JPH0666950A

JPH0666950A - 地殻内フラクチャ構造検知システム

Info

Publication number: JPH0666950A
Application number: JP15262991A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Muramatsu; 茂樹村松; Shinji Takasugi; 真司高杉; Kazumi Osato; 和己大里
Original assignee: Chinetsu Gijutsu Kaihatsu KK
Current assignee: Chinetsu Gijutsu Kaihatsu KK
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1994-03-11
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JP3048415B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】予じめ、調査坑より高速磁率性を有する磁性流
体を地殻内フラクチャに注入する一方、地表面に設けた
単一または、複数の磁場ソースに垂直交流磁場を発生さ
せ、それを、調査坑に釣り降した３軸磁力計からなる検
層プローブで捕捉し、地下のフラクチャ構造を検知する
地殻内フラクチャ構造検知システム。【効果】地下での局所的な透磁率の変化は比較的小さい
ため、坑井に貫入したフラクチャに磁性流体トレーサを
流し込むことによって、地熱地帯の複雑な地層中でもフ
ラクチャからの影響のみを抽出しやすくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁性流体トレーサを
利用した地殻内フラクチャ（き裂）構造検知システムに
関し、特に、計測システムの中核を構成する３軸磁力計
のうち、改良された磁場ソースを用いた地殻内フラクチ
ャ構造検知システムの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性流体トレーサによる地下フラクチャ
（き裂）確認法技術は、ＥＭ法（電磁誘導法）の応用技
術であり、坑井に貫入した「フラクチャの中の現実に流
動する部分」に磁性流体トレーサ（以下、「ＭＦＴ」と
省略する。）を流し込むことにより、地下の物性値（こ
の場合、透磁率）に人工的な変化を起こして、それによ
る電磁場の変化をとらえ、これによって、フラクチャの
傾斜（デイップ）や走行（ストライキ）あるいはＭＦＴ
の進展する方向を把握することが可能となる。

【０００３】本願出願人は、この方法による地下フラク
チャ確認技術について、既に提案している（特許願平成
１年第３４０１８７号発明の名称「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」）。

【０００４】この検知システムでは、予備水圧破砕の中
で、ＭＦＴの流れ込んだ（実際の地熱流体の流動する）
フラクチャの坑井周辺でのデイップとストライキを得る
ことに関して、有効な手段であった。特に、地熱地帯の
ように地質的に複雑な地層中では導電率（対応する探査
技術＝比抵抗法）・誘電率（レーダ法）・弾性波速度
（地震法）の変化が大きく、特定のフラクチャと地層で
の物性値の差を明確に区分できない場合を、ＭＦＴの注
入されたフラクチャの透磁率変化を電磁法で補足するこ
ととするため、地熱地帯の複雑な地層中でもフラクチャ
からの影響のみを抽出できるという利点を有していた。

【０００５】上記出願人の提案に係る計測システムにつ
いて説明すると以下のとおりである。

【０００６】図５は、従来の計測システムの概念図であ
る。図１において、２１は調査井、２２は垂直発振コイ
ル、２３は、３軸磁力計、２４は、内部に前記垂直発振
コイル２２および３軸磁力計２３が組み込まれ、前記調
査坑井２１内に釣り降ろされた検層プローブ、２５は、
データ処理コンピュータを搭載した検層用スキッドまた
は検層車である。また、図中、２６は、前記垂直発振コ
イルによって生じた人工交流磁場を示し、２７は、高透
磁率トレーサ（ＭＦＴ）が注入された地下のフラクチャ
を概念的に示したものである。

【０００７】ところが、本願出願人が提案したこのシス
テムでは、計測システムの中核を構成する垂直発振コイ
ル２２および３軸磁力計２３に関し、特に、地熱井での
使用を想定して、それらを組み込む検層プローブ２４に
関し、外径３．５インチ、長さ３ｍ強の耐圧容器に収容
する形状、構造としたため、磁場ソースである垂直発振
コイル２２と３磁磁力計間の間隔距離に構造上の制限が
あった。

【０００８】同一坑井内でこれを前記垂直発振コイル２
２および３軸磁力計２３を組み込んだ検層プローブ２４
は、これらを同一容器内に収納するので、前記垂直発振
コイル２２と３軸磁力計を容器内の上端と下端に組み込
んだとしても、その間隔は約３ｍと短く、坑井近傍の細
かな磁場変化を捉えることは比較的容易であるとして
も、前記ＭＦＴが、坑井を中心に数１０ｍ以上先まで延
びていくような場合には、この坑井内に収容された垂直
発振コイルで、それを補足することは難しいという欠点
があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本願発明では、前記垂直発振コイル２２を坑井内
に挿入する検層プローブ２４の容器内に配置しないで、
そのかわりに、挿入する調査坑井２１を含むあるいはそ
れを含まない地表面に磁場ソースを設置して、それに可
聴周波数帯域の交流を流すことで、垂直交流磁場（１０
Ｈｚ−数ｋＨｚ程度）を発生させ、調査坑井２１内の検
層プローブ２４内の３軸磁力計２３で受信し、坑内３軸
磁場プロファイル計測できるようにしたものである。

【００１０】

【作用】本願発明は、ＭＦＴを流入した坑井を含むまた
は含まない地表面に磁場ソースを設置して、それに可聴
周波数帯域の交流を流して垂直交流磁場（数Ｈｚ−数ｋ
Ｈｚ程度）を発生させ、これを坑井内の検層プローブの
３軸磁力計で受信し、調査坑井を中心に数１００ｍ以上
離れた距離においても、その地下に存存するフラクチャ
構造（ディップ、ストライキ）を検知するというもので
ある。

【００１１】

【実施例】本願発明を実施例図面に従って説明する。図
１は、本願発明の一実施例計測システムを示した概念図
であり、１は、フラクチャ７に遭遇した調査坑であっ
て、この調査坑１から磁性流体トレーサ（ＭＦＴ）を注
入し、また、３軸磁力計からなる坑井内レシーバ３を組
み込んだ検層プローブ４を釣り降ろす調査坑である。ま
た、２は、前記調査坑１を含む地表面に配置した４００
メートル四方のループ式コイルからなる地表磁場ソース
であり、この実施例では、この地表磁場ソース２に可聴
周波数帯域の交流電流が印加される。６は、この交流電
流で発生する垂直交流磁場であり、７は、磁性流体トレ
ーサ（ＭＦＴ）が注入された地下のフラクチャを概念的
に示すものである。

【００１２】このようなシステム概略の下で、まず、最
初に、フラクチャー７に掘り下げられた調査坑井１か
ら、高透磁性を有する粒状磁性体のトレーサを注入し、
その後、３軸磁力計からなる坑井内レシーバ３を組み込
んだ検層プローブ４を釣り降ろす。そして、前記調査坑
１を含む地表面または該調査坑１を含まない地表面に、
４００メートル四方のループ式コイルからなる地表磁場
ソース２を配置し、この地表磁場ソース２に可聴周波数
帯域の交流電流を印加した。

【００１３】なお、この実施例に使用する３軸磁力計に
関し、モデル計算シミュレーションによる評価を行った
結果、２０００ｍ級坑井を用いた場合には、検出に必要
な磁力計感度が１ｘ１０^-3［ｎＴ］のものが必要
であることが判明したので、これを用いた。

【００１４】また、磁性流体トレーサ（ＭＦＴ）として
は、本願出願人が、既に提案した上記発明においては、
粒状の高い透磁性（初透磁率１００程度）を有し、流動
しやすい粒径のもの、例えば、粒径＝１〜数１０ミクロ
ンのものを使用した。また、熱水に使用する為、キュリ
ー点の高い高温安定性のものを使用した。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が必要であ
り、水に対する分散性に富み、比重が低いものが好まし
い。

【００１５】さらに、大規模なフラクチャに対応するた
め、大量に使用しなければならず、その製造コストがで
きるだけ低いものを使用する必要があり、従来、使用さ
れていたセンダスト粉（通常に粉砕した場合には、初期
比透磁率＝４５）より、安価で大量使用にコスト的に耐
え得る、鉄粉、フェライト粉の使用を試みた。

【００１６】コストの点を考えると、鉄粉（初期比透磁
率＝２４）が、フェライト粉（初期透磁率＝１５程度）
より好ましい。

【００１７】特に、この実施例発明では、注入量を多く
しなければならないことから、初期比透磁率はセンダス
トの５０〜３０％程度でも、大量に注入できる廉価な材
料である鉄粉を使用した場合でも、前記３軸磁力計を若
干変更することにより充分検出可能なことを見い出し
た。すなわち、上記使用する３軸磁力計について、その
仕様を従来より低周波数（１０［Ｈｚ］）寄りに変更す
ることにより、常温（１００℃以下）の使用条件下（１
０［Ｈｚ］〜数［ＫＨｚ］）でセンサのノイズレベル１
×１０^-3［ｎＴ］を可能とした。

【００１８】この実施例では、上記のような中程度の透
磁率を有する磁性粉体（鉄粉等）を使用することによ
り、実施コストの逓減を図り、本願発明に係る計測シス
テムの実用性の向上を図ることができたものであるが、
フラクチャ規模が極めて小さく僅かな分量の注入しか必
要ないような特殊の場合には検出能力の向上を図るため
に、従来同様、高透磁率で効率の良くなるセンダストを
使用しても良い。

【００１９】このような条件の下、実際の地熱地帯での
使用を想定して、目標可探進度２０００ｍ（地層内の平
均な被抵抗＝５０Ω・ｍ）における数値モデル計算によ
る検出能力評価を行った。

【００２０】図２は、このような数値モデル計算を行う
ための計算モデルを示す概念図である。すなわち、母岩
１０の比抵抗＝５０Ω・ｍとし、地下にＭＦＴで充満さ
れた正方形状のＬｍ×Ｌｍ×０．００１ｍ、ｘ軸方向を
中心に３０°回転した一定の傾きのフラクチャシート１
１が存在し、坑井１は、深度２０００ｍの地点で、この
フラクチャシート１１を貫いていると仮定した。そし
て、上記フラクチャシート１１に充満させる磁性流体
（ＭＦＴ）は、比重８、比透磁率２４の材料が４倍の容
積の水（比重１）に均等に分散している仮定した。この
ような条件の下、地表に、例えば、４００ｍ×４００ｍ
の正方形ループ（１０ターン）２に電流２０［Ａ］を通
電して３２Ｍ［Ａ・ｍ²］の出力を仮定して、地表磁場
ソース２の適正周波数およびシート１１の伸び（大き
さ）の検知を行った。なお、シート１１の傾きを３０°
一定と仮定したが、これは、垂直から水平にシート１１
が傾く途中で水平磁場、垂直磁場の両方の傾向が判るよ
うに、中間的な場所として便宜上このように仮定した。

【００２１】その結果、地表磁場ソース２の適正周波数
について、１、３、１０、３０、１００Ｈｚの各周波数
について計測を行った結果、図３に示される結果を得
た。図３において、左上図は、水平磁場（実部）を、中
央上図は、垂直磁場（実部）を、右上図は、垂直磁場
（実部）を示し、左下図は、水平磁場（虚部）を、中央
下図は、垂直磁場（虚部）を、右下図は、垂直磁場（虚
部）を示している。横軸は、磁場の大きさ［ｎＴ］を示
し、縦軸は、深度［ｍ］（フラクチャシート１１の中心
深度＝０ｍ、地表磁場ソース２の位置（地表）＝２００
０ｍ）を示す。なお、Ｈｙは、ストライキ方向であり、
磁場応答は０になっている。

【００２２】この結果から、深度２０００ｍでは、３０
Ｈｚ前後から信号の減衰が大きくなりはじめて、１００
Ｈｚ以上では、２次磁場が小さすぎて、深部での使用が
難しいことが判る。したがって、深度２０００ｍにおけ
る適正周波数は数Ｈｚから１０Ｈｚ程度が好ましいもの
であることが知り得た。

【００２３】また、シート１１の伸び（大きさ）の検知
に関しては、フラクチャ・アパチャ＝１ｍｍ（一定）の
とき、周波数＝１０Ｈｚでの２次磁場の応答を図４に示
す。図４においても、左上図は、水平磁場（実部）を、
中央上図は、垂直磁場（実部）を、右上図は、垂直磁場
（実部）を示し、左下図は、水平磁場（虚部）を、中央
下図は、垂直磁場（虚部）を、右下図は、垂直磁場（虚
部）を示している。同様に、横軸は、磁場の大きさ［ｎ
Ｔ］を示し、縦軸は、深度［ｍ］（フラクチャシート１
１の中心深度＝０ｍ、地表磁場ソース２の位置（地表）
＝２０００ｍ）を示す。なお、Ｈｙについても、同様
に、ストライキ方向を示し、同様に、磁場応答は０にな
っている。

【００２４】この結果から、シート１１の大きさに応じ
て、得られる２次磁場の強度が顕著に変化していること
が知り得、また、注入量の増加に応じて大きな強度が得
られていることから、大きな広がりを有するフラクチャ
７を捕捉するのに有効であることが知り得る。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、地熱地帯の高温下での測定
の制約の下や、地熱地帯特有の複雑な地質構造のため、
フラクチャの生成の有無に関わらず地下の物理的構造
（導電率、誘電率、弾性波速度等）が複雑となり、その
ため、フラクチャによる物性値の変化がバックグラウン
ドとなる地質構造のもつ複雑な物性値変化の中に埋没す
ることなく、坑井に貫入した「フラクチャの中の現実に
流体の流動する部分」に磁性流体トレーサ（ＭＦＴ）を
流し込むことによって、地下の物性値（本発明の場合、
透磁率）に人工的変化をお越させてそれによって生じる
電磁場の変化を捉えることによって、フラクチャの傾斜
（ディップ）や走向（ストライキ）あるいはＭＦＴの進
展していった方向を把握することが容易に可能となっ
た。したがって、予備水圧破砕の中で、ＭＦＴの流れ込
んだ（実際の地熱流体の流動する）フラクチャの坑井周
辺でのディップとストライキを得るに極めて有効な手段
を確立することができる。

【００２６】特に、地熱地帯のように地質的に複雑な地
層中では導電率（対応する探査技術）、誘電率（レーダ
法）、弾性波速度（地震法）の変化が大きく、特定のフ
ラクチャと地層での物性値の差を明確に区分できない場
合であっても、地下での局所的な透磁率の変化は比較的
小さいため、坑井に貫入したフラクチャに磁性流体トレ
ーサ（ＭＦＴ）を流し込むことによって、注入されたフ
ラクチャの透磁率変化を電磁法で補足することにより、
地熱地帯の複雑な地層中でもフラクチャからの影響のみ
を抽出しやすい利点を有している。

【００２７】また、ターゲットと計測器の間に大規模な
破砕帯が存在した場合には、各種信号（電磁波、弾性
波）のエネルギー減衰が大きく遠方の情報を得にくいの
が通常であるが、比較的に低周波数帯域である可聴周波
数帯の電磁波を信号源とするため、信号の減衰も小さ
く、遠方（深部）の目的物に対しても有効な補足が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の一実施例計測システムを示
した概念図である。

【図２】図２は、このような数値モデル計算を行うため
の計算モデルを示す概念図である。

【図３】図３は、本願発明の計算モデルによって得られ
た水平磁場（実部）、垂直磁場（実部）、水平磁場（虚
部）、垂直磁場（虚部）を示すグラフである。

【図４】図４は、本願発明の計算モデルによって得られ
た水平磁場（実部）、垂直磁場（実部）、水平磁場（虚
部）、垂直磁場（虚部）を示すグラフである。

【図５】図５は、従来の計測システムの概念図である。

【符号の説明】

１調査坑井２地表磁場ソース３坑井内レシーバ４検層プローブ７フラクチャ８比重１０母岩

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地殻内フラクチャに注入され、高透磁率
性を有する磁性流体トレーサと、前記磁性体トレーサを注入する調査坑井を含むあるいは
それを含まない地表面に設置され、垂直交流磁場（１０
Ｈｚ−数ｋＨｚ程度）を発生させる単一または複数の磁
場ソースと、前記調査坑井内に釣り降ろされ、坑内３軸磁場プロファ
イル計測をする３軸磁力計からなる検層プローブとから
なり、その調査坑井周辺の地下のフラクチャ構造（ディップ、
ストライキ）を検知する地殻内フラクチャ構造検知シス
テム。