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FLOW METER (CPS)
FLOW METER
図5.13bフローメターの上げ測定
一連 の 検 層 が 終 了 し た 後 に 検 層 ゾ ン デ を 孔 井 底 部 ま で 押 し 込 め て 口 元 を 密 閉 し 自 然 電 位 検 層 を 行 っ た 。 た だ し 時 間 的 制 約 に よ り 、 ゾ ン デ の 上 げ 検 層 が 一 度 し か 行 え な か っ た 。 密 閉 状 態 で の 自 然 電 位 は 、 開 放 時 の 記 録 と ほ ぼ 同 じ 結 果 を 示 し て い る が 、 ス パ イ ク 状 の 電 位 の 変 化 が 所 々 見 ら れ る 。 こ れ は 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で 予 想 さ れ た 流 動 電 位 の 大 き さ と は か な り 異 な る 結 果 で あ る 。 フ ラ ク チ ャ ー の 厚 さ が1mm以 下 で 、 見 掛 の 電 位 が 小 さ く な っ て い る こ と も 考 え ら れ る が 、 主 な 理 由 と し て 二 つ の 原 因 が 考 え ら れ る 。 一 つ は 図 5.14に 示 す 様 に 、 岩 石 中 の 局 所 的 な 流 体 の 流 動 チ ャ ン ネ ル に 孔 井 に 通 じ て い る フ ラ ク チ ャ ー が 交 差 し て い る モ デ ル が よ り 実 際 的 で あ る と 考 え ら れ る 。 こ の 場 合 孔 井 内 に 開 口 し て い る フ ラ ク チ ャ 一 層 で の 流 体 の 圧 力 分 布 は シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で 仮 定 し た 均 質 な も の と は 大 き く 異 な る 可 能 性 も あ る 。 大 き な 系 の 中 に お け る 圧 力 分 布 を 把 握 す る に は 、 流 体 流 動 電 位 法 な ど 、 孔 井 の 周 辺 に お け る 電 位 の 測 定 が 必 要 に な っ て く る 。 第 二 の 理 由 と し て 、 ゼ ー タ 電 位 が 小 さ い と 思 わ れ る こ と で あ る 。 前 述 し た 様 に 、 変 質 帯 に お け る 比 抵 抗 の 値 が か な り 高 く な っ て い る 理 由 と し て 、 粘 土 鉱 物 の 含 有 量 が 小 さ い か、 あ る い は 表 面 電 導 率 が 小 さ な こ と が 考 え ら れ る 。
Bikermanは 表 面 電 導 率 は ゼ ー タ 電 位 に 依 存 す る 関 数 と し て 表 し て いる 28)。 も し こ れ が 正 し け れ ば 、 表 面 電 導 率 が 小 さ い 場 合 、 ゼ ー タ 電 位 も 小 さ く な る こ と を 示 唆 し て い る 。 前 章 で 示 し た よ う に 2価 以 上 の イ オ ン が 溶 液 中 に 存 在 す れ ば 微 量 で も ゼ ー タ 電 位 に 大 き な 影 響 を 与 え て 、 そ の 値 を 下 げ て し ま う こ と が 知 ら れ て い る 。 そ こ で 湧 水 サ ン プ ル の 含 有 イ オ ン を 分 析 す る こ と に し た 。 イ オ ン ク ロ マ ト グ ラ
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Fracture with ristricted 1f0w path
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孔井近傍の地層間隙流体の予想、される圧力分布 図5.14
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Depth
High Pass Filtered differential SP(Shut‑ln ‑run#2)
Fracture Incidents by core observation Feed Point from Flow Meter
‑ ‑Power of HPF difSP X
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図5.l5孔井開放時と密閉時の差にハイパスフィルター処理した自然電位
フィ によ る 分 析 の 結 果 、 次 ぎ の よ う な 値 :
N
〆
6.253ppm、 K+0.453ppm、 λ192+0.076 ppm、 Ca2+13.842 ppmを 得 た。 こ れ に よ れ ば 、 測 定 対 象 の 全 て の イ オ ン 種 の 濃 度 は 一様 に 低いが、 2価 イ オ ン の 濃 度 が 1価 イ オ ン の 濃 度 に 比 べ て 高 い の が 注 目 さ れ る 。無 論 自 然 電 位 の 結 果 に よ れ ば 、 バ ノ レ ク 孔 隙 水 の 塩 分 濃 度 は 湧 水 に 比 べ て 格 段 に 高 く 、 上 記 の 結 果 と 大 き く 異 な る が 、 イ オ ン 種
に よ る 比 率 の 傾 向 は あ る 程 度 表 し て い る 可 能 性 も あ る 。
こ れ ら の こ と を 踏 ま え て 開 放 時 と 密 閉 時 の 自 然 電 位 の 変 化 に ど の 様 な 特 徴 が あ る の か に つ い て 検 討 し た 。 湧 水 が あ る と 予 想 さ れ る 深 度 近 辺 で は 、 密 閉 時 の 自 然 電 位 は ス パ イ ク 状 の 変 化 が 認 め ら れ る 。 電 位 の ス パ イ ク 状 の 特 徴 に つ い て 再 現 性 の 吟 味 が で き な い 為 に 、 有 意 な 流 動 電 位 に よ る 変 化 で あ る か ど う か の 判 断 は 難 し い 。 従 っ て 流 動 電 位 の デ ー タ の フ ィ ル タ ー 処 理 を 行 っ た 。 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 結 果 か ら 流 動 電 位 の 変 化 は 境 界 で 鋭 く 変 化 す る こ と 、 ま た フ ラ ク チ ャ ー の 厚 さ は 数 ミ リ か ら せ い ぜ い 数 セ ン チ と い う 薄 い 開 口 幅 で あ る と 考 え ら れ る 。 従 っ て 、 開 放 時 に お け る 自 然 電 位 と 密 閉 時 の 自 然 電 位 の 差 を 取 っ た デ ー タ を ハ イ パ ス フ ィ ル タ ー す る こ と に よ り 、 フ ラ ク チ ャ ー に 起 因 す る 流 動 電 位 の 変 化 を 捉 え る こ と を 考 え た 。 そ し て フ ィ ル タ ー 処 理 さ れ た 出 力 に カ ッ ト オ フ ラ イ ン を 設 け て 強 度 の 大 き な 信 号 を 選 択 的 に 取 り 出 す よ う に す る 。
デ ー タ 処 理 の 結 果 は 、 コ ア の 観 察 結 果 や プ ロ ダ ク シ ョ ン 検 層 の 結 果 と 共 に 図 5.15に 示 し て い る 。 処 理 の 結 果 は 、 二 つ の 検 層 カ ー ブ の 観 察 か ら ほ ぼ 予 想 さ れ た 通 り の 結 果 が 出 た 。 こ の 図 に よ れ ば 、 ス ピ ナ ー が 湧 水 を 検 知 し な い 箇 所 で 大 き な 自 然 電 位 の 異 常 値 が 出 て い る
所 も あ る 。流 動 電 位 は 流 体 の 差 圧 に 応 じ た 強 度 を 示 す か ら 、 ス ピ ナ ー の 検 知 精 度 以 下 の 湧 水 が あ る と も 考 え ら れ る 。 た だ し 図 5.16に 示 す 結 果 に よ れ ば 、 流 量 と 流 動 電 位 と の 相 関 性 は 見 ら れ な い 。 19.5m 付 近 の 異 常 値 の 形 状 と 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 結 果 と 比 較 す れ ば 、
こ の 地 点 に お け る フ ラ ク チ ャ ー の 関 口 幅 は5mm以 下 で あ る と 推 定 さ れる。
こ の 解 析 過 程 で 問 題 と な る の は デ ー タ の 信 頼 性 、 特 に 再 現 性 の 点 に 関 し て で あ る 。 こ の 様 な 時 間 に 制 約 を 受 け る 状 況 の 中 で 再 現 性 を 確 認 し 、 か っ 測 定 精 度 を 高 め る 為 に は 、 ゾ ン デ に 複 数 の セ ン サ ー を 取 り 付 け て コ ン ビ ネ ー シ ョ ン 測 定 を 行 う こ と が 考 え ら れ る 。 こ う す れ ば 電 気 的 な ノ イ ズ は 、 異 な る 深 度 に 置 か れ た セ ン サ ー に 同 時 に 発 生 す る と 予 想 さ れ る 。 こ の 場 合 、 そ れ ぞ れ の セ ン サ ー は 異 な る 深 度 で 測 定 し て い る か ら 、 深 度 調 整 の 過 程 で 、 全 て の セ ン サ ー か ら の コ ヒ ー レ ン ト な 信 号 の み を 抽 出 し て 、 コ ヒ ー レ ン シ ィ の 低 い 信 号 は ノ イ ズ と し て リ ジ ェ ク ト す る 機 構 を 取 り 入 れ る こ と で 対 処 で き る も の
と考える。
今 後 の 課 題 と し て 、 様 々 な 条 件 の 下 で の フ ィ ー ル ド デ ー タ を 多 く 集 め て モ デ ル 解 析 の 精 度 を 高 め 、 同 時 に そ れ ぞ れ の 条 件 に お け る 最 適 な 検 層 法 を 系 統 化 す る こ と が 必 要 と 考 え る 。
5.4 ま と め
本 章 で は 、 本 研 究 で 開 発 し た 検 層 法 を 検 証 す る 為 に 、 透 水 性 が 確 認 さ れ て い る 孔 井 で 調 査 を お こ な い 、 本 手 法 の 有 効 性 を 示 し た 。 水 井 戸 の 場 合 、 不 均 質 な 孔 内 水 に よ る 拡 散 電 位 の 影 響 が あ る 場 合 の デ ー
タ 処 理 法 に つ い て 述 べ 、 風 化 火 成 岩 か ら な る 透 水 層 の 評 価 方 法 を 述 べ た 。 フ ラ ク チ ャ ー 岩 盤 調 査 で は 、 大 き な 拡 散 電 位 の 影 響 の 中 で デ ー タ 処 理 に よ る 流 動 電 位 の 抽 出 法 を 提 案 し た 。
第 6章 結 論
高 浸 透 性 の 薄 層 の 検 出 に 流 動 電 位 を 利 用 す る 方 法 を 提 案 し 、 ま ず 理 論 的 に 検 討 し 、 試 作 し た 検 層 機 を 用 い た フ ィ ー ル ド 実 験 で 浸 透 性 地 層 の 評 価 を 試 み た 。 本 研 究 に よ り 次 の よ う な 事 柄 が 明 ら か に な っ た。
(1) 流 動 電 位 は 孔 井 内 に お い て 有 意 な 値 と し て 存 在 し て お り 、 本 手 法 に よ り そ の 計 測 が 可 能 で あ る 。
(2) 孔 井 内 で 観 測 さ れ る 流 動 電 位 の 変 化 に よ っ て 薄 い 浸 透 性 地 層 の 位 置 を も 特 定 す る こ と が で き る 。
(3) 孔 井 水 と 地 層 水 の 塩 分 濃 度 の 差 に よ っ て 生 じ る 拡 散 電 位 は 、 デ ー タ 解 析 の 障 害 と な る が 地 層 の 岩 相 を 高 解 像 度 で 区 別 す
る こ と が で き る た め 、 他 の 検 層 デ ー タ と 併 用 す る こ と に よ り 、 間 接 的 に 高 浸 透 性 地 層 の 検 出 の デ ー タ と し て 利 用 で き る。
(4) 孔 井 水 の 濃 度 分 布 に よ っ て 拡 散 電 位 が 大 き く 変 化 す る こ と が あ る 。 し た が っ て 流 動 電 位 の 測 定 に 際 し て は 、 孔 井 水 を 均 質 に 保 ち 拡 散 電 位 に よ る 影 響 を 岩 相 の 変 化 に 対 し て 一 定 に す る こ と さ ら に 流 動 電 位 の 計 測 に 対 し て 障 害 と な る 拡 散 電 位 を 抑 制 す る た め に 孔 井 水 の 塩 分 濃 度 を 地 層 水 と 均 ー に な る よ う 調 節 す る な ど の フ ィ ー ル ド 調 査 の 計 測 法 を 提 案
した。
但 し 、 以 下 の 問 題 点 も 確 認 さ れ た 。
(1) 実 際 に 孔 井 内 で 観 測 さ れ た 流 動 電 位 の 異 常 値 は 、 理 論的 に 推 定 さ れ る 値 に比 べ て 小 さ い。し た が っ て 、 他 の 地 層 パ ラ メ ー タ も 計 測 し て 理 論 モ デ ル と 実 際 と の 整 合 性 を 高 め る 必 要 が あ る 。 (2) 低 い 塩 分 濃 度 の 孔 井 水 や 地 層 水 で あ っ て も 、 温 度 が 低 い 環 境 で
は 拡 散 電 位 と 思 わ れ る 自 然 電 位 が 存 在 す る 。 こ れ は 流 動 電 位 の デ ー タ 解 析 に 対 し て 大 き な 障 害 と な っ て お り 、 今 後 計 測 法 を さ
ら に 工 夫 す る 必 要 が あ る 。
以 上 本 研 究 は こ れ ら の 研 究 成 果 を ま と め た も の で 、 第 6章 か ら 構 成 さ れ て い る 。
第 1章 で は 、 本 研 究 を 必 要 と す る 背 景 を 述 べ て 、 本 研 究 の 意 義 お よ び 目 的 に つ い て 述 べ て い る 。
第2章 で は 、 ま ず 本 研 究 で 取 扱 う い く つ か の 物 理 検 層 法 の 特 徴 を 示 し 、 地 層 物 性 の 相 互 関 係 に つ い て 明 ら か に し た 。 次 に 従 来 お こ な わ れ て い る 高 浸 透 性 薄 層 の 評 価 法 に つ い て の 問 題 点 を 指 摘 し 、 流 動 電 位 を 用 い た 高 浸 透 性 薄 層 の 評 価 の 為 の 新 し い 物 理 検 層 法 を 提 案 し た 。 す な わ ち 高 浸 透 性 地 層 前 面 に お い て 流 動 電 位 の 変 化 が 低 浸 透 性 地 層 に 比 べ て 大 き く 現 わ れ る 現 象 に 着 目 し 、 こ の 異 常 を 評 価 す る た
め の 新 し い 検 層 法 を 提 案 し た 。
第3章 で は 、 近 年 の コ ロ イ ド 化 学 等 に よ り 得 ら れ た 成 果 を 自 然 電 位 検 層 の デ ー タ 解 析 に 適 用 し て 、 流 動 電 位 現 象 の 原 理 に つ い て 示 し て い る 。 さ ら に 表 面 電 導 を 考 慮 、 し た 流 動 電 位 の 基 礎 方 程 式 を 新 た に 導 出 し て 3次 元 モ デ ル に 対 す る 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 可 能 に し た 。 ま た 流 動 電 位 の 測 定 に 障 害 と な る 拡 散 電 位 の 原 理 を 示 し 、 こ れ を 除
去 す る た め の デ ー タ 処 理 法 を 示 し た 。
第4章 で は 、 流 動 電 位 の 理 論 と そ の 検 層 に お け る 関 係 式 を 用 いて、
高 浸 透 性 薄 層 が 流 動 電 位 に 与 え る 影 響 を 評 価 す る 為 の 数 値 モ デ ル を 提 案 し た 。 こ の よ う な 現 実 的 な フ ラ ク チ ャ ー モ デ ル に よ っ て 、 流 動 電 位 検 層 の デ ー タ 解 析 が 可 能 に な っ た 。 す な わ ち 、 深 度 に 対 す る 流 動 電 位 の 薄 層 境 界 に お け る 変 化 は 、 干 し 井 周 辺 の 比 抵 抗 構 造 に 影 響 さ れ る こ と を 明 ら か に し た 。 さ ら に 薄 層 の 厚 さ が あ る 一 定 値 以 下 の 場 合 、 流 動 電 位 の 最 大 変 位 は 薄 層 の 厚 さ に ほ ぼ 比 例 し て 小 さ く な っ て い く こ と を 確 か め た 。 こ の 関 係 を 用 い て 流 動 電 位 の デ ー タ か ら 薄 層 の 厚 さ を 推 定 で き る こ と を 示 し た 。
第5章 で は 、 本 研 究 で 開 発 し た 検 層 法 を 、 変 質 、 風 化 を 受 け た 中 に 掘 削 さ れ た 2本 の 井 戸 に お い て 適 用 し 、 そ の 有 効 性 を 確 認 し た 。 す な わ ち 露 頭 観 察 や コ ア 及 び プ ロ ダ ク シ ョ ン 検 層 に よ っ て フ ラ ク チ ャ ー あ る い は 破 砕 帯 の 存 在 が す で に 確 認 さ れ て い る 孔 井 で 、 流 体 を 生 産 あ る い は 注 入 す る こ と に よ り 生 じ る 自 然 電 位 の 変 化 を 測 定 す る こ と に よ り 高 浸 透 性 地 層 の 評 価 を お こ な っ た 。 そ し て 、 検 層 デ ー タ に 、 新 た に 提 案 し た デ ー タ 処 理 を お こ な っ た 結 果 、 コ ア 観 察 や プ ロ ダ ク シ ョ ン 検 層 で 示 さ れ た 生 産 層 と 整 合 的 な 結 果 を 得 た 。 さ ら に 孔 井 水 の 塩 分 濃 度 に 伴 う 拡 散 電 位 や ノ ル マ ル 比 抵 抗 検 層 に よ る 見 掛 比 抵 抗 の 変 化 を 解 析 し て 、 有 意 な 流 動 電 位 の 変 化 を 抽 出 し た 。 そ の 結 果 得 ら れ た 高 浸 透 性 薄 層 の 深 度 は 、 透 水 試 験 や コ ア 観 察 及 び 温 度 検 層 に よ っ て 検 出 さ れ た 結 果 と 調 和 的 で あ る 。
第6章 で は 、 以 上 の 成 果 を ま と め て 結 論 と し て い る 。