JP5520351B2

JP5520351B2 - 非分極プローブ及びこれを含む試錐孔広帯域誘導分極検層器

Info

Publication number: JP5520351B2
Application number: JP2012183276A
Authority: JP
Inventors: ソン、ナク−オン; パーク、サム−ギュ
Original assignee: Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources KIGAM
Current assignee: Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources KIGAM
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: JP2014025907A; AU2012227317A1; KR101203085B1; CN103576207A

Description

本発明は、非分極プローブ及びこれを含む試錐孔広帯域誘導分極検層器に関し、より詳しくは、硫化鉱物を伴う金属鉱体区間の調査に有用な非分極プローブ（non-polarizable probe)を構成し、これを試錐孔内に挿入して広帯域誘導分極検層を実施して硫化鉱物を伴っている金属鉱体の分布区間及び特性を速かに把握できる非分極プローブ及びこれを含む試錐孔広帯域誘導分極検層器に関する。

従来の誘導分極探査（Induced Polarization Method）は、地下に電流を流して分極現象を誘導し、この誘導分極現象を測定することによって、地下構造を探査する方法である。

誘導分極探査には地下に電流を一定時間の間送った後、電流を切って電位電極の間の過電圧（Over voltage）から充電性を測定する時間領域誘導分極探査と、２つ以上の低周波数（１０Ｈｚ以下）を使用して見掛け比抵抗を測定し、これから周波数効果、金属係数などを測定したり、電流を低い周波数で１秒以上流した後、電流の位相に対する測定電位の位相差を測定する周波数領域誘導分極探査がある。

広帯域誘導分極探査（Spectral Induced Polarization Method）は、広帯域周波数に対する振幅及び位相を測定する方法である。これは、従来の誘導分極探査の難点である電磁気結合効果を除去し、多量の周波数別の誘導分極資料を解析して深部探査が可能であり、鉱物粒子のサイズ及び含有量把握、鉱種区別、各種人工雑音除去、膜分極区別などを解決できる方法であって、油田反応を予測するために提案されたモデルのうちの１つであるコール−コールモデル（Cole-Cole model）を主に使用して解析する。

一般に、広帯域誘導分極探査は地表で実施している。しかしながら、鉱床調査において鉱体確認及び埋蔵量の確保のために試錐調査が遂行されており、大部分コアロギングにより肉眼で確認している。したがって、観察者の経験と知識などによって多少の差があることがあり、肉眼で観察するとしても最終的には室内で剥片観察及び成分分析を通じて鉱体区間を精密に評価する。このような過程では多い時間がかかるので、現場で速かに鉱体区間及び品位を評価できる方法が求められている。

本発明は上記のような問題点を解決するために案出したものであって、その目的は、硫化鉱物を伴う金属鉱体区間の調査に有用な非分極プローブを構成し、これを試錐孔内に挿入して広帯域誘導分極検層を実施して硫化鉱物を伴っている金属鉱体の分布区間及び特性を速かに把握できる非分極プローブ及びこれを含む試錐孔広帯域誘導分極検層器を提供することにある。

本発明の一態様によれば、内部空間を有する本体と、上記本体の内に離隔して設置される電流電極及び電位電極を含んで構成され、上記電流電極及び電位電極は、内部に空いた空間を有する内径ケース、上記内径ケースに巻かれる鉛棒、上記内径ケース及び鉛棒を内蔵する外径ケース、及び上記外径ケースと内径ケースとの間の空間に詰められる充填物を含み、上記鉛棒は内径ケースの外面に沿って１回りを巻かれるようになり、上記外径ケースには多数のホールが貫通形成されることを特徴とする、非分極プローブを提供する。

好ましくは、上記本体はＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）材質からなることを特徴とする。

好ましくは、上記鉛棒は鉛からなり、外部面が塩化鉛で被覆されることを特徴とする。

好ましくは、上記充填物は塩化鉛粉末、塩化ナトリウム、及び石膏を混ぜて蒸溜水で練った後、固結させて製作されることを特徴とする。

好ましくは、上記充填物において、塩化鉛粉末、塩化ナトリウム、及び石膏は、重さ重量比で５０乃至５８％：３０乃至３８％：１０乃至１８％で混合されることを特徴とする。

好ましくは、上記本体内における電流電極及び電位電極は１つの電流電極と２つの電位電極から構成され、本体の下部から第１電流電極、第１電位電極、第２電位電極の順に配置されることを特徴とする。

好ましくは、上記本体の下部にはバッテリーが設置され、上部には回路基板部が設置され、このバッテリーと回路基板部との間には上記電流電極及び電位電極が設置され、上記バッテリー、回路基板部、そして電流電極及び電位電極はケーブルを介して連結されることを特徴とする。

好ましくは、上記内径ケース及び外径ケースはＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）材質からなることを特徴とする。

好ましくは、上記電流電極及び電位電極には両側に雄ネジ部が形成されて該当本体に備えられたナット部に結合され、結合部位にはＯリングが設置されることを特徴とする。

好ましくは、上記本体の上部には本体の内部の防水のためのパッドが締結され、本体の外部に表れるケーブルに対してはケーブル保護具が被覆されることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、前述した特徴のうちのいずれか１つに従う非分極プローブ、試錐孔内で上記非分極プローブをケーブルを介して引き上げるか引き下ろすウィンチ、上記ウィンチとケーブルを介して連結され、電流を送信し、測定電位値を受信して誘導分極探査を遂行する計測装置、及び地面に設置され、上記計測装置の制御によって該当地面に電流を流す第２電流電極を含むことを特徴とする、試錐孔広帯域誘導分極検層器を提供する。

本発明によれば、硫化鉱物を伴う金属鉱体区間の調査に有用な非分極プローブを構成し、これを試錐孔内に挿入して広帯域誘導分極検層を実施して硫化鉱物を伴っている金属鉱体の分布区間及び特性を速かに把握できるようになる効果がある。

また、プローブの電極で分極現象が発生して鉱体から誘導された分極現象の信号にノイズになることを防いで硫化鉱物を伴う鉱体から誘導された分極現象を電位電極で精密に測定できるようになる効果がある。

また、プローブの電極構成時、鉛棒を回転させて内蔵し、外径ＰＶＣを多孔処理することによって、試錐孔内で孔壁のどの方向でも誘導分極が測定できるようになる効果もある。

本発明に係る試錐孔広帯域誘導分極検層器を説明するための図である。本発明に係る非分極プローブを説明するための断面構造図である。本発明に係る非分極プローブの電極結合状態要部構造図である。本発明に係る非分極プローブの電極構成を説明するための構造図である。本発明に係る試錐孔広帯域誘導分極検層器を通じた広帯域誘導分極及び電気比抵抗検層結果を示すグラフである。

以下、本発明に従う非分極プローブ及びこれを含む試錐孔広帯域誘導分極検層器に対する実施形態を添付した図面を参考にしてより詳細に説明する。

試錐孔内で広帯域誘導分極検層を実施するための試錐孔広帯域誘導分極検層器は、図１に示すように、試錐孔内に挿入されるプローブ１００と、上記プローブ１００をケーブルを介して引き上げるか引き下ろすウィンチ２００と、上記ウィンチ２００とケーブルを介して連結され、電流を送信し測定電位値を受信して誘導分極探査を遂行する計測装置３００が含まれてなされることができる。

先に、上記計測装置３００は電流を送信する送信機と測定値を受信する受信機とから構成されている。ここで、送信機は定電流回路に電流を１００μＡ〜１００ｍＡまで、そして周波数を１０μＨｚ〜３２ＭＨｚ範囲まで調節して送信することができ、受信機を通じて受信される測定値を通じて上記計測装置３００が広帯域で振幅と位相差を測定することができる。

上記ウィンチ２００はケーブルの長さを調節して該当ケーブルに連結されたプローブ１００を試錐孔内で移動させるようになる。このウィンチ２００は試錐孔の深さ５００ｍまで広帯域誘導分極測定が可能であるようにケーブルが巻かれていることがあり、電動機によりケーブルの長さを調節して上記プローブ１００を試錐孔内で移動させることができるように構成される。

上記プローブ１００は非分極電極から構成されることができ、ケーブルを介して上記計測装置３００と連結される。このプローブ１００は、広帯域誘導分極検層における最も重要な構成であって、試錐孔内に挿入されて誘導分極検層を実施するものであって、地下５００ｍ以上の深さで水圧にも耐えることができるように防水処理されており、図２にその詳細な構成が図示されている。

図２を参照すると、上記プローブ１００は、内部防水が可能な本体１１と、上記本体１１の下部に設置されるバッテリー１２と、上記本体１１の上部に設置される回路基板部１３と、上記バッテリー１２と回路基板部１３との間に設置される電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２を含んで構成され、上記バッテリー１２、回路基板部１３、及び電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２は、ケーブルを介して連結される。

上記本体１１は円筒形のパイプで形成されて、上記バッテリー１２、回路基板部１３、及び電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２を内蔵することができ、非伝導性材質で構成できる。好ましくは、上記本体１１は、ＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）パイプで構成されることができ、約４７ｍｍの直径を有することができる。

上記バッテリー１２は充電された電源を電極に供給し、特に第１電位電極Ｐ１及び第２電位電極Ｐ２に動作電源を供給し、上記回路基板部１３に電源を供給して測定された信号電源を増幅させることができるようにする。このバッテリー１２を大容量で構成する場合、該当バッテリー１２の充電電源を第１電流電極Ｃ１に電流を供給して測定用電流が試錐孔の周囲に流れるようにし、第１電位電極Ｐ１及び第２電位電極Ｐ２に動作電源を供給し、回路基板部１３に増幅用電源を供給するようにすることで、外部からプローブ１００に別途の電源を印加する必要無しで該当バッテリー１２を通じて広帯域誘導分極探査を遂行するようにすることもできる。

上記回路基板部１３は、第１電位電極Ｐ１及び第２電位電極Ｐ２で測定された電位を増幅させて上記計測装置３００に出力する増幅回路から構成できる。

ここで、本体１１の上部には本体１１の内部の防水のためのパッド１４が締結され、本体１１の外部に表れるケーブルに対してはケーブル保護具１５が被覆されて防水できるようにする。

そして、上記バッテリー１２と回路基板部１３との間で電極は第１電流電極Ｃ１、第１電位電極Ｐ１、第２電位電極Ｐ２の順に配列される。そして、第２電流電極Ｃ２（図示せず）は地面に設置できる。ここで、本体１１の内で各電極は約３００ｍｍ間隔で離隔できる。

このような電極配列によって、第１電流電極Ｃ１はプローブ１００に内蔵されたまま試錐孔内に挿入されて移動するようになり、第２電流電極Ｃ２は地面に設置されることによって、より広い範囲の誘導分極検層が可能になる。ここで、第１電流電極Ｃ１と第２電流電極Ｃ２は、ケーブルを介して外部から電源の供給を受けるか、バッテリー１２を通じて電源の供給を受けて、周囲に電流を流すようになる。また、該当第１電位電極Ｐ１と第２電位電極Ｐ２もプローブ１００に内蔵されたまま試錐孔内に挿入されて移動するようになることで、移動測定が可能であるので、金属鉱体区間の把握が容易になる。

ここで、図３に示すように、上記第１電流電極Ｃ１、第１電位電極Ｐ１、及び第２電位電極Ｐ２には、両側に雄ネジ部が形成されて該当本体１１に備えられた雌ネジ部に結合できる。この結合部位の防水のために該当電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２の両側結合部位にはゴム材質のＯリング１６が設置される。

以下、図４を参照して前述した第１電流電極Ｃ１、第１電位電極Ｐ１、及び第２電位電極Ｐ２を含む電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２の構造について詳細に説明する。

電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２は非分極電極であって、電極と電解質との境界面で電荷の移動により電流が流れることができる。従来には非分極電極でない銅パイプを電極として使用したが、銅パイプを電極として使用する場合、電極の周辺の電解液のうちの（＋）イオンは（−）電極の周囲に、（−）イオンは（＋）電極の周囲に集まって正常な電流の流れを妨害するようになる。

実際の誘導分極を測定するために、電流電極で一定の時間（例えば約１秒）の間電流を流し、この電流を切った後、硫化鉱物を伴う鉱体から誘導された分極現象を電位電極で測定するようになる。しかしながら、銅パイプの使用時、電極では分極現象が発生して、結局、鉱体から誘導された分極現象の信号にノイズとなる。

本発明の実施形態に従う上記電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２は、内部に空いた空間を有する内径ケース２１と、上記内径ケース２１に巻かれる鉛棒２２と、上記内径ケース２１及び鉛棒２２を内蔵する外径ケース２４と、上記外径ケース２４と内径ケース２１との間の空間に詰められる充填物２３を含んで構成され、上記鉛棒２２はケーブルと連結される。

ここで、上記内径ケース２１は内部が空いたＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）パイプで構成される。

上記鉛棒２２は、鉛（Ｐｂ）で作られた長い棒形状に形成され、外部面は塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）で被覆される。より詳しくは、この鉛棒２２は電気分解を用いて塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）を被覆させて製作される。ここで、鉛棒２２の製作時、前述した電気分解の他に多様なコーティング方式によりこの塩化鉛を鉛棒に被覆させ製作することができる。

そして、上記鉛棒２２は上記内径ケース２１の外面に沿って一回り巻かれるようになる。このような鉛棒２２の巻回構造によって該当電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２は試錐孔に沿って上下方向に移動しながら全ての水平方向３６０゜に対して誘導分極検層を実施できるようになる。

そして、上記鉛棒２２が巻かれた内径ケース２１と外径ケース２４との間には充填物２３が詰められるようになるが、この充填物２３は塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）粉末と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を混ぜた石膏（ＣａＳＯ₄２Ｈ₂Ｏ）を蒸溜水で練って外径ケース２４の内に詰めて固める方法により製作できる。

好ましくは、上記外径ケース２４の内に詰めて入れる練りは塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）粉末と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と石膏（ＣａＳＯ４₂Ｈ₂Ｏ）を重さ重量比で５０乃至５８％：３０乃至３８％：１０乃至１８％、好ましくは５４％：３４％：１２％で混ぜた後、蒸溜水を使用して固結させて製作することができる。

そして、上記外径ケース２４には全体的に多数のホール２５が貫通形成される。このようなホール２５の多孔処理によって該当電極Ｃ１、Ｐ１、Ｐ２は試錐孔に沿って上下方向に移動しながら全ての水平方向３６０゜に対し、即ち試錐孔内で孔壁のどの方向でも誘導分極検層が実施できるようになる。

全体として、この非分極電極を作る方法について説明すると、内径ケース２１、塩化鉛でコーティングされた鉛材質の鉛棒２２、前面にホール２５が形成された外径ケース２４、及び充填物材料を用意した後、先に内径ケース２１の外面に鉛棒２２を一回り（３６０゜）巻いて固定させる。そして、上記外径ケース２４を被せるようになる。以後、塩化鉛（ＰｂＣｌ₂）粉末と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と石膏（ＣａＳＯ₄２Ｈ₂Ｏ）を前述した割合で配合した材料を該当外径ケース２４の内側に詰めて、蒸溜水を少しずつ注入しながらよく混ぜて練り状態で該当外径ケース２４の内部をぎっしり詰めた後、陰で約３日間乾燥させる。

（実験例）
本発明に係る広帯域誘導分極検層器を使用して三陟市柯谷鉱山の坑道内で鉱体特性評価可能性を確認するために、試錐孔広帯域誘導分極検層を遂行した。

柯谷鉱山の地質は、基盤岩として花崗片麻岩が分布し、この基盤岩の上部に朝鮮系陽徳統の壯山硅岩層、猫峯スレート層、大石岩統の豊村石灰岩層、花折層、銅店珪岩層が整合に分布している。柯谷鉱山の鉱石は主に豊村石灰岩層と猫峯ンスレート層の内に分布する石灰岩が接触交代鉱床（Contact metasomatic deposit）で形成された方鉛石と閃亜鉛石である。

試験検層対象試錐孔は、柯谷鉱山の金谷坑の内にある１１−２号孔であり、坑道内で試錐孔を用いた広帯域誘導分極検層を実施するようになる。

試錐孔誘導分極検層がなされた金谷坑の内の１１−２号孔の深さは４００ｍであるが、３３０〜３４０ｍ区間で鉱化帯が表れており、その他の部分はスレート層が分布している。図５は、試錐孔広帯域誘導分極及び電気比抵抗検層結果を示している。広帯域誘導分極検層は０．１２５〜１６Ｈｚの周波数範囲で測定し、この結果を検証するために電気比抵抗検層結果と比較した。

図５において、電気比抵抗検層結果を見ると、鉱石が分布している区間は方鉛石のような硫化鉱物を伴っているので、周辺のスレート層に比べて伝導性が大きいので、電気比抵抗が低く表れる。低比抵抗帯区間が鉱化帯であることを示しており、同一な区間で広帯域誘導分極検層の位相差が大きく表れていることが分かる。したがって、試錐孔広帯域誘導分極検層の結果、鉱化帯位置で位相反応が明確に表れていることを確認することができ、硫化鉱物を伴う金属鉱体の調査に有用であることと判断される。

以上、図面及び明細書における最適の実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的として使われたものであり、意味の限定や特許請求範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は添付の特許請求範囲の技術的事象により定まるべきである。

１００プローブ
１１本体
１２バッテリー
１３回路基板部
１４防水パッド
１５ケーブル保護具
１６Ｏリング
２１内径ケース
２２鉛棒
２３充填物
２４外径ケース
２５ホール
２００ウィンチ
３００計測装置

Claims

内部空間を有する本体と、前記本体の内に離隔して設置される電流電極及び電位電極を含んで構成され、
前記電流電極及び電位電極は、
内部に空いた空間を有する内径ケースと、
前記内径ケースに巻かれる鉛棒と、
前記内径ケース及び鉛棒を内蔵する外径ケースと、
前記外径ケースと内径ケースとの間の空間に詰められる充填物と、
を含み、
前記鉛棒は内径ケースの外面に沿って１回りを巻かれるようになり、前記外径ケースには多数のホールが貫通形成されることを特徴とする、非分極プローブ。
前記本体はＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）材質からなることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記鉛棒は鉛からなり、外部面が塩化鉛で被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記充填物は、塩化鉛粉末、塩化ナトリウム、及び石膏を混ぜて蒸溜水で練った後、固結させて製作されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記充填物において、塩化鉛粉末、塩化ナトリウム、及び石膏は、重さ重量比で５０乃至５８％：３０乃至３８％：１０乃至１８％で混合されることを特徴とする、請求項４に記載の非分極プローブ。
前記本体内における電流電極及び電位電極は１つの電流電極と２つの電位電極から構成され、本体の下部から第１電流電極、第１電位電極、第２電位電極の順に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記本体の下部にはバッテリーが設置され、上部には回路基板部が設置され、このバッテリーと回路基板部との間には前記電流電極及び電位電極が設置され、前記バッテリー、回路基板部、そして電流電極及び電位電極はケーブルを介して連結されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記内径ケース及び外径ケースはＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）材質からなることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記電流電極及び電位電極には両側に雄ネジ部が形成されて該当本体に備えられたナット部に結合され、結合部位にはＯリングが設置されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
前記本体の上部には本体の内部の防水のためのパッドが締結され、本体の外部に表れるケーブルに対してはケーブル保護具が被覆されることを特徴とする、請求項１に記載の非分極プローブ。
請求項１乃至請求項１０のうちのいずれか１項に従う非分極プローブと、
試錐孔の内で前記非分極プローブをケーブルを介して引き上げるか引き下ろすウィンチと、
前記ウィンチとケーブルを介して連結され、電流を送信し測定電位値を受信して誘導分極探査を遂行する計測装置と、
地面に設置され、前記計測装置の制御によって該当地面に電流を流す第２電流電極と、
を含むことを特徴とする、試錐孔広帯域誘導分極検層器。