JPS63503563A - 地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置 技術分野 本発明は一般には地球物理学の分野に、特には抗弁を掘ることなく核磁気共鳴現 象によって地下鉱物鉱床、第１に水あるいは石油のような液体のパラメータを測 定する装置に関する。

背景技術 地下鉱物のパラメータを直接測定する普通の実際的な方法は抗弁を掘ってサンプ ルを分析すること、液体の場合には濾過用の円柱の抗弁を設置しポンプで汲み揚 げる間の液体の量を評価することからなっている。

（ＰｏＭ、　Ｂｏｒｏｄｉｎ、　”Ｊａｄｅｒｎｙ　ｍａｇｎｉｔｎｙ　ｒｅｚ ｏｎａｎｓ　ｖ　ｚｅｍｎｏｍｐｏｌｅ”、１９６７、”Ｌｅｎｉｎｇｒａｄｓ ｋｙ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｔ″、Ｌｅｎｉｎｇｒａｄ、　ｐｐ。

１７１−１７８）。

これらの方法は抗弁の穴の存在を利用するものである。多数回巻いた測定コイル が抗弁の穴の中に沈められる。抗弁によって横断された地層に存在するであろう 地下鉱物によって形成されるＮＭＲ信号を得るためには、強力な直流のパルスを コイルへ印加することによって地球の永久磁場をはるかに超える磁場により調査 される鉱物の原子核を分極させる。次のステップにおいて、調査される鉱物の原 子核の才差運動の周波数の交流パルスが前記のパルスと同時かまたは多少の遅速 時間の後にコイルへ印加される。このパルスは鉱物鉱床の領域に交番励起磁場を 発生する。

次のステップはスイッチによってコイルのリード線を受信機へ接続することであ る。多数回巻いた測定コイルが鉱物鉱床を含む地層の近傍を通過する時、ＮＭＲ 信号が記録される。

信号が記録された時のコイルの深さが鉱物を含む地層の深さと厚みを示している 。その量は抗弁の周囲の非常に狭い地層の区域において評価し得るもので、掘ら れた抗弁の半径の３倍を超えるものではない。

核磁気共鳴による抗弁の検層のための装置が公知であり（米国特許第３．２３４ ．４５４号国際分類ＧＯＩＶ３／１４．１９６６発行）、これはＮＭＲ現象を利 用している。この方法は抗弁を掘削し、掘られた抗弁に測定コイルのワイヤを沈 め、測定コイルへ直流パルスを印加することにより静磁場を形成し、測定コイル のワイヤへ交流を印加して交流磁場パルスをつくり出し、受信機の感度が回復し た後に核磁気共鳴信号を受信する段階よりなる。

公知の装置で採用された方法は測定コイル内の交流パルスの振幅を制御すること により可変磁場の振幅の制御を可能にしている。その方法では掘られた抗弁の半 径の３倍以上の距離での情報内に鉱床の量に関する情報を得ることが可能である 。地球の磁場の不規則性の効果はいくらか少なく、そしてそのような不規則性は 掘削工程の結果であるところの強磁性の包含物のために抗弁内に常に存在すると いうことは重要なことである。しかしその方法の欠点は直流磁場を使用するため に岩石の粒子が磁化されてしまい、地球の永久磁場の不規則性に付加され、ＮＭ Ｒ信号の緩和速度が影響されるということである。

公知の装置には、可変磁場が貫通する深さは測定コイルのワイヤの直径で制限さ れ、さらにこれは抗弁の直径に制限されるという欠点もある。鉱物を含有する鉱 床であるところの地層の深さと厚みに関する情報は抗弁内に測定コイルのワイヤ を沈めることによってのみ得られる。岩石の単位体積あたりの鉱物濃度は抗弁の 周囲の制限された区域内でのみ評価される。調査する深さは抗弁の深さで決まる 。その装置は液体例えば水の鉱物含有率の評価のだめの技術については何ら提供 するものではない。

抗弁を掘ることなく地下鉱物のＮＭＲ信号を形成し受信することを基本とする鉱 物鉱床、特に液体のパラメータを測定する装置は本発明と物理的にも技術的にも 最も近い（米国特許第３．０１９．３８３号）。

この公知の装置は、その人力／出力がワイヤループに接続されたプログラミング スイッチと、その出力がプログラミングスイッチの第１の入力に接続された信号 発生器と、その入力がプログラミングスイッチの出力に接続された受信機を具備 している。ワイヤループは第１のマツチングトランスを介してプログラミングス イッチに接続されている。スイッチの出力は第２のトランスを介して増幅器に接 続されている。増幅器の出力はスイッチを介して２チヤンネルの磁気レコーダへ 接続されている。各チャンネルはその出力において予備的な信号処理のための共 鳴回路と検波器となる。各チャンネルの検波器の出力はチャンネルの出力を統合 する差演算器に接続される。装置は積分器とレコーダを具備し、積分器の入力は 差演算器の出力に接続されている。

先行技術の装置における励起サイクルは、スイッチによって発生器の出力をワイ ヤループへ接続することにより開始される。励起サイクルが終ったら、スイッチ はワイヤループを増幅器の入力へ接続し、受信サイクルが開始する。増幅された 雑音の信号を含む才差運動の信号は予備的な処理のためのチャンネルの一方に格 納され、第１のチャンネルの後ずなわち自由才差信号が既に減衰した後に活性化 されるもう一方のチャンネルには雑音信号のみが格納される。次に両チャンネル に格納された信号は磁気テープから同時に読み出され、共鳴回路によって別々に フィルタされる。次にそれらは整流され差演算器に供給され第１のチャンネルの 整流された電圧から第２のチャンネルの整流出力を差し引いた結果の電圧を得る 。結果として、差演算器の出力は自由１差運動の有益な信号である。差演算器の 出力は、励起／受信サイクルを多数回繰り返した後に、積分器で平均化されレコ ーダに記録される。

このようにして装置の感度は改善される。同じ目的で、予備的な処理のための装 置は受信サイクル期間中においてワイヤループ内にパルス状の雑音が発生したら 磁気テープの信号を消去する。このために、装置の各チャンネルは増幅器に接続 されたピックアップヘッドと、検波器と、時間遅遠回路と、消去ヘッドを備えて いる。信号が予め定めたレベルを超えると、付属の検波器は消去ヘッドを活性化 する。バースト的な雑音によって破壊された信号は、結果として差演算器の入力 には印加されない。

この公知の装置は抗弁を掘削することなくＮＭＲ信号を発生する鉱物鉱床の位置 を確認し、鉱物の量の定量的な評価を行なうために使用される。この装置には、 鉱物鉱床の深さ、地層の厚み、および鉱物の定量的深さ分布を評価する手段を持 たず、あるいは、地下水を探索している場合には、水の塩分含有率を評価する技 術を与えるものではないという欠点を有している。

発明の開示 本発明は核磁気共鳴信号を発生する地下鉱物鉱床のパラメータを測定する装置を 提供するものであり、その回路はこの地下鉱物鉱床にそのような作用を起こすよ うに設計され、その目的とするところは抗弁を掘削することなく地球の表面でＮ ＭＲ信号を記録し、ＮＭＲ信号の振幅および時間的性質を変化することによって この鉱物鉱床の深さと地層の厚みとその定量的深さ分布に関する情報を得ること にある。

この目的は地球の表面に置かれたワイヤループであって地球の磁場における核磁 気共鳴周波数で該ワイヤループへ交流パルスを印加することによってパルス状の 交流励起磁場を発生するためのワイヤループと、励起交流パルスのジェネレータ と、その人力／出力がワイヤループへ接続されその第１の入力が励起交流パルス のジェネレータの第１の出力に接続された制御スイッチと、励起パルスの間の期 間に地下鉱物によってワイヤループに誘起されたＮＭＲ信号の受信機とを具備し 、該受信機の情報入力はワイヤループを交流励起パルスのジェネレータの第１の 出力と受信機の情報入力とに予め定めた順序で交互に接続するように設計された 制御スイッチの情報出力に接続される、核磁気共鳴信号を発生する地下鉱物鉱床 のパラメータの測定装置において、本発明により該装置が、交流磁場励起パルス の振幅のレギュレータとパルスのパルス間隔のレギュレータであって、それらは 交流磁場の励起パルスのそれぞれ振幅および／またはパルス間隔を制御し、該交 流励起パルスの振幅および／またはパルス間隔の変化の関数としてＮＭＲ信号の 振幅と緩和時間を形成するように設計され、励起パルスの振幅およびパルス幅の レギュレータの出力はそれぞれ励起パルスのジェネレータの入力に接続されるレ ギュレータと、プロセッサであってその制御出力は制御スイッチの制御入力と励 起交流パルスのジェネレータの制御入力と励起パルスの振幅およびパルス幅のレ ギュレータの制御入力とに接続されたプロセッサと、アナログ−デジタルコンバ ータであってその制御入力はプロセッサの制御出力に接続され一方ＡＤコンバー タの情報出力はプロセッサの情報入力に接続されたＡＤコンバータとを具備し、 装置の受信機は、情報信号増幅器と、干渉検波器と、ゲイン制御器とを具備し、 ゲイン制御器の出力は情報信号増幅器の制御入力に接続され、情報信号増幅器の 出力は干渉検波器の情報入力に接続され、干渉検波器の出力はＡＤコンバータの アナログ入力に接続され、干渉検波器の基準電圧入力は励起パルスのジェネレー タの第２の出力にに接続され、ゲイン制御器の制御入力はプロセッサの制御出力 に接続され、プロセッサはレギュレータによって設定される交流磁場パルスの振 幅およびパルス幅に対するＮＭＲ信号の初期振幅および緩和時間の依存性を積算 し処理し格納し、この依存性と標準の先験的なデータとを比較することにより達 成される。

交流磁場パルスの振幅とパルス幅によるＮＭＲ信号の位相の依存性を得るために は、前記装置は情報信号位相測定器を具備し、その搬送電圧入力は交流励起パル スのジェネレータの第２の出力に接続され、その制御入力はプロセッサの制御出 力に接続され、その情報入力は情報信号増幅器の情報出力に接続され、その情報 出力はプロセッサの情報入力に接続されることが得策である。

本発明は鉱物鉱床特に水あるいは石油のような液体の探索をより迅速により安価 にする。第１に抗弁を掘削することなく鉱物濃度の深さ分布の定量的解析を可能 にする。さらに、掘削位置の選択がより確実に有益に行なえる。

地下水の調査に関しては、本発明は同時に水の鉱物含有率の決定を可能にする。

図面の簡単な説明 以下添付図により本発明の成る特殊な具体例に関してより詳細に本発明を説明す る。

第１図は本発明の地下鉱物鉱床のパラメータを測定する装置のブロック図、 第２図は本発明の制御スイッチ、励起パルスジェネレータ、パルス間隔レギュレ ータの系統図、 第３図は本発明の振幅レギュレータの系統図、第４図は本発明の情報信号増幅器 とゲイン制御器を図解的に示す図、 第５図は本発明による地層の深さに対する鉱物濃度分布のグラフ、 第６図は本発明の地下鉱物鉱床のパラメータを測定する装置のプロトタイプを用 いた得られた地層の深さに対する地下水の濃度分布のプロットを示す図、 第７図は本発明により、ｍｌの水含有層位へ照射した励起パルスの面積に対する ＮＭＲ信号の位相のプロットを示す図、第８図は本発明により、第２の水含有層 位へ照射した励起パルスの面積に対するＮＭＲ信号の位相のプロットを示す図、 第９図は本発明により、２つの水含有層位からなる構造へ照射した励起パルスの 面積に対するＮＭＲ信号の位相のプロットを示す図である。

発明を実施するだめの最良の形態 核磁気共鳴信号を発生する地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置は地球の表面に 置かれたワイヤループ（第１図）を具備する。ワイヤループ１はこれに交流パル スを印加することによって核磁気共鳴の周波数で地球の磁場にパルス状の励起交 流磁場を発生せしめることを意図している。

装置はその人力／出力がワイヤループ１に接続された制御スイッチ２と、制御ス イッチ２の入力４に接続された出力を有する励起交流パルスのジェネレータ３も また具備する。

装置は情報信号増幅器５．ゲイン制御器６．および干渉検波器７よりなる受信機 もまた具備する。

さらに、装置は振幅レギュレータ８と、励起パルスジェネレータ３によって形成 された交流パルスのパルス幅のレギュレータ９とを具備する。このパルスの交流 周波数は調査される地下鉱物の原子核の１差運動周波数の大きさに非常に近く設 定されている。

レギュレータ８および９は交流磁場パルスの振幅および／またはパルス幅および これらの励起パルスの振幅および／またはパルス幅の関数としての緩和時間およ び振幅を制御することを目的としている。レギュレータ８および９の出力は励起 パルスジェネレータ３の入力１０および１１に接続されている。

装置はプロセッサ１２を具備し、その制御出力は制御スイッチ２の制御人力１３ と、レギュレータ８および９のそれぞれの制御人力１４および１５と、励起パル スジェネレータ３の制御入力１６と、レギュレータ６の制御人力１７とに接続さ れている。

プロセッサ１２はレギュレータ８および９で設定される交流磁場パルスの振幅お よびパルス幅に対するＮＭＲ信号の初期振幅および緩和時間の依存性を積算し、 処理し、格納すべく設計されている。プロセッサ１２はこの依存性を標準の先験 的なデータと比較することも行なう。

装置はアナログ−デジタルコンバータ１８も具備しその制御人力１９はプロセッ サ１２の出力に接続されている。ＡＤコンバータ１８のデジタル情報出力はプロ セッサ１２の情報入力２０に接続されている。ＡＤコンバータ１８のアナロク人 力２１は干渉検波器７の出力に接続されておりその基準電圧入力２２は励起パル スジェネレータ３の第２の出力に接続されている。

情報信号増幅器５の情報人力２３は受信機の情報入力であり制御スイッチ２の情 報出力に接続されている。増幅器５の制御人力２４はゲイン制御器６の出力に接 続されている。増幅器５の出力は干渉検波器７の情報人力２５に接続されている 。

装置は位相測定器２６もまた具備しその制御人力２７はプロセッサ１２の制御出 力に接続され、基準電圧入力２８は励起パルスジェネレータ３の第２の出力に接 続され、情報人力２９は増幅器５の情報出力に接続され、情報出力はプロセッサ １２の情報人力３０に接続されてる。

ワイヤループ１は地球表面に置かれ地球の断面図が第１図に示されており、それ は地層３１．３２．３３．３４および３５からなっている。地層３２と３４には 探索される鉱物例えば成る種の液体が含まれている。地層３１．３３および３５ はそのような液体を含んでいない。

接点あるいは無接点リレーが制御スイッチ２として使用可能である。第２図によ れば、接点リレーはコイル３６と１組のメータおよびブレーク接点３７．３８よ りなる。ＮＭＲ信号が励起される時、メータ接点３７はジェネレータ３の第１の 出力をワイヤループ１に接続する。ＮＭＲ信号が受信される時、ブレーク接点３ ８がワイヤループ１を増幅器５０入力２３（第１図）に接続する。スイッチ２（ 第２図）はプロセッサ１２（第１図）から供給される指令により制御される。

ジェネレータ３は例えばサイリスタ３９（第２図）および４０に逆極性で接続さ れたダイオード４１および４２で特徴付けられる公知の直列インバータ回路を用 いて構成され得る。

ジェネレータ３はコンデンサ４３と、任意の先行技術の回路によるブロッキング 発振器４４および４５と、論理要素４６および４７と、基準電圧発生器４８とか らなっている。

（Ｇ、　Ｃｏｎｎｅｌｙ、”Ａｎａｌｏｇｏｖｙｅ　ｉｎｔｅｇｒａｌｎｙｅ　 ｓｋｈｅｍｙ″、１９７７、ＭｉｒＰｕｂｌ、、　Ｍｏ５ｃｏｉｙ、　ＰＰ、　 ４１０−４１１）　。

サイリスタ３９および４０と、ダイオード４１および４２の共通接続点は、コン デンサ４３を介して、制御スイッチ２０入力４に接続されている。サイリスタ３ ９および４０の制御電極はそれぞれブロッキング発振器４４および４５に接続さ れている。ブロッキング発振器４４および４５の入力はそれぞれ論理要素４６お よび４７の出力に接続されている。論理要素４６および４７の第１の入力４９お よび５０は基準電圧発生器４８の対応する出力に接続されている。サイリスタ３ ９のアノードはダイオード４１０カソードと共にレギュレータ８（第１図）の出 力に接続されている。サイリスタ４０（第２図）のカソードはダイオード４２の アノードと共に共通線へ接続されている。

基準電圧発生器４８の入力は励起交流パルスのジェネレータ３の入力１６（第１ 図）である。基準電圧発生器４８（第２図）の出力の１つは干渉検波器７と位相 測定器２６のそれぞれの入力２２（第１図）と２８とに接続されている。

励起パルスのパルス幅レギュレータ９は先行技術の回路を用いたパルスカウンタ ５１　（第２図）で良い。カウンタ５１の出力はジェネレータ３の論理要素４６ および４７の結合された第２の入力５２および５３に接続されている。カウンタ ５１の入力はレギュレータ９の入力１５である。

励起パルスの振幅のレギュレータ８（第１図）は例えば直流電圧をその大きさが 調節された電圧に変換する回路で良いこの変換器はそれ自身のタイミング発生器 によるかまたは本。

発明の装置の共通のタイミング発生器（図示せず）によって駆動され得る。

変換器はトランジスタ５４（第３図）および５５と高周波トランス５６を具備し 、高周波トランス５６の２次巻線５７はダイオードブリッジ５８０入力に接続さ れ、その１次巻線５９および６０はトランジスタ５４および５５のコレクタに接 続されまた電源（図示せず）に接続される。トランジスタ５４および５５のエミ ッタは共に共通線に接続される。

ダイオードブリッジ５８の負荷は緩衝用コンデンサ６１でありその容量は数１０ 〜数１００μＦの範囲である。

タイミング発生器はマルチバイブレータ６２で良くその出力は論理要素６５およ び６６の第１の入力６３および６４に接続され、一方論理要素６５および６６の 第２の入力６７および６８は共にシュミットトリガ６９の出力に接続されている 。シュミットトリガ６９の入カフ０は抵抗７１および７２で構成される分圧器の 共通点に接続され、分圧器の自由端はダイオードブリッジ５８の出力に接続され ている。シュミットトリガ回路６９の入カフ３はレギュレータ８（第１図）の入 力１４である。論理要素６５および６６の出力はトランジスタ５４および５５の ベースに接続されている。コンデンサ６１の陽極側は交流励起パルスの振幅のレ ギュレータ８の出力である。

第４図を参照すると、情報信号増幅器５とゲイン制御器６の具体例が示されてい る。増幅器５は微小回路ＯＹ　−７７７（Ｇ、　Ｒ１１ｊｋｏｖｓｋｙ、“Ｉｎ ｔｅｇｒａｌｎｙｅ　ｏｐｅｒａｔｓｉｏｎｎｙｅ　ｕｓｉｌｉｔｅｌｉ”。

１９７８、　Ｍｉｒ　Ｐｕｂｌｏ、　Ｍｏｓｃｏｗ　ｐｐ、　２８７−２８９） あるいは同様な回路が使用できる。

情報信号増幅器５は微小回路７４と、微小回路７４の第１の入力に接続された分 離コンデンサ７５と、コンデンサ７５に直列に接続された制限抵抗７６と、情報 信号増幅器５の入力２３に並列に接続された可変容量コンデンサ７７とを具播備 する。微小回路７４の出力は増幅器５の出力である。

ゲイン制御器６は任意のリレーで構成し得る。リレーコイル７８の入力はゲイン 制御器６の入力１７である。メータ接点７９は増幅器５の入力２４に接続される 。リレーコイル７８とメータ接点７９の他端は共通線に接続される。干渉検波器 ７と位相測定器２６は微小回路１１Ａ−２８２０あるいはＨＡ−２８００で構成 し得る（Ｇ、　Ｃｏｎｎｅｌｙ、　”Ａｎａｌｏｇｏｖｙｅ　ｉｎｔｅｇｒａｌ ｎｙｅｓｋｈｅｍｙ”、１９７７、　Ｍｉｒ　Ｐｕｂｌ。、　Ｍｏｓｃｏｗ、　 ｐ、　３９８）。

ＡＤコンバータ１８は文献（Ｇ、　Ｒｕｔｋｏｖｓｋｙ、“Ｉｎｔｅｇｒａ　１ ｎｙｅｏｐｅｒａｔｓｉｏｎｎｙｅ　ｕｓｉｌｉｔｅｌｉ″、　１９７８．　Ｍ ＩＲＰｕｂｌ、、　Ｍｏｓｃｏｗ、　ｐｐ。

２４１、１４２．２４３） に記述される回路が使用できる。プロセッサ１２は公知のコンピュータ例えばヒ ユーレットバラカード９８１５−　Ｓコンピュータ（）ＩＰ　ｃａｔａｌｏｇ、 　１９８１．　ＵＳＡ、　Ｐ、　６２３）が使用できる。

第５図を参照すると、グラフは本発明による地層の深さに対する鉱物の分布を示 している。

第６図を参照すると、プロットは地層の深さに対する地下水の分布を示している 。このプロットは本発明による地下鉱物鉱床のパラメータの測定のための本発明 の装置のプロトタイプによって得られたものである。

第７，８および９図を参照すると、実験点のプロットは本発明による地下水の鉱 物含有分布の様々な典型的な例を示している。

第７図を参照すると、プロットは水の塩分含有率が０．９ｇ／ｌ以下である２８ 〜８０ｍの範囲の深さの水含有層位に照射した励起パルスの面積に対するＮＭＲ 信号の位相を示している。

第８図を参照すると、プロットは水の塩分含有率が約１．５ｇ／１２である１２ 〜１５ｍの範囲の深さの水含有層位に照射した励起パルスの面積に対するＮＭＲ 信号の位相を示している。

第９図を参照すると、プロットは２つの水含有層位からなる構造に照射した励起 パルスの面積に対するＮＭＲ信号の位相を示している。上側の層位は１２〜１８ ｍの深さに位置し、下側の層位は３６〜８０ｍの深さに位置する。上側の層位の 水の塩分含有率は０．９ｇ／Ｉ！で下側の層位は１．２７ｇ／Ａである。

本発明は一連の交流磁場の励起パルスが地表に置かれたワイヤループ１　（第１ 図）の手段によって発生されるという点にある。このようなパルスの搬送周波数 は探索される鉱物の共鳴周波数に等しい。

核の磁性が原因でパルスが作用する毎に起こる駆動のために、鉱床の磁気モーメ ントは地球の磁場で決まるその安定な位置から傾く。この傾きは各パルス毎に起 こり励起パルスが終るとともに磁気モーメントはその安定位置へ戻ろうとして地 球磁場の誘導ベクトルＢ。のまわりを７差運動する。交流磁場の減衰振動が鉱物 鉱床の上方で発生し、これは探索される鉱物に特徴的な固有の周波数で発生する 自由才差信号あるいは核磁気共鳴信号（ＮＭＲ信号）である。

各励起パルスの間の期間はワイヤループ１によってこれらの信号を受信するため のものである。特別な周波数で受信機５に信号が現われるか否かは探索される地 下鉱物が存在するか否かを示すものである。ＮＭＲ信号の振幅は地下鉱床の大き さとその深さすなわち地表から鉱床までの距離の関数である。

このような振動の減衰速度は他のすべての条件が等しければ地球の永久磁場の不 規則性で決まり、さらには例えば探索される鉱物を含む多孔性の媒体の性質で決 まる。同様な大きさであるが異なった深さに位置する鉱床の磁気モーメントを同 じ角度だけ傾けるためには、ワイヤループ１における励起パルスの振幅および／ またはパルス幅を増やさねばならない。

しかしパルスのパルス幅はＮＭＲ信号の緩和時間によって決まる限界値内でのみ 増加し得るものであって、それは最大でも数秒を超えることはない。

交流励起磁場のパルスの振幅および／またはパルス幅を鉱物鉱床の領域において 様々に変えていけば、ＮＭＲ信号の振幅とこれらのパラメータとの関係が得られ る。この関係は交流パルスの振幅とパルス幅の積に等しい面積の形で表わした励 起パルスの大きさの関数としてＮＭＲ信号の初期部分を表わすことが便利である 。

本発明の地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置の作用は次の様である。第１のス テップは励起サイクルである。励起期間中にスイッチ２を通して入ってくる偽の 電圧による増幅器５の過負荷を防止するためと、増幅器５の「プツトタイム」を 減らすためにプロセッサ１２の指令によりゲイン制御器６は最小の増幅位置に設 定される。プロセッサ１２の別の指令によりレギュレータ８および９は初期位置 に設定され、ワイ励起電流のパルスが結果としてワイヤループ１に発生する。

パルスが終ると、プロセッサ１２はスイッチ２へ指令を発してワイヤループ１を 増幅器５へ接続しゲイン制御器６を自由才差信号の受信に相当する位置へ設定す る。増幅された信号が干渉検波器７へ印加される。プロセッサ１２はＡＤコンバ ータ１８を活性化し、検波され変換された自由才差信号がプロセッサ１２のメモ リへ供給される。

装置が動いている間、自由才差信号の初期部分の振幅Ｅ０とこの信号の緩和時間 がワイヤループ１の励起パルスの振幅Ｔ、とパルス幅τの積の関数として記録さ れる。

この関係は交流磁場の励起パルスの振幅および／またはパルス幅を変化させるこ とにより得られる。このことは振幅およびパルス幅のレギュレータ８および９に よってワイヤループ１の励起交流パルスの振幅Ｔ１および／またはパルス幅を制 御することにより達成される。

受信チャンネルの「プツトタイム」は省くことができないので、自由才差信号の 初期部分の振幅Ｅは通常減少する。しかし地下鉱物の濃度ηの精度はＥ。の測定 精度に大きく依存することは銘記されるべきである。このために、プロセッサ１ ２は最初に外挿法により記録された振幅と信号の緩和時間からＥ。を計算し、こ の最初の点を曲線Ｅａ（Ｔ＋ｘτ）上に格納し、不適切な情報を消去する。

次に、プロセッサ１２はレギュレータ８および９を新規の位置に設定し、励起、 受信および信号の処理のサイクルを繰り返す。結果として、プロセッサ１２は曲 線Ｅ’０（ＴＩ　Ｘτ）上に他の点が格納される。このサイクルはレギュレータ ８および９の限界値へ達するまで繰り返され、曲線ＥＯ（ＴＩ　Ｘτ）の完全な 初期位置がプロセッサ１２のメモリへ格納される。

この曲線の終端点は、使用する装置が達成し得る励起パルスのＴ１Ｘτの最大値 によって決まる。測定をより正確にするためには多数回の励起、受信および信号 の処理によってプロセッサ１２のメモリ上で曲線Ｅ。（’ｒ＋ｘτ）を積算する 。

曲線Ｅ。（Ｔ１×τ）が積算された後に、プロセッサ１２は予め定めたアルゴリ ズムに従って逆算処理を行ない、記録された関係をプロセッサメモリ内に格納さ れた先験的なデータと比較する。その結果は関数η（Ｚ）であり、出力装置（図 示せず）に記録される。関係η（Ｚ）はワイヤループ１より下方に位置する鉱物 鉱床に関する完全な情報すなわち鉱物地層３２（第５図）の深さやその厚みに関 する情報と、鉱物濃度の深さ方向の分布すなわち地層３１．３２．３３．３４お よび３５における鉱物の比率に関する情報を提供する。関数η（Ｚ）から、この 鉱物を含む地層３２および３４におけるηのパーセントで表現された鉱物の含有 率を決定することが可能になる。

鉱物を含んでいない地層３１．３３および３５においてηの値は０である。

水分を含有している層積の電気伝導度はこれらの層積における地下水の塩分含有 率に依存することは常識である（ソ連特許第９４７８０５号）。

ＮＭＲ信号の励起期間中にワイヤループ１でつくられる交流磁場は、電気伝導性 の水分含有地層において、過電流を誘起しこれは水の中のプロトンに作用する磁 場の位相をシフトさせる。ワイヤループ１で受信されるＮＭＲ信号の位相は地下 水の電気伝導度が０のときと比べて遅れる。水のプロトンによって生ずる交流磁 場すなわちＮＭＲ信号もまた水分含有地層に渦電流を誘起し受信信号の位相遅れ を増加させる。水分含有地層の電気伝導度が大であれば、すなわち水の塩分含有 率が高ければワイヤループ１で検出されるＮＭＲ信号の位相はより大きくシフト することは明らかである。位相シフトψと面積Ｔａｘτとの非線形な関係はプロ セッサ１２内での数学的な計算により地下の水分含有地層の電気伝導度の深さ分 布を組み立て地下水の塩分含有率の深さ分布を評価することを可能にする。

増幅器５の出力信号の位相遅れψはプロセッサ１２に制御の基準信号に対して測 定され、情報入力３０を介してプロセッサ１２へ供給されてさらに処理されて関 数ψ（’ｒｔ　ｘτ）が記録される。このようにして地下水の塩分含有率の深さ 分布に関する情報が、水分含有地層の深さ、その厚みおよび地下水の定量的な深 さ分布に関する情報と同時に得られる。

第２図を参照すると、制御スイッチ２と、励起パルスのジェネレータ３と、励起 パルスのパルス幅のレギュレータ９の回路の具体例が示されている。ワイヤルー プ１はインダクタンスコイルとして第２図に示されている。励起パルスのジェネ レータ３の運転開始に先立って、スイッチ２の接点３８は閉じられる。この時、 ワイヤループ１は情報信号増幅器５０入力２３（第１図）に接続され、情報信号 増幅器５の入力および出力回路は探索される鉱物の原子核の７差周波数に同調さ れる。この周波数は鉱物のタイプと特定の位置の地球の磁場の誘導の大きさで決 まる。この誘導は予め既知であるかあらかじめ測定可能である。周波数は基準電 圧発生器４８（第２図）により設定され、それは簡単化のため励起パルスジェネ レータ３の回路内に示されている。予備的な操作が完了したら、励起サイクルが 開始される。このために、プロセッサ１２（第１図）は制御スイッチ２０制御入 力１３すなわちリレーコイル３６（第２図）へ電流パルスを印加するための指令 を発生し接点３７を閉としワイヤループ１を入力４を経て励起パルスジェネレー タ３の出力に接続する。同時に、プロセッサ１２はその制御出力からいくつかの ユニットを動作させるための指令を出力し、それらの指令は励起パルスのパルス 間隔のレギュレータ９の制御人力１５と、励起パルスのジェネレータ３の制御人 力１６と、励起パルスの振幅のレギュレータ８の制御人力１４とへ送られる。励 起パルスのパルス間隔を決定するカウンタ５１の状態に応じて、励起パルスのジ ェネレータ３の入力１０を経て高速パワーサイリスタ３９および４０とそれに逆 極性で並列に接続されたダイオード４１および４２に構成される励起パルスジェ ネレータ３へ供給電圧が加えられる。

入力１０へ印加される供給電圧のレベルまたは励起パルスのジェネレータ３０入 力１１に印加される開始パルスの間隔は、ワイヤループ１における電流の振幅Ｔ とパルス幅τの積が成る特別な量になるように設定され、その特別な量は励起、 記録、積算およびＮＭＲ信号の積算からなる各サイクルに先立ってまたは完了の 後にプロセッサ１２により決定され設定される。

励起交流パルスは制御パルスがサイリスタ３９および４０の制御電極へ印加され た後においてのみワイヤループ１を流れることが許される。これらの制御パルス はブロッキング発振器４４および４５から供給され、これらはそれぞれ論理要素 ４６および４７からの信号によって交互に駆動される。論理要素４６および４７ の出力には入力５２．４９および５３．５０へ印加されるパルスの符号がそれぞ れ一致するときに論理「１」が現われる。制御パルスがサイリスタ３９の制御電 極に到達すると、サイリスタは導通し電流が正である半サイクルに対してこの状 態が継続しその電流はコンデンサ４３を経てワイヤループ１へ流れる。電流の向 きが反転するとダイオード４１へ流れる。サイリスタ３９へ印加される負の電圧 は導通したダイオード４１へ印加される電圧と等しく、サイリスタ３９はオフと なる。７差運動の半サイクルに等しい期間の後に制御パルスがサイリスタ４０の 制御電極へ印加され前述の過程が繰り返される。結果として、ワイヤループ１に は交流が流れる。コンデンサ４３の容量はワイヤループ１のインダクタンスと地 球の磁場のインダクタンスの大きさに依存し、すなわちいわば探索される地下鉱 物の磁気共鳴周波数に依存する。プロトン共鳴の場合、例えば、この周波数は装 置の地理的な位置によって１．、ｏｏｏｌ（Ｚから２．８００Ｈｚまで変化する 。

励起パルスのジェネレータ３の出力電流の大きさＴはその入力］０に印加される 供給電圧に依存し、ワイヤループ１のインダクタンスとコンデンサ４３の容量は 予め定めた値に等しい。ワイヤループ１、制御スイッチ２および励起パルスのジ ェネレータ３の電力要素のパラメータは探索の深さによる。

このことはこれらのユニットの回路も決定する。なぜならば交流励起電流の大き さが数アンペアから数１０００アンペアまで変わるからである。

励起パルスの振幅のレギュレータ８はワイヤループ１内のパルスの振幅を変える ことにより地下鉱物上に印加される磁場の誘導を制御するために使用される。

第３図を参照すると、励起パルスの振幅のレギュレータ８の回路の１つの具体例 が示されている。レギュレータ８は入力１４に与えられるプロセッサ１２（第１ 図）の指令に従って励起パルスのジェネレータ３の入力１０における特定の供給 電圧レベルを設定する。レギュレータ８（第３図）は本質的には制御できない電 圧の直流を制御された電圧へ変換するコンバータである。電源が投入されたらマ ルチバイブレータ６２は高周波数の電圧の形成を開始しそれが論理要素６５およ び６６の入力６３および６４へ供給される。論理要素６５および６６の入力６７ および６８へ供給される電圧はマルチバイブレーク６２からコンバータのパワー トランジスタ５４および５５０ベースへパルスが通過することを許可する。トラ ンス５６の巻線５７における高周波電圧はダイオードブリッジ５８によって整流 され励起パルスのジェネレータ３の電源として作用する大容量ユニットである緩 衝用コンデンサ６１を充電する。コンバータの出力電圧はシュミットトリガ回路 ６９によって制限されその入カフ０はコンバータの電流出力電圧を抵抗７１およ び７２から構成される分圧器を介して受け取り、その入カフ３はレギュレータ８ の制御人力１４よりプロセッサ１２からの制御電圧を受け取る。キャパシタ６１ 上のレギュレータ８の出力電圧が特定のレベルに達するや否やシュミットトリガ 回路が働き論理要素６５および６６の入力６７および６８に作用してマルチバイ ブレータ６２の高周波信号がパワートランジスタ５４および５５のベースへ通過 するのを阻止する。

励起パルスのジェネレータ３（第１図）が駆動されて動作状態に入った後には、 マルチバイブレータ６２の高周波信号が論理要素６５および６６を経てトランジ スタ５４および５５のベースへ通過することを許可する電圧がシュミットトリガ 回路６９（第３図）の出力から入力６７および６８へ供給されコンデンサ６１が 要求されたレベルに充電されるまでそれが継続する。この動作サイクルはコンデ ンサ６１における電圧を増やす／減らすための指令が入力１４へ供給されるまで 繰り返される。この次のサイクルはコンデンサ６１における供給電圧を変えるか あるいは動作を終了させるための新しい指令が入力１４へ到達するまで繰り返さ れる。

励起パルスの振幅のレギュレータ８（第３図）の回路は励起パルスのジェネレー タ３（第２図）の回路へ供給する電圧に応じて変形し得るものである。

第４図を参照すると、第１図の装置の受信チャンネルの部分は、ワイヤループ１ ．制御スイッチ２．情報信号増幅器５゜およびゲイン制御器６を具備する。ワイ ヤループ内に誘起されたＮＭＲ信号を受信する時には、制御スイッチ２の接点３ ８は閉され、信号が入力２３を経て情報信号増幅器５へ供給される。ワイヤルー プ１とコンデンサ７７よりなる入力共鳴回路はコンデンサ７７によって地球の磁 場内での探索される鉱物の原子核の１差周波数に等しい搬送周波数に調節され、 それは装置の地理学的位置によるものである。信号は制限抵抗７６とコンデンサ ７５を経て演算増幅器７４の入力へ供給される。さらに、信号は演算増幅器７４ の出力から干渉検波器７の情報人力２５（第１図）へ到達する。ゲイン制御器６ は増幅器５の感度回復時間を縮めるためと該増幅器５をスイッチ２の接点３７（ 第４図）を経て侵入する高電圧の励起パルスから保護するために使用される。ゲ イン制御器６は、第４図に見られるように、電磁リレーで良くて、プロセッサ１ ２の指令によって入力１７を経てこのリレーのコイル７８へ供給される電流によ って制御される。このリレーの接点７９はＮＭＲ信号が受信チャンネルを通過す る時には開となり、これはリレーのコイル７８が電流を断たれ、演算増幅器７４ が働くということである。励起パルスが発生する時は、リレーの接点７９は閉じ られ、抵抗７６とコンデンサ７５の接続点は共に共通線へ接続されて増幅器７４ の入力は短絡される。

第５図を参照すると、地球のブロックが断面図で示されており、地層３１．３２ ．３３．３４および３５とその隣りには深さＺに対する鉱物濃度分布のプロット が示されている。

図は２つ鉱物鉱床を表わしている。１つの鉱物は７１〜Ｚ２の区間に位置して濃 度値η１を有し、他の１つは２３〜Ｚ。

の区間で濃度値η２を有している。地層３１．３３および３４における鉱物の濃 度は０である。

第６図を参照すると、本発明の地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置のプロトタ イプによって得られた地層の深さに対する地下水濃度分布のプロットが示されて いる。プロットは３つの水含有層位が深さ０〜１００ｍの範囲に位置しているこ とを示している。第１の潮位は７〜８ｍの深さに位置して１２％の水分を含有し ており、第２は１２〜１４ｍの深さで６％の水分を含有しており、第３は２４〜 ５０ｍの深さに位置して３２〜５０ｍの深さの最も豊富な層において最大２３％ の水分を含有している。水含有層位の地層の厚みは１．２〜２６ｍの範囲にある 。

本発明は鉱床地層の深さ、その厚みおよび鉱物濃度に関する情報を得ることを可 能にする。また、水含有地下潮位の塩分含有率に関するデータを得ることができ る。

本発明は１回の測定あたりの時間を節約し、電力消費を低減し、装置の重量を可 動なものとし、付属品を軽くし、運転コストを低減する。

産業上の利用可能性 本発明は地層の深さと厚みおよびＮＭＲ（核磁気共鳴）信号を発生する鉱物鉱床 の濃度の測定に用いられる。地下の水含有層位のパラメータが測定されたら、本 発明はこれらの潮位における水の鉱化作用を評価する助けとなり得る。本発明は 探索作業に従事する人の仕事において、建設および土地改良において、および井 戸の位置の選択と掘削間隔の決定のための本文地理学において有用である。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．地球の表面に置かれたワイヤループ（１）であって地球の磁場における核磁 気共鳴周波数で該ワイヤループ（１）へ交流パルスを印加することによってパル ス状の交流励起磁場を発生するためのワイヤループ（１）と、励起交流パルスの ジェネレータ（３）と、その入力／出力がワイヤループ（１）へ接続されその第 １の入力（４）が励起交流パルスのジェネレータ（３）の第１の出力に接続され た制御スイッチ（２）と、励起パルスの間の期間に地下鉱物によってワイヤルー プ（１）に誘起されたＮＭＲ信号の受信機とを具備し、該受信機の情報入力（２ ３）はワイヤループ（１）を交流励起パルスのジェネレータ（３）の第１の出力 と受信機の情報入力（２３）とに予め定めた順序で交互に接続するように設計さ れた制御スイッチ（２）の情報出力に接続される、核磁気共鳴（ＮＭＲ）信号を 発生する地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置において、交流磁場励起パルスの 振幅のレギュレータ（８）とパルスのパルス間隔のレギュレータ（９）であって 、それらは交流磁場の励起パルスのそれぞれ振幅および／またはパルス間隔を制 御し、該交流励起パルスの振幅および／またはパルス間隔の変化の関数としてＮ ＭＲ信号の振幅と緩和時間を形成するように設計され、励起パルスの振幅および パルス幅のレギュレータ（８，９）の出力はそれぞれ励起パルスのジェネレータ （３）の入力（１０，１１）に接続されるレギュレータ（８，９）と、プロセッ サ（１２）であってその制御出力は制御スイッチ（２）の制御入力（１３）と励 起交流パルスのジェネレータ（３）の制御入力（１６）と励起パルスの振幅およ びパルス幅のレギュレータ（８，９）の制御入力（１４，１５）とに接続された プロセッサ（１２）と、アナログーデジタルコンバータ（１８）であってその制 御入力（１９）はプロセッサ（１２）の制御出力に接続され一方ＡＤコンバータ （１８）の情報出力はプロセッサ（１２）の情報入力（２０）に接続されたＡＤ コンバータ（１８）とを具備し、装置の受信機は、情報信号増幅器（５）と、干 渉検波器（７）と、ゲイン制御器（６）とを具備し、ゲイン制御器（６）の出力 は情報信号増幅器（５）の制御入力（２４）に接続され、情報信号増幅器（５） の出力は干渉検波器（７）の情報入力（２５）に接続され、干渉検波器（７）の 出力はＡＤコンバータ（１８）のアナログ入力（２１）に接続され、干渉検波器 （７）の基準電圧入力（２２）は励起パルスのジェネレータ（３）の第２の出力 に接続され、ゲイン制御器（６）の制御入力（１７）はプロセッサ（１２）の制 御出力に接続され、プロセッサ（１２）はレギュレータ（８，９）によって設定 される交流磁場パルスの振幅およびパルス幅に対するＮＭＲ信号の初期振幅およ び緩和時間の依存性を積算し処理し格納し、この依存性と標準の先験的なデータ とを比較することを特徴とする地下鉱物鉱床のパラメータの測定装置。 ２．交流磁場パルスの振幅とパルス幅によるＮＭＲ信号の位相の依存性を得るた めに、前記装置は情報信号位相測定器を具備し、その搬送電圧入力（２８）は交 流励起パルスのジェネレータ（３）の第２の出力に接続され、その制御入力（２ ７）はプロセッサ（１２）の制御出力に接続され、その情報入力（２９）は情報 信号増幅器（５）の情報出力に接続され、その情報出力はプロセッサ（１２）の 情報入力（３０）に接続される請求の範囲第１項記載の装置。