的信号的相相对于感应信号变化。确切地说，相基于地下地层的特征变化。电压感测电极43检测所得异相电压，其与通过电流感测电极42检测的所得电流相关。所得检测模拟信号通过处理器，如数字处理引擎51数字化和处理。处理器51处理数据以计算地下物质的一或多种特征，包括地下物质的电阻率、地下物质的时域激发极化响应、地下物质对于单一频率或频率范围的频谱激发极化响应或地层中观测的自发或自行电位。计算的信息随后存储在非易失性存储装置，如快闪存储器中，或与地表的主机系统20通信。

现参看图6和7，说明一种系统，其中多个探测器40为互连的。多个探测器40通过脐带-1和脐带-2接口31连接到其它探测器40和主机系统20。如图7中所示，系统还可以包括一或多个主机系统20。如同上文所述的主机系统，图7中的主机系统控制探测器的操作或监控探测器的操作或探测器的SIP测量。每一探测器可以具有用于将探测器与装置中的一或多个其它探测器或一或多个主机系统连接的多个连接件。在图7中说明的配置中，系统包括两个主机系统20且每一探测器40包括两个连接器。与探测器连接器连接的电缆将每一探测器与一个探测器和主机系统中的一者或与两个探测器或与两个主机系统连接。另外，在本发明的情况下，连接件被配置为冗余系统以使得如果探测器或主机系统中的一者变得不可操作或系统中的一个连接件破损，那么系统总体上保持功能性的。系统将能够检测任何软或硬故障、软件或硬件故障且从其中恢复。没有可以使得系统不可操作的单点故障。即使出现硬故障，系统可以减少水平的功能性继续操作，直到替换故障模块。功能性的减少的范围介于仅不再容错到损失单一探测器或主机系统。连接件可以是多种连接件中的任一者，如脐带-1或脐带-2，或者，连接件可以通过多种电连接件或电缆中的任一者提供。

连接件可以取决于应用而变化，且可以提供用于通信、同步、供电和外部接地参考的接口。图6显示为无主机系统的互连探测器40的完整环的容错布置的图形展示。系统特征为两个电源20为三个探测器40的环供电。探测器之间的连接经由两个脐带接口31实现。电源可以是任何类型的，如通过探测器40负载。

图7显示为三个互连探测器40和两个主机系统20和两个电源25的完整环的容错布置的图形展示。电源可以是任何类型的，如负载探测器40。

在前述描述中，系统描述为具有并入信号产生器、驱动电极、多个用于检测地层中的电流和电压的电极和用于处理所检测的电流和电压的处理器的探测器40。其全部容纳在探测器的外壳内。但是，应了解，这些电子装置可以并入到除探测器以外的仪器中。举例来说，图3或图4中说明的元件可以并入到与钻采设备、独立井眼测井仪器或用于产生地下开口或用于插入到地下开口中的其它元件连接的外壳中。

另外，尽管仪器40已在前述论述中描述为用于井眼，应理解，仪器可以用于仪器插入到人工(如井眼)或天然存在的地下开口中的多种地球物理的应用中的任一者中。类似地，除可操作以测量地质层的特征以外，仪器可以用于进行其它结构或层，包括人工结构的SIP测量。

所属领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的广泛发明性概念的情况下对上述实施例作出变化或修改。因此，应理解，本发明不限于本文所述的特定实施例，而是打算包括在如权利要求书中阐述的本发明的范围和精神内的所有变化和修改。这些变化或修饰包括i)电极的替代布置，ii)电极的替代数目，ⅲ)电极的替代空间几何形状，iv)替代聚焦/保护电极配置，v)无保护/聚焦电极，vi)替代保护/聚焦技术(包括无)，vii)替代激发波形，viii)源自放置在地表的探测器或系统外部的激励信号，ix)在放置在地表的探测器或系统内进行的激励和聚焦的自主闭环控制。另外，探测器40可以体现为放置在地表以测量地球的近地表特征的系统。另外，探测器40可以体现为放置在水下以测量水和海底特征的系统。

Claims (18)

1.一种用于频域激发极化测量地下物质的系统，其包含：

经配置以执行频域激发极化测量的地下仪器，其中所述仪器经配置以插入到地表开口中且所述仪器包含：

外壳；

用于提供时变激励信号的信号产生器，其中所述信号产生器在所述外壳内；

用于提供所述时变激励信号以传播穿过地下物质的驱动电极；

用于感测所述地下物质中的电压的电压感测电极；

用于感测所述地下物质中的电流的电流感测电极；

用于处理由所述电压感测电极感测的所述电压和由所述电流感测电极感测的所述电流以确定所述地下物质的特性的处理器；和

用于为所述系统的组件供电并建立接地电路参考的电源，其中所述电源为与地面电流隔离的，以防止测量的失真。

2.根据权利要求1所述的系统，其中由所述处理器在所述频域中所确定的所述地下物质的所述特性是所述地下物质的复阻抗。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器在所述外壳内。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述驱动电极、所述电压感测电极和所述电流感测电极安装在所述外壳上。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统执行以下测量中的一者：电阻率、时域激发极化或自发或自行电位测量。

6.根据权利要求1所述的系统，其包含经配置以变更所述地下物质中的电流路径的多个聚焦电极。

7.根据权利要求1所述的系统，其包含经配置以测量所述地下物质的温度的温度传感器。

8.一种用于频域激发极化测量地下物质的系统，其包含：

用于提供时变激励信号的信号产生器；

用于提供所述时变激励信号以传播穿过所述地下物质的驱动电极；

为所述地下物质中的电流提供电流路径的电流感测电极；

用于感测所述地下物质中的电压的电压感测电极；

用于感测所述地下物质中的电压的局部电压感测电极，其中所述局部电压感测电极接近所述电流感测电极；

用于测定所述局部电压感测电极与所述电压感测电极之间的电压的电路；

用于测定流过所述电流感测电极的电流的电路；

用于处理所述所测定的电流和所述所测定的电压以测定所述地下物质的特性的处理器；

用于向所述信号产生器、所述用于测定电压的电路、所述用于测定电流的电路和所述处理器供应电力的电源，其中所述电源提供接地参考且所述电源为与地面电流隔离的，以防止测量的失真；和

多个保护电极，其中所述保护电极经配置以变更所述地下物质中的所述电流的路径。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述保护电极为等电位保护电极且所述电流感测电极安置于所述等电位保护电极之间。

10.根据权利要求8所述的系统，其包含与所述电流感测电极接近的多个局部电压感测电极，其中所述电流感测电极安置于所述局部电压感测电极中的至少两个之间。

11.根据权利要求8所述的系统，其中所述用于检测电流的电路为接地电阻器类型且所述保护电极被驱动。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述保护电极经驱动以匹配所述局部电压感测电极的电位。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述保护电极经驱动以控制聚焦方向和深度。

14.一种用于频域激发极化测量地下物质的系统，其包含：

经配置以执行地层的频谱激发极化测量的多个仪器，其中每一仪器包含：

用于提供时变激励信号的信号产生器；

用于提供所述时变激励信号以传播穿过所述地下物质的驱动电极；

用于检测流过所述地层的电流的电流感测电极；和

用于处理由所述电流感测电极检测的所述电流以确定所述地下物质的特性的处理器；

用于为所述系统的组件供电并建立接地电路参考的电源，其中所述电源为与地面电流隔离的，以防止测量的失真；以及

互连所述仪器以提供以下中的至少一者的多个连接件：通信、同步、共同参考信号和供电。

15.一种用于频域激发极化测量地下物质的系统，其包含：

经配置以执行地层的频域激发极化测量的多个仪器，其中每一仪器包含：

用于提供时变激励信号的信号产生器；

用于提供所述时变激励信号以传播穿过所述地下物质的驱动电极；

用于检测流过所述地层的电流的电流感测电极；和

用于处理由所述电流感测电极检测的所述电流以确定所述地下物质的特性的处理器；

用于为所述系统的组件供电并建立接地电路参考的电源，其中所述电源为与地面电流隔离的，以防止测量的失真；以及

互连所述仪器以提供以下中的至少一者的多个连接件：通信、同步、共同参考信号和供电；以及

能够以数字格式交换数据的主机系统，其中所述主机系统连接到所述仪器中的一或多者且可操作以控制或监控所述一或多个仪器的操作且接收来自所述一或多个仪器的所述处理器的测量特性，

其中所述系统包括多个主机系统，

其中所述系统被配置成多个仪器和多个主机系统的容错布置。

16.根据权利要求15所述的系统，其包含多个电源，其中所述系统被配置成多个仪器、多个主机系统和多个电源的容错布置。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述系统为互连仪器和主机系统的环。

18.一种用于利用经配置以执行频域激发极化测量的地下仪器测量地下物质的特性的方法，其中所述仪器经配置以插入到地表开口中，所述方法包含以下步骤：

(a)建立与地面电流隔离的电源以及接地电路参考；

(b)产生时变激励信号以传播穿过所述地下物质；

(c)测量所述地下物质中的电压；

(d)测量所述地下物质中的电流；以及

(e)处理所述电压和所述电流以确定所述地下物质的特性，其中步骤(a)至(e)完全在地下执行。