JPH03202587A - 人工磁場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状熊三次元検知システム - Google Patents
人工磁場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状熊三次元検知システムInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
状や、熱水を含む地下水流動(以下、単に「地下水流動
Jという。)の状態、献杯状態を検知する物理計測にお
いて、三次元的に解析可能なシステムに関する。
の地表の比抵抗や、インダクションを測定する方法や、
超音波、弾性波を地中に発射し、その透過波や反射波を
測定する方法や、地中に存する自然γ線や、人工線源の
γ線の散乱を測定することにより、地下の岩石密度を調
べる方法等がある。そして、これらの測定結果を地表面
においてデータ集積処理することによって、地下の断層
状態を探査する方法が、ジオトモグラフィと称して行わ
れている。さらに、最近は、これに加えて、坑井を有効
に利用して三次元的なとらえ方をすることが試みられる
ようになっている。
地下水流動層や炭化水素、石油等の層の有無、形状等を
正確に把握するには、採取するデータの粗さに由来する
のか、地殻内の亀裂形状や、地下水流動の状態、献杯状
態を正確に検知するには困難が伴っていた。
、試しの井戸を掘削してみて、蒸気噴気の存在によって
、熱水層の存在を知り、その後その噴気井から流動指標
となる化学物質、例えば、ヨウ化カリウム等を所定の時
間間隔、所定の濃度等厳重な管理の下で注入し、他の場
所に掘削された井戸、例えば、他の噴気井からその化学
物質を採取して、その濃度、採取時間等を計゛測して、
熱水が存在する地殻内の亀裂(フラクチャー)の形状、
熱水の流動状態、献杯状態等を推定していたが、化学物
質等は、採取されて初めてその数値が知り得るものであ
り、また、その濃度変化は、著しく微妙であり、したが
って、得られるデータは、精度が粗いという欠点を有し
ている。
終端を示すのみで、流動の経路について、正確に把握す
ることはできなかった。
率の粒状磁性体をトレーサとして坑井内から直接地層内
の岩石孔隙中の熱水層、油層等に注入流動させ、同じ坑
井または所定間隔をおいて掘削した他の坑井から該トレ
ーサの移動拡散状態を検知解析して、その地殻内の亀裂
形状や、フラクチャー特性、地下水流動の状態、献杯状
態を三次元的に解析するシステムとしたものである。
層に掘削坑井から強制的に粒状磁性体(高透磁率物質)
をトレーサとして注入し、これにより磁場が歪むのを、
坑井内の磁力計で、その移動、分布を追跡計測し、その
位置、形状を捕足することにより、地殻内の熱水や油層
の存する亀裂(フラクチャー)の形状、該熱水等の地中
流動の状態や献杯状態を三次元的に知ることができる。
検知システムの概要図を第1図に示す。
チャー)である。2は、このフラクチャー1に掘り下げ
られた坑井(#1)であり、3および4は、この坑井(
#l)の近傍に掘削された他の坑井(#2)および(#
3)である。また、5.6.7は、これら坑井(#1)
、(#2)、(#3)内に釣り降ろされ、坑井内で、前
記粒状磁性体のトレーサの移動および分布等を検出する
ため、地球磁場の変動を測定する三軸磁力計を含む坑井
内計測器である。8は、これら坑井内計測器5.6.7
からの計測データを直接または遠隔にて受信し、そのデ
ータ解析を行う坑井内データ処理装置である。9は、掘
削により、熱水に突き当たった噴気井である。
ラクチャ−1に掘り下げられた坑井(#1)2から、高
透磁性を有する粒状磁性体のトレーサを注入するという
ものである。
(初透磁率100程度)を有し、流動しゃすい粒径のも
のが好ましく、例えば、粒径=l〜数10ミクロンのも
のが好ましく、熱水に使用する為、キューリー点の高い
高温安定性のものが好ましい。なお、高透磁率材料とし
て、コストの安いものであれば、なお、好ましいことは
いうまでもない。また、地下熱水層の中で高流動性を有
するものであることか必要であり、水に対する分散性に
富み、比重が低いものが好ましく、本実施例では、この
ため、前記高透磁率材料を水に対する分散性に富む表面
材料でコーティング処理したものを使用した。したかっ
て、このコーティング材料も、熱水層の中を流動し易く
するように、低比重のものであることが必要であり、耐
熱性を有し、低コストのものであることが望ましい。
クフェライト、PB−パーマロイ、PC−パーマロイ、
センダスト(トーキ(株)製:商品名)等を用いたが、
好ましくは、5AI、10Si、Feの組成(%)で、
初透磁率μ。=30.000、最大透磁率μ、、=12
0゜000、保磁力Hc=0.05(エルステッド)、
wh=100(エルグ・Cm−”・サイクル−1)、比
抵抗80(μΩ・cm)、密度6.8(g−cm−3)
の−400mesh、、遍平形状、焼鈍処理のものが、
もっとも高い初透磁率40を示し、優れた結果を得てい
る。ところが、このような高透磁率物質は、比重が大き
く、例えば、前記センダストでは比重が6以上あり、水
に沈んでしまい、注入したとしても流動拡散性に欠ける
。
、あるいは、また、数個の粒子からなる高透磁率物質を
、第2図(a) (b)に示すように、外皮を水に対
する分散性に富むようにコーティング処理をして、粒子
を水中に分散できるようにした。
る磁性体トレーサであり、14は、それをコーティング
している表面材である。
および高流動性を保つため、使用される表面材の比重、
形状等によって定まり、前記高透磁率物質の比重とこの
表面材の比重との合算値となるものであるが、好ましく
は、40μm程度以下のものが望ましい。
−1に掘り下げられた坑井(#1)2から、注入される
と、該物質は、ワラクチャ−1内を流れる熱水の中をフ
ラクチャー1の外壁形状に添って拡散移動し、また、熱
水の流動速度に従って、浮遊拡散して行く。
1)2の近傍に掘削された他の坑井(#2)3および(
#3)4に、前記坑井内計測器(プローブ)5.6.7
を降ろし、地球磁場の変動を計測する。
図(a)に示す。
の概略断面構成図であり、数ヘルツから数10,000
ヘルツの電磁波を地中に送信する送信部とその反射波ま
たは他の送信部からの地中透過電磁波を受信する受信部
とを有するタイプの坑井内計測器(プローブ)である。
れるような直径3インチ(75cm)、長さ6mの非磁
性の円筒形耐熱外容器(デユア)21からなり、内部を
熱から防御する魔法瓶構造を有する。その内部構成は、
例えば、送受信データ処理部22および送信回路部23
を中心に、送信コイル24および地球磁場の変動を測定
する三軸磁力計の内の垂直磁気センサ(Z方向)25間
の、いわゆる送信中心軸から受信中心軸迄の間が約4m
を隔てて構成され、該垂直磁気センサ(Z方向)25を
挟んで六組の上記三軸磁力計の内のX方向水平磁気セン
サ26およびY方向水平磁気センサ27とを有する。
に、前記垂直コイル25への時期干渉を減じるため、こ
の送信コイル24と垂直コイル25との間に、前記送信
コイル24の磁気モメントの1/8の出力を有する補償
コイル24′を備えるようにした。
位置を正確に知るため、ジャイロ等からなる方向検知装
置28を備えている。
各検知結果を送受信データ処理部22でデータ処理を行
い、それをディジタル送信部29でディジタルデータと
して標準ケーブルヘッド30を介して、長尺ケーブル3
1(第3図では図示せず)を通じて地表に送られる。
送信すべき送信周波数情報、送信出力情報等が、ディジ
タルデータとして前記送受信データ処理部22に送り込
まれ、送信回路部23から送信コイル24を通じて、所
定の周波数、所定の出力の電磁波が地中に発射される。
すように地表の坑井(#1)2の上に隣接して設置され
た坑井内データ処理装置8に接続され、ここから、地中
で発射すべき、送信情報を坑井内計測装置5.6.7に
送り込むと共に、その坑井内計測装置5.6.7からの
計測データを得て、そのデータ解析を行うものである。
尺ケーブル31、坑井内データ処理装置8の全体の電気
的構成概要を示す回路ブロック構成国を示す。図中、第
1図および第3図において使用した相当する部分につい
ての符合は、同一の符合で示した。また、第4図中、符
合33は、前記地球磁場の変動を測定する三輪磁力計の
内のX方向水平磁気センサ26の受信配列増幅器であり
、34は、同三軸磁力計の内のY方向水平磁気センサ2
7の受信配列増幅器、35は、同垂直磁気センサ(Z方
向)25の受信増幅器である。
同期検出器(図示せず)およびフィルタ(図示せず)か
らなる同期検出フィルタ36に導かれ、この同期検出フ
ィルタ36からの出力は、前記送受信データ処理部22
に導かれる。
置28とも接続され、この方向検知装置28からの位置
姿勢信号も、この送受信データ処理部22に導かれ、こ
こで、マイクロプロセッサ制御マルチプレクサ(図示せ
ず)で所定の順序で上記検知データのサンプリングがさ
れ、その後、そのアナログデータをディジタルデータに
変換器(図示せず)で変換し、周波数ろ波およびデータ
整形の後、前記ディジタル送信部29に出力し、ディジ
タル送信部29からデインタルデータとして標準ケーブ
ルヘッド30を介して、長尺ケーブル31を通じて地表
に送られる。
24を駆動する送信回路部23の送信ドライバ38から
分岐された送信参照情報を入力する入力端子37を有し
、これに対応して、前記送信回路部23の送信ドライバ
38には、その出力端子39を有する。
、(#2)3、(#3)4等の井戸を利用して、電磁波
を送信および受信して、地殻垂直方向において生じる磁
力線歪の計測方性について説明する。
4等の井戸のうちの一本を単独に使用して検層する単独
井用坑井内検層測定概念を第5図に示す。第5図中、4
0は、前記高透磁率磁性体13を表面材14でコーティ
ングした粒状磁性体1314が注入され、拡散浮遊した
地殻のフラクチャlの概念模型を示す。
と同じ部材は、同じ符合で示した。
の送信部23.24から発射された電磁波が、地殻内を
伝搬して前記受信部22.25〜27に到達した電磁波
を解析して、地殻の磁力線の強さを表したものである。
、拡散浮遊して、図中の概念模型が示す位置に、該フラ
クチャ1の形状どおりに存在していたとすると、そこを
通過する磁力線は、上記粒状磁性体トレーサ13.14
の高透磁率物質によって、第5図に示すように歪が生じ
てしまう。
、フラクチャ1の位置、形状、傾斜方向、流動速度等が
知り得るのである。
、これを受信する井戸とを別途にした坑井間トモグラフ
ィ用坑井内検層測定概念図を示すものである。この場合
、各井戸の間は、およそLoomの間隔をとって掘削し
、一方の井戸、例えば、坑井(#1)2から前記高透磁
率粒状磁性体トレーサ13.14を注入し、その後、そ
の井戸2に前記坑井的計測器(プローブ)5を降ろし、
または、その坑井(#1)2の近傍に掘削された他の坑
井(#2)3に、前記坑井的計測器(プローブ)6を降
ろし、坑井(#1)2の井戸に降ろした前記坑井的計測
器(プローブ)5の送信部23.24から、所定の周波
数、出力、時間間隔等の電磁波を発射し、これを前記坑
井的計測器(プローブ)6の受信部22.25〜27で
、その間を通過する磁力線の変動を計測する。そうする
と、第6図に示すように、粒状磁性体トレーサ13.1
4が注入されたフラクチャ41142が、図のような位
置、形状、傾斜方向で存在するとすると、その間を通過
する磁力線は、第6図のように歪が生じ、その磁力線の
歪を測定することによって、第6図に示すように、フラ
クチャ41.42の位置、形状、傾斜方向が知り得ると
いうものである。
定システムおよび第6図に示した坑井間トモグラフィ用
坑井内検層測定システムを用いて、三次元的に前記高透
磁率粒状磁性体トレーサ13.14を含んだフラクチャ
1の形状、傾斜方向、容量、熱水移動方向ならびに速度
等を検知するシステムの概要について説明する。
図中、2.3.4は、第1図に示したと同様な坑井(#
1)2、(#2) 3および(#3)4であり、この図
面では、その他に別途図示の位置に坑井(#4)3’坑
井(#5)4’が掘削されている。今、坑井(#1)2
から、前記高透磁率粒状磁性体トレーサ13.14を注
入した後、該坑井(#l)2を含めて、他の坑井(#2
)3、(#3)4、(#4)3’ (#5)4’に
坑井的計測器(プローブ)5.6.7等(第7図では図
示せず)を降ろし、坑井内の磁力線歪を測定し、三次元
的磁力線歪を測定した。なお、各井戸の検出限界半径が
およそ50mの坑井内計測器(プローブ)を使用したた
め、その限界半径を各井戸を中心にした円で示した。
記粒状磁性体トレーサI3.14の経路50および地表
よりの計測で観測された前記粒状磁性体トレーサ13.
14の経路51を結ぶと、図中の線lで示される該粒状
磁性体トレーサの経路を知ることができる。また、図中
、黒円で示された部分は、注入から、数日経た後に、前
記粒状磁性体トレーサが、滞留して入る状態を示すもの
で、その位置に、その形状で、献杯する地中流体が存在
することが知れる。なお、図中同一符合は、同一物を表
し、52.53は、注入後n日後の粒状磁性体トレーサ
13.14が滞留している位置を示し、3′4′は、観
測用の他の位置に掘削された坑井である。
内にシートサイズ50mX 20m1厚さ2mmのシー
ト型フラクチャーが存在したとして、そのモデルを用い
て、そのフラクチャの検知の概略を説明する。その場の
K(K=(μ/μ。−1)/4π)で表される磁気感゛
応性を0.3、比抵抗(ρ)が10または100(Ω−
用)で、注入された粒状磁性体トレーサの透磁率をμ=
5として当てはめると、第8図(a)(b)のようなフ
ラクチャーモデルが地殻内に存在することを検知できる
。本実施例では、0.1.03.1.0.30、io。
から周囲に1.2.4.8.16.32mの各地点の一
単位磁気モーメント当たりの磁束密度を計測すると、第
8図(a) (b)のようなフラクチャーモデルは、
その実ノくラメータにおいて、第9図(a)のようなグ
ラフ形状となり、その虚パラメータにおいては、同図(
b)のようなグラフ形状を示すことが知り得た。
て、受信機側のインダクション・コイルで自己ノイズ1
0〜3[nT]以下ならびに1 ppmの分解能の下に
おいて、数10m離れた地点の粒状磁性体トレーサの位
置および傾きを検知できることが知り得た。さらに、地
表から地下深部に向うに従って自然界の雑音はほとんど
ゼロになることが知られているため、地表での測定以上
に磁場センサ(インダクション・コイル)のS/N比が
上がることも知り得た。
力線歪から、前記フラクチャーの存在位置、その形状、
傾斜構造、フラクチャー容量等を知るには、前記各坑井
に隣接して設けられた坑井内データ処理装置8内のマイ
クロコンピュータ(図示せず)を利用して、その解析処
理を行うものであるか、そのアルゴリズムは、一般に次
のような式によって示される。
) H’(r’)dAここで、GHは、磁力線計測タイ
プであることを示す乗数であり、フラクチャーは、イン
ダクタンス(η)で決定される。
力磁場を、GMは、磁界のグリーン関数を、ηは、イン
ダクタンスを示し、また、ωは、周波数(角速度(ra
d/5ec) )を、σ0は、導電率を、rは、計測点
を、r′は参照点位置を、Aは、断面積を示すものであ
る。
データ処理を行い、前記地球磁気歪をモニターならびに
ハードコピーをプリンタ等から出力するというものであ
る。
ラクチャを使用して、それをイメージとして把握するた
め、上記データ処理を行わせしめると、そのイメージは
、同図(b)のような状態で得られる。
磁性体をトレーサとして、地殻フラクチャー内に注入し
、これを所定の地表観測点から地球磁気歪として観測す
ると共に、注入坑井および/または他の坑井から電磁波
送信部および受信部を備えた坑井内計測装置を降ろして
、該各坑井から送信された電磁波の反射波または透過波
を三軸方向に計測するようにしたので、従来の自然界に
存する物理的数値を利用して地殻内を探査する方法や、
所定の掘削井から指標となる化学物質を注入して他の井
戸でこれを捕足して、地殻内の概況を知悉する方法に比
し、格段に優れた精度で地殻内を探査することができ、
また、僅かな地殻内フラクチャーの形状の差異、試行状
態にも、敏感に感応し、その差を正確な数値として得る
ことができるので、これを三次元的に解析し、前記地殻
内フラクチャーの形状、傾斜等の状態を容易にビジュア
ルに表現でき、地殻内の状態を把握するのに極めて優れ
た効果がある。
ャーに応用するときは、そのフラクチャー内を流れる流
体の速度、容量、停滞程度等の状態をも簡単にビジュア
ルに知ることができ、熱水探査、石油探査等の分野にお
いても、熱水の容量、水脈等を知って、その熱量を利用
するに際して優れた効果を有する。
概要図、第2図(a)(b)は、高透磁率物質の単一体
、または、数個の粒子からなる高透磁率物質を、表面材
でコーティング処理をして場合の一実施例を示す図、第
3図(a)は、坑井内計測器(プローブ)5.6.7の
概略断面構成図、同(b)は、送信コイル24と垂直コ
イル25との間に、補償コイル24′を備えた一実施例
を示す図、第4図は、坑井内計測器5.6.7、接続長
尺ケーブル31および坑井内データ処理装置8から成る
電気的構成概要を示す回路ブロック構成図、第5図およ
び第6図は、本発明システトを利用して、坑井的垂直方
向に生じる磁力線歪の計測方法を示す図、第7図は、熱
水層を含む地熱地帯の概略平面図、第8図(a)(b)
は、地殻内のシート型フラクチャの存在をモデルを用い
て検知する場合の概略図、第9図(a)は、第8図(a
)(b)に示したフラクチャーモデルが、実パラメータ
表示されることを示す図、同(b)は、それが、虚パラ
メータ表示されることを示す図、第10図(a)(b)
は、同図(a)に示すモデルフラクチャが、データ処理
の後、イメージ表示されることを示す図である。 図において、1:地殻内亀裂(フラクチャー)2:坑井
(#1)、3.4:他の坑井(#2)(#3) 、5.
6.7:坑井内計測器、8:坑井内データ処理装置、9
:噴気井、13:磁性体トレーサ、14:表面材、21
:円筒形耐熱外容器(デユア)、22:送受信データ処
理部、23:送信回路部、24:送信コイル、25:垂
直磁気センサ(Z方向)、24’:補償コイル、28二
方向検知装置、26.27:磁気センサ、29:ディジ
タル送信部29.30:標準ケーブルヘッド、31:長
尺ケーブル、33.34.35:増幅器、36:同期検
出フィルタ、37:入力端子、38:送信ドライバ、3
9:出力端子、41.42:フラクチャー、51:経路
、52.53:注入後n日後の粒状磁性体トレサの滞留
位置。
Claims (5)
- (1)地殻内亀裂に注入され、高透磁率性を有し、該亀
裂内に存する流動物質と同程度の比重を有する粒状磁性
体トレーサと、 地殻内に掘削された坑井内に釣り降ろされ、所定周波数
の電磁波の送信部および/または受信部を有する坑井内
磁場測定装置とからなることを特徴とする人工磁場を利
用した地殻内亀裂形状、賦存状態三次元検知システム。 - (2)前記地殻亀裂内に注入される高透磁率の粒状磁性
体トレーサは、コーティング処理が施され、該粒状磁性
体トレーサを水に分散する特性を有するようにしたこと
を特徴とする請求項第1項記載の人工磁場を利用した地
殻内亀裂形状、賦存状態三次元検知システム。 - (3)前記地殻内に掘削された坑井内に釣り降ろされる
坑井内磁場測定装置は、所定周波数の電磁波を受信する
三軸磁気センサを有することを特徴とする請求項第1項
記載の人工磁場を利用した地殼内亀裂形状、賦存状態三
次元検知システム。 - (4)前記地殻内に掘削された坑井内に釣り降ろされ、
所定周波数の電磁波の送信部および/または受信部を有
する坑井内磁場測定装置は、前記粒状磁性体トレーサが
注入された坑弁と同じ坑弁を単独で使用して、送信部よ
り送られる所定周波数の電磁波に対して、その坑井内の
受信部で、その電磁波を受信して、これを磁気の歪とし
て捕足することを特徴とする請求項第1項記載の人工磁
場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状態三次元検知シス
テム。 - (5)前記地殻内に掘削された坑井内に釣り降ろされ、
所定周波数の電磁波の送信部および/または受信部を有
する坑井内磁場測定装置は、前記粒状磁性体トレーサが
注入された坑弁と同じ坑弁と、その坑弁とは別途の坑弁
を使用し、一方の坑弁からは、所定周波数の電磁波を発
射し、かつ、その他方の坑井内でその透過波を受信して
地球磁場の歪を捕足することを特徴とする請求項第1項
記載の人工磁場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状態三
次元検知システム。
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JP1340187A JPH0726512B2 (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 人工磁場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状熊三次元検知システム |
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JPH0726512B2 JPH0726512B2 (ja) | 1995-03-22 |
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JP1340187A Expired - Lifetime JPH0726512B2 (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 人工磁場を利用した地殻内亀裂形状、賦存状熊三次元検知システム |
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-
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