CN111983696A - 一种多场源电阻率层析成像测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多场源电阻率层析成像测量系统和方法，该系统包括：场源电极组件，包括多个场源电极，用于向目标区域的目标体输出场源信号；电位电极组件，包括多个电位电极，用于反映场源信号对目标体产生的作用，得到测量信号；电流测量组件，与场源电极组件连接，用于激发场源电极组件输出场源信号；电位测量组件，与电位电极组件连接，用于接收测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。本发明改善了场源电极和电位电极之间的能量照明度和照明方向，可以使用更少的场源激发次数，在更短的时间完成数据测量，从而极大地提高了工作效率，更好地实现实时监测。

Description

一种多场源电阻率层析成像测量系统和方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，具体涉及一种多场源电阻率层析成像测量系统和方法。

背景技术

地球物理勘探方法可以分为重力方法、磁法、地震方法、电法勘探。本发明涉及的是地球物理勘探中的电法勘探领域，电法是利用研究区地下介质的导电性差异来进行勘探的方法，是应用到工程领域较为广泛的方法之一，例如：利用电法确认施工区域是否有空洞，干旱地区的找水工作，地下水的污染物调查等。

目前的电法勘探技术(包括高密度电阻率法)都是采用单个电极作为场源，观测电极依次接收。这种方法的缺点在高密度电阻率法上已经逐渐地显现出来了，在观测区域较大，观测电极较多时，需要的时间会大幅度增加，使用这种单个电极激发，单个电极接收的方式非常的费时费力。虽然现在多通道接收电法仪器已经开始应用，但是对于需要在短时间内完成的测量，并对目标区域进行实时监测的任务仍旧十分的困难，如在工程监测、实验室测量中，要测量岩石压裂过程中的电阻率变化，需要一种能在瞬间完成大量数据采集的方法与装置，现有的方法与装置无法满足这一要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多场源电阻率层析成像测量系统和方法，用以解决在短时间内完成数据观测的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多场源电阻率层析成像测量系统，该系统包括：场源电极组件，包括多个场源电极，用于向目标区域的目标体输出场源信号；电位电极组件，包括多个电位电极，用于反映所述场源信号对所述目标体产生的作用，得到测量信号；电流测量组件，与所述场源电极组件连接，用于激发所述场源电极组件输出所述场源信号；以及电位测量组件，与所述电位电极组件连接，用于接收所述测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。

优选地，该系统还包括：自由控制模块，连接至所述电流测量组件和所述电位测量组件，用于根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对所述电流测量组件和所述电位测量组件的操作进行以下控制：

对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号进行控制；和/或通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

优选地，该系统还包括：自适应信号生成组件，连接在所述自由控制模块与所述电流测量组件之间，用于根据所述控制信号中的状态控制信号对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号的激发状态进行控制；以及电极开关选址电路，连接至所述自由控制模块，并同时连接至所述电流测量组件和所述电位测量组件，用于根据所述控制信号中的转换信号来通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

优选地，所述自适应信号生成组件为数字调压信号发生器，用于根据所述状态控制信号控制所述激发信号为特定波形信号；和/或所述电位测量组件为多通道并行采集卡，用于在所述电位电极组件包括多个电位电极的情况下，同时获取所述多个电位电极的电位信号。

优选地，该系统还包括：成像模块，与所述电位测量组件和所述电流测量组件连接，用于根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值；其中，所述初始模型参数包括所述目标体的电导率的预估值、计算电极电位的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、计算电极所处的电场强度预估值，所述计算电极包括场源电极和电位电极，所述电位信号通过所述电位测量组件测量得到，所述场源信号通过所述电流测量组件测量得到。

优选地，所述成像模块包括：正演计算子模块，根据所述场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值；反演计算子模块，根据所述每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据所述正演模拟数据、所述电位测量组件输出的所述电位信号以及所述目标体的电导率的预估值计算电导率修正值；电导率修正子模块，根据所述电导率修正值修正所述目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值；其中，用所述电导率的当前值替代所述初始模型参数中的电导率的预估值，反复通过所述正演计算子模块、所述反演计算子模块和所述电导率修正子模块进行迭代计算，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

相应地，本发明还提供了一种多场源电阻率层析成像测量方法，该方法包括：通过包括多个场源电极的场源电极组件向目标区域的目标体输出场源信号；通过电流测量组件激发所述场源电极组件输出所述场源信号；通过包括多个电位电极的电位电极组件反映所述场源信号对所述目标体产生的作用，得到测量信号；以及通过电位测量组件接收所述测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。

优选地，该方法还包括：根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对所述电流测量组件和所述电位测量组件的操作进行以下控制：对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号进行控制；和/或通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

优选地，该方法还包括：根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值；其中，所述初始模型参数包括所述目标体的电导率的预估值、计算电极电位的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、计算电极所处的电场强度预估值，所述计算电极包括场源电极和电位电极，所述电位信号通过所述电位测量组件测量得到，所述场源信号通过所述电流测量组件测量得到。

优选地，根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值包括：根据所述场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值；根据所述每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据所述正演模拟数据、所述电位测量组件输出的所述电位信号以及所述目标体的电导率的预估值计算电导率修正值；以及根据所述电导率修正值修正所述目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值；其中，用所述电导率的当前值替代所述初始模型参数中的电导率的预估值，迭代计算所述正演模拟电位值、所述电导率修正值和所述电导率的当前值，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

本发明通过多个场源电极同时作为目标区域的目标体的场源信号，改善了场源电极和电位电极之间的能量照明度和照明方向，可以使用更少的场源激发次数，在更短的时间完成数据测量，从而极大地提高了工作效率，更好地实现实时监测。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明提供的多场源电阻率层析成像测量系统的框图。

图2是本发明提供的另一多场源电阻率层析成像测量系统的框图。

图3是本发明提供的多场源多通道电法仪的框图。

图4(a)是本发明提供的第一种激发和观测方案的图示。

图4(b)是本发明提供的第二种激发和观测方案的图示。

图4(c)是本发明提供的第三种激发和观测方案的图示。

图5(a)是本发明提供的图4(a)所示的第一种激发和观测方案对应的电势分布的图示。

图5(b)是本发明提供的图4(b)所示的第二种激发和观测方案对应的电势分布的图示。

图5(c)是本发明提供的图4(c)所示的第三种激发和观测方案对应的电势分布的图示。

图6(a)是本发明提供的真实模型。

图6(b)是本发明提供的采用图4(a)所示的第一种激发和观测方案的反演结果。

图6(c)是本发明提供的采用图4(b)所示的第二种激发和观测方案的反演结果。

图6(d)是本发明提供的采用图4(c)所示的第三种激发和观测方案的反演结果。

图7是本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

图1是本发明提供的多场源电阻率层析成像测量系统的框图，如图1所示，该系统包括场源电极组件101、电位电极组件102、电流测量组件103和电位测量组件104。

场源电极组件101包括多个场源电极，用于向目标区域的目标体105输出场源信号。这里多个场源电极同时向目标体105注入电流。电位电极组件102包括多个电位电极，用于反映场源信号对目标体105产生的作用，得到测量信号。具体来说，多个电位电极一般来说至少为两个电位电极，多个场源电极一般来说也是至少为两个场源电极，本发明中的场源电极也称为供电电极或电流电极。

本领域技术人员应当理解，场源电极和电位电极实际上是同样的电极，但在本发明中将向目标体105注入电流的电极称为场源电极，将反映场源信号对目标体105产生的作用的电极称为电位电极，简单来说就是，在目标体105输入侧的电极称为场源电极，在目标体106输出侧的电极称为电位电极。

电流测量组件103与场源电极组件101连接，用于激发场源电极组件101输出场源信号(即向目标体105输入电流)，电流测量组件103可以通过供电和电流测量系统实现，供电电流可以采用直流电瓶作为供电电源，电源经过变压系统通过场源电极向目标体105输入电流。

电位测量组件104与电位电极组件102连接，用于接收电位电极组件102输出的测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出，其中，电位电极组件102可以采用多通道并行采集卡，用于在电位电极组件102包括多个电位电极的情况下，同时获取多个电位电极的电位信号。使用多通道并行采集卡实现了多道并行电位测量，多通道并行采集卡例如可以为128通道并行采集卡，这种情况下可以达到128通道同时采集。多通道同时采集是直接从信号接收端的加速，是最为直接和明显的加速方式。

对于图1所示的实施方式是包括多个场源电极以及多个电位电极的情况，这种情况改善了场源电极和电位电极之间的能量照明度和照明方向(即勘探区域的电流强度和电流方向)，也使得可以使用更少的场源激发次数获取到更高信噪比的数据，从而以更少的时间获得反演结果。

本发明提供的多场源电阻率层析成像测量系统还包括自由控制模块(图1中未示出)，该自由控制模块连接至电流测量组件103和电位测量组件104，用于根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对电流测量组件103和电位测量组件104的操作进行以下控制：对电流测量组件103向场源电极组件101输出的激发信号进行控制；和/或通过电流测量组件103对多个场源电极进行电极转换并同时通过电位测量组件104对多个电位电极进行电极转换。自由控制模块可以直接对电流测量组件103和/或电位测量组件104进行控制，也可以通过其它装置或设备来对电流测量组件103和/或电位测量组件104进行控制。

图2是本发明提供的另一多场源电阻率层析成像测量系统的框图，图2所示的自由控制模块206通过自适应信号生成组件207和电极开关选址电路208实现对电流测量组件203和电位测量组件204的控制。需要说明的是，场源电极组件201、电位电极组件202、电流测量组件203、电位测量组件204、目标体205分别为与图1中场源电极组件101、电位电极组件102、电流测量组件103、电位测量组件104、目标体105相同的部件，图2中修改了标识仅仅是为了一致性。

根据图2所示的实施方式，自适应信号生成组件207连接在自由控制模块206与电流测量组件203之间，用于根据控制信号中的状态控制信号对电流测量组件203向场源电极组件201输出的激发信号的激发状态进行控制。这里所说的激发状态例如可以是激发时间和/或激发强度等，一般情况下，激发强度可以理解为通过电压值的高低来体现。自适应信号生成组件207例如可以为数字调压信号发生器，用于根据状态控制信号控制激发信号为特定波形信号，特定波形信号例如可以是方波，激发时间可以理解为通过电流测量组件203向场源电极组件201输出激发信号的时刻，激发强度可以理解为电流测量组件203向场源电极组件201输出激发信号(如方波)的电压。

根据图2所示的实施方式，电极开关选址电路208连接至自由控制模块206，并同时连接至电流测量组件203和电位测量组件204，用于根据控制信号中的转换信号来通过电流测量组件203对多个场源电极进行电极转换并同时通过电位测量组件204对多个电位电极进行电极转换。电极开关选址电路208实际上就是对电极进行转换的部件，用来控制哪些电极作为场源电极以及哪些电极作为电位电极。电位测量组件204例如可以为多通道并行采集卡，用于在电位电极组件202包括多个电位电极的情况下，同时获取多个电位电极的电位信号。

实际操作中，测量开始前，首先会为所有电极进行编码，然后用4个电极编码代表1组进行测量的电极的编码，其中2个电极编码代表1对场源电极的编码(可以理解为1个电流源的正负电极)，另外2个电极编码代表1对电位电极的编码(可以理解为1个电位差的两个位置)，根据测量需求和电极的编码把所有的测量需求编写成控制文件，控制文件例如包括激发时间、激发强度等，在测量时自动控制模块根据控制文件生成相应的控制信号。

图3是本发明提供的多场源多通道电法仪的框图，图3示出了目标体305，在图3中以圆形区域表示，示例为测试的岩石目标体俯视图，可以在岩心的侧边贴满电极，作为场源电极和电位电极。岩石表面的短线表示电极，与“+”符号和“-”符号对应的电极为场源电极，其它电极为电位电极，图3中的V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈、V₉、V₁₀表示多次测量，获取不同位置电位电极的值，以用于反演计算。

图2所示的电位测量组件204在图3的实施方式中采用多道并行电位测量系统304实现，以针对同一场源同时采集多个电信号数据，例如可以采用128通道并行采集卡。图2所示的电流测量组件203在图3的实施方式中采用多道并行供电和电流测量系统303实现。

此外，图3还示出了多场源多通道采集电法仪的其他相应的器件，如图3所示，包括标准接口USB 301、DC直流电源302、测控主机及成像系统306、高速AD转换器310、数字电路接口311、高速AD转换器309、数字调压信号发生器307和电极开关选址电路308。

通过图3可以看出，电极开关选址电路308连接在多道并行供电和电流测量系统303和多道并行电位测量系统304之间，用于通过多道并行供电和电流测量系统303对多个场源电极进行转换并同时通过多道并行电位测量系统304对多个电位电极进行转换。在图3所示的实施方式中，电极开关选址电路308连接在多道并行供电和电流测量系统303和多道并行电位测量系统304之间，用于在需要时对多个场源电极和多个电位电极进行转换，即对场源电极与电位电极进行转换，以增加信号接收量，电极转换开关选址电路308通常采用集中式转换开关设计，集中在电极转换开关处可以对多个电极转换进行调换。数字调压信号发生器307可以对多道并行供电和电流测量系统303输出的信号电压进行控制。图2所示的自由控制模块206可以通过图3中所示的测控主机及成像系统306来实现，也可以通过另外的控制系统来实现。

测控主机及成像系统306用于对图3所示的电法仪中各个部件进行整体控制并对采集到的信号进行处理以得到反演结果，具体将在下文中进行阐述。本领域技术人员应当理解，标准接口USB 301、DC直流电源302、高速AD转换器309、数字电路接口311、高速AD转换器310为常规电路设计部件，于此不予赘述。

多个场源电极的激发与单个场源电极的激发相比，采用多个场源电极激发的情况会使边界条件更加复杂，因而不能使用常规的使用半空间和单个场源电极的成像算法。本发明研发了针对多个场源电极的激发的成像算法。

因此，进一步地，本发明提供的多场源电阻率层析成像测量系统还包括成像模块(图3中测控主机及成像系统306的组件)，与电位测量组件和电流测量组件连接，用于根据电位信号、场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到目标体的电导率的反演值；其中，初始模型参数包括目标体的电导率的预估值、计算电极电位的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、计算电极所处的电场强度预估值，计算电极包括场源电极和电位电极，电位信号可以通过电位测量组件测量得到，场源信号可以通过电流测量组件测量得到。其中，计算电极的场源信号由电流测量组件测量得到。本领域技术人员应当理解，一般情况下，场源电极和电位电极是一样的电极，这里的计算电极是对场源电极和电位电极的总称，计算电极实际上就是泛指的电极(包括本发明中其他地方提到的场源电极、电位电极等)，这里称为计算电极是为了与场源电极和电位电极有所区分，并非是为了限制本发明。

成像模块包括正演计算子模块、反演计算子模块和电导率修正子模块。正演计算子模块根据场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值。

在具体实施方式中，正演计算算法可以通过以下等式(1)来实现，等式(1)为使用多场源条件下的控制方程：

在等式(1)中，u＝u(x)为每一个计算电极电位的预估值，σ＝σ(x)为目标体的电导率(首次计算时为目标体的电导率预估值(即目标体的电导率的初始值)，之后会进行迭代计算)，z_l为第l计算电极的接触电阻，Ω∈R³为目标区域，

为目标区域的边界，e_l为第l计算电极区域，e_k计算电极区域，I_k为第k计算电极的注入电流(即场源信号)，

为计算电极所处的电场强度。在等式(1)的多场源控制方程中，场源的边界条件需要叠加多个电源电极对区域(等式(1)中的第二个方程)，同时在室内的岩石测试实验中，为了降低接触电阻，可以采用电流面源。无电极供电的区域电流的法线方向的电流径流量为0(等式(1)中的第三个方程)。等式(1)中的k，l为计算电极的编号，也就是场源电极和电位电极整体的一个排序，因为在实际测量过程中电极(即计算电极)是轮流测量的，本次作为场源电极的计算电极上一次可能是电位电极，并且在等式(1)中的下标k，l也仅仅是为了计算的一种示意，因而未明确指定是场源电极或电位电极。

通过等式(1)可以得出第l计算电极的正演模拟电位值U_l,，将该正演模拟电位值,.U_l带入反演计算子模块进行进一步计算。

进一步地，反演计算子模块根据每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据正演模拟数据、电位测量组件输出的电位信号以及目标体的电导率的预估值计算电导率修正值。

在具体实施方式中，反演计算子模块采用了反演成像算法，具体来说，可以通过以下等式(2)来计算电导率修正值，等式(2)使用高斯-牛顿法进行反演计算，可以表示为：

在等式(2)中，E为目标函数残差，H为Hessian矩阵，d为正演模拟数据，其中，d＝U_i-U_j，下标i、j表示的相应计算电极的编号，d_obs为实际测量的电位电极的电位差(通过电位测量组件输出的电位信号得到)，J为雅可比矩阵，使用共轭梯度法求取，表示的是:

β为正则化系数，W为一阶光滑算子，σ₀为电位电极的初始电导率。

根据等式(1)得到的正演模拟电位值U_l,计算得到正演模拟数据d，进而通过等式(2)计算得到电导率修正值Δσ。

进一步地，电导率修正子模块根据电导率修正值修正目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值。其中，用电导率的当前值替代初始模型参数中的电导率的预估值，反复通过正演计算子模块、反演计算子模块和电导率修正子模块进行迭代计算，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

在本实施方式中，利用等式(2)得到的电导率修正值Δσ对等式(1)中的目标体的电导率m进行修正(例如，σ＝σ+Δσ)，然后将修正后的σ重新带入等式(1)进行迭代计算，重复该过程直至达到预定迭代计算次数，迭代次数可以根据本领域技术人员的常规方式来确定，最终得到的σ值即为电导率的反演值。

图4(a)是本发明提供的第一种激发和观测方案，圆形区域为需要研究的目标体岩石，4(a)示出了两个场源电极激发(一个正电极、一个负电极)的方案，如图4(a)所示，与“+”符号和“-”符号对应的电极为场源电极，其它电极为电位电极，图4(a)中的V_1a、V_2a、V_3a、V_4a、V_5a、V_6a、V_7a、V_8a、V_9a、V_10a、V_11a、V_12a、V_13a表示多次测量。

图4(b)是本发明提供的第二种激发和观测方案，圆形区域为需要研究的目标体岩石，图4(b)示出了四个场源电极激发(两个正电极、两个负电极)的方案，如图4(b)所示，与“+”符号和“-”符号对应的电极为场源电极，其它电极为电位电极，图4(b)中的V_1b、V_2b、V_3b、V_4b、V_5b、V_6b、V_7b、V_8b、V_9b、V_10b表示多次测量。

图4(c)是本发明提供的第三种激发和观测方案，圆形区域为需要研究的目标体岩石，图4(c)示出了四个场源电极激发(一个正电极、三个负电极)的方案，如图4(c)所示，与“+”符号和“-”符号对应的电极为场源电极，其它电极为电位电极，图4(c)中的V_1b、V_2b、V_3b、V_4b、V_5b、V_6b、V_7b、V_8b、V_9b、V_10b表示多次测量。

图4(a)、图4(b)、图4(c)所示的实施方式多次测量目的是获取不同位置电位电极的值，以用于反演计算。

图4(a)、图4(b)、图4(c)仅为激发和观测方案的示例，并不用于限制本发明，本发明提供的技术方案可以应用于任何合理的激发和观测方案。

图5(a)是本发明提供的图4(a)所示的第一种激发和观测方案对应的电势分布的图示，图5(b)是本发明提供的图4(b)所示的第二种激发和观测方案对应的电势分布的图示，图5(c)是本发明提供的图4(c)所示的第三种激发和观测方案对应的电势分布的图示。

从图5(a)、图5(b)、图5(c)所示的结果来看，与图5(a)所示的电势分布相比，图5(b)和图5(c)中的信号能够覆盖的范围更广，在使用一次供电激发的观测方案下，因此，图4(b)和图4(c)所示的激发和观测方案能够观测得到更多的异常信号和覆盖更广的范围。

图6(a)是本发明提供的真实模型，包含了4个高电导率异常体，电导率为0.1S/m，背景电导率为0.03S/m。图6(b)是本发明提供的采用图4(a)所示的第一种激发和观测方案的反演结果，即采用图4(a)所示的激发和观测方案的两个场源电极(一个正电极、一个负电极)激发的反演结果。图6(c)是本发明提供的采用图4(b)所示的第二种激发和观测方案的反演结果，即为采用图4(b)所示的激发和观测方案的四个场源电极(两个正电极、两个负电极)激发的反演结果。图6(d)是本发明提供的采用图4(c)所示的第三种激发和观测方案的反演结果，即采用图4(c)所示的激发和观测方案的四个场源电极(一个正电极、三个负电极)激发的反演结果。实际处理中，图6(c)和图6(d)的情况是采用四个场源电极同时激发，而图6(b)的情况是采用两个场源电极激发的情况，可以理解为图6(c)和图6(d)相当于重复两次图6(b)的两个场源电极激发的情况，即对于相同的工作量，图6(c)和图6(d)使用四个场源电极激发的情况的测量时间为图6(b)使用两个场源电极激发的情况的测量时间的一半，从图6(b)、图6(c)和图6(d)所示的反演结果可以看出，与图6(b)相比，图6(c)和图6(d)的反演结果更加出色，4个异常体的边界刻画也更加清晰，因此也更有利于工作人员对异常体的分析和解释。

图7是本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法的流程图，如图6所示，该方法包括：

步骤701，通过包括多个场源电极的场源电极组件向目标区域的目标体输出场源信号；

步骤702，通过电流测量组件激发场源电极组件输出场源信号；

步骤703，通过包括多个电位电极的电位电极组件反映场源信号对目标体产生的作用，得到测量信号；

步骤704，通过电位测量组件接收测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。

进一步地，本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法还包括：通过电极开关选址电路经由电流测量组件对多个场源电极进行转换并同时通过电位测量组件对多个电位电极进行转换。

进一步地，本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法还包括：根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对电流测量组件和电位测量组件的操作进行以下控制：对电流测量组件向场源电极组件输出的激发信号进行控制；和/或通过电流测量组件对多个场源电极进行电极转换并同时通过电位测量组件对多个电位电极进行电极转换。

进一步地，本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法还包括：根据电位信号、场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到目标体的电导率的反演值；其中，初始模型参数包括目标体的电导率的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、该计算电极包括场源电极和电位电极，电位信号通过电位测量组件测量得到，场源信号通过电流测量组件测量得到。

根据电位信号、场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到目标体的电导率的反演值包括：根据场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值；根据每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据正演模拟数据、电位测量组件输出的电位信号以及目标体的电导率的预估值计算电导率修正值；根据电导率修正值修正目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值；其中，用电导率的当前值替代初始模型参数中的电导率的预估值，迭代计算正演模拟电位值、电导率修正值和电导率的当前值，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

需要说明的是，本发明提供的多场源电阻率层析成像测量方法的具体细节及益处与本发明提供的多场源电阻率层析成像测量系统类似，于此不予赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

传统的电法测量方式的单场源的观测方式费时费力，很难在短时间内完成一次完整的数据测量。本发明使用多电流源同时供电，多电位电极同时测量的工作方式，为工作人员节省了数据的采集时间，减轻了工作人员的工作强度，让在短时间内完成数据观测并完成对目标区域的实时监测任务提供了可能性。在多道采集的基础上，可以实现灵活的电极配对方式，可以自己组合电极文件(目前商用的电极设置方式都是固定的场源电极和电位电极)，不受传统的电法观测系统的限制，让指定观测方案更加灵活多变，也就是说，可以通过电极配置文件任意指定场源电极和电位电极，大大增加了场源电极和电位电极的数目。此外，在单场源的情况下，电流在目标研究区分布不均匀，采用多场源电极的方案增加了目标区域的照明度，采用多个电极激发的成像算法，使用匹配的反演成像算法，能够实时快速的进行电阻率时移监测，很好地解决了再短时间内完成数据观测和电阻率反演的问题。本发明可以在实验室和野外进行相关的成像，采用本发明提供的技术方案，可以得到更好的地下数据和结构。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，该系统包括：

场源电极组件，包括多个场源电极，用于向目标区域的目标体输出场源信号；

电位电极组件，包括多个电位电极，用于反映所述场源信号对所述目标体产生的作用，得到测量信号；

电流测量组件，与所述场源电极组件连接，用于激发所述场源电极组件输出所述场源信号；以及

电位测量组件，与所述电位电极组件连接，用于接收所述测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。

2.根据权利要求1所述的多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，该系统还包括：

自由控制模块，连接至所述电流测量组件和所述电位测量组件，用于根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对所述电流测量组件和所述电位测量组件的操作进行以下控制：

对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号进行控制；和/或

通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

3.根据权利要求2所述的多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，该系统还包括：

自适应信号生成组件，连接在所述自由控制模块与所述电流测量组件之间，用于根据所述控制信号中的状态控制信号对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号的激发状态进行控制；以及

电极开关选址电路，连接至所述自由控制模块，并同时连接至所述电流测量组件和所述电位测量组件，用于根据所述控制信号中的转换信号来通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

4.根据权利要求3所述的多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，

所述自适应信号生成组件为数字调压信号发生器，用于根据所述状态控制信号控制所述激发信号为特定波形信号；和/或

所述电位测量组件为多通道并行采集卡，用于在所述电位电极组件包括多个电位电极的情况下，同时获取所述多个电位电极的电位信号。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，该系统还包括：

成像模块，与所述电位测量组件和所述电流测量组件连接，用于根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值；

其中，所述初始模型参数包括所述目标体的电导率的预估值、计算电极电位的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、计算电极所处的电场强度预估值，所述计算电极包括场源电极和电位电极，所述电位信号通过所述电位测量组件测量得到，所述场源信号通过所述电流测量组件测量得到。

6.根据权利要求5所述的多场源电阻率层析成像测量系统，其特征在于，所述成像模块包括：

正演计算子模块，根据所述场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值；

反演计算子模块，根据所述每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据所述正演模拟数据、所述电位测量组件输出的所述电位信号以及所述目标体的电导率的预估值计算电导率修正值；以及

电导率修正子模块，根据所述电导率修正值修正所述目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值；

其中，用所述电导率的当前值替代所述初始模型参数中的电导率的预估值，反复通过所述正演计算子模块、所述反演计算子模块和所述电导率修正子模块进行迭代计算，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

7.一种多场源电阻率层析成像测量方法，其特征在于，该方法包括：

通过包括多个场源电极的场源电极组件向目标区域的目标体输出场源信号；

通过电流测量组件激发所述场源电极组件输出所述场源信号；

通过包括多个电位电极的电位电极组件反映所述场源信号对所述目标体产生的作用，得到测量信号；以及

通过电位测量组件接收所述测量信号，并将该测量信号转换为电位信号输出。

8.根据权利要求7所述的多场源电阻率层析成像方法，其特征在于，该方法还包括：

根据预先设定的信号生成相应的控制信号，从而对所述电流测量组件和所述电位测量组件的操作进行以下控制：

对所述电流测量组件向所述场源电极组件输出的激发信号进行控制；和/或

通过所述电流测量组件对所述多个场源电极进行电极转换并同时通过所述电位测量组件对所述多个电位电极进行电极转换。

9.根据权利要求7或8所述的多场源电阻率层析成像测量方法，其特征在于，该方法还包括：

根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值；

其中，所述初始模型参数包括所述目标体的电导率的预估值、计算电极电位的预估值、计算电极的接触电阻、计算电极的场源信号、计算电极所处的电场强度预估值，所述计算电极包括场源电极和电位电极，所述电位信号通过所述电位测量组件测量得到，所述场源信号通过所述电流测量组件测量得到。

10.根据权利要求9所述的多场源电阻率层析成像测量方法，其特征在于，根据所述电位信号、所述场源信号和初始模型参数，通过成像算法得到所述目标体的电导率的反演值包括：

根据所述场源信号和初始模型参数，通过正演计算算法计算每一个计算电极的正演模拟电位值；

根据所述每一个计算电极的正演模拟电位值计算正演模拟数据，并根据所述正演模拟数据、所述电位测量组件输出的所述电位信号以及所述目标体的电导率的预估值计算电导率修正值；以及

根据所述电导率修正值修正所述目标体的电导率的预估值，得到电导率的当前值；

其中，用所述电导率的当前值替代所述初始模型参数中的电导率的预估值，迭代计算所述正演模拟电位值、所述电导率修正值和所述电导率的当前值，直至达到预定迭代计算次数，从而得到电导率的反演值。

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