自然電位検層による高浸透性地層の評価に関する研 究

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Kyushu University Institutional Repository

自然電位検層による高浸透性地層の評価に関する研 究

池田, 直継

九州大学工学地球資源システム

https://doi.org/10.11501/3135035

出版情報：Kyushu University, 1997, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

自 然 電 位 検 層 に よ る

高 浸 透 性 地 層 の 評 価 に 関 す る 研 究

池 田 直 継

1 2 3  

ベJ

oo ny

目 次 緒 論

本 研 究 の 目 的 本 論 文 の 構 成 記 号 の 説 明 ア ル フ ァ ベ ッ ト ギ リ シ ャ 文 字 特 殊 文 字 第 1章

1.1  1.2  1.3  1.3.1  1.3.2  1.3.3 

ハUハ

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地 法 略 一 位 価 概 析 電 評 の 解 然 の 法 法 の 自 層 層 に 層 層 の 地 検 め 検 検 内 性 め 理 じ 理 理 井 透 と 物 は 物 物 孔 浸 ま 第 2章

2.1  2.2  2.3  2.4  2.5  2.6 

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自 然 電 位 の 基 礎 式 は じ め に

電 気 二 重 層

流 動 電 位 の 基 礎 式 孔 井 内 の 流 動 電 位 拡 散 電 位 の 影 響 ま と め

第 3章 3.1  3.2  3.3  3.4  3.5  3.6 

A UZ

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理 論 的 検 討 は じ め に

圧 力 分 布 の 計 算 流 動 電 位 分 布 の 計 算 モ デ リ ン グ の 流 れ 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン ま と め

第 4章 4.1  4.2  4.3  4.4  4.5  4.6 

70  71  79  92  96  103  浸 透 性 地 層 の 評 価 例

は じ め に

水 井 戸 へ の 適 用 調 査 の 概 要

検 層 デ ー タ の 解 析

岩 盤 の フ ラ ク チ ャ ー 調 査 調 査 の 概 要

検 層 デ ー タ の 解 析 ま と め

第 5章 5.1  5.2  5.2.1  5.2.2  5.3  5.3.1  5.3.2  5.4 

105  108  109  結 論

請す辞 参 考 文 献 第 6章

第 1章 緒 論

近 年 の 石 油 ・ 天 然 ガ ス な ど の 液 体 エ ネ ル ギ ー 資 源 の 開 発 に お い て、

大 規 模 か っ 均 質 な 賦 存 層 の 発 見 は 少 な く な り 開 発 対 象 は 小 規 模 か つ よ り 複 雑 な 地 層 へ と 移 っ て い る 。 砂 岩 、 シ ル ト お よ び 頁 岩 層 と の 互 層 か ら な る 低 比 抵 抗 貯 留 層 や 、 断 裂 型 貯 留 層 の 様 に 生 産 層 が 非 常 に 薄 い 場 合 、 従 来 の 物 理 検 層 の 深 度 方 向 の 分 解 能 で は 対 応 で き な い 。

さ ら に 断 裂 型 貯 留 層 は 多 孔 質 体 モ デ ル と は 異 な り 孔 隙 体 積 と し て は 小 さ い フ ラ ク チ ャ ー に よ る 高 い 浸 透 率 を 有 す る 生 産 ネ ッ ト ワ ー ク が 特 徴 で あ る 。 と こ ろ が 従 来 の 物 理 検 層 技 術 で は 、 層 厚 は 非 常 に 薄 く て も 高 い 浸 透 率 を 示 す こ の よ う な 貯 留 層 の 工 学 的 評 価 は 困 難 で あ り 貯 留 層 を 検 出 す る こ と の み に 主 眼 が 置 か れ て い る 。 し た が っ て 浸 透

に よ っ て 生 じ る 現 象 を 利 用 し て 貯 留 層 を 探 査 す る 検 層 技 術 を 開 発 す る こ と は 、 浸 透 性 地 層 の 評 価 に と っ て 有 意 義 な も の と な る 。

一 方 、 地 表 か ら の 物 理 探 査 の 分 野 で は 、 石 油 30)や 地 熱 流 体

20)34)47)48)49)、 あ る い は 地 下 水 等32)33)35)の 地 下 に お け る 流 動 状 態 を モ ニ タ ー す る 目 的 で 、 流 体 流 動 電 位 法 が 用 い ら れ て い る 。 こ の 探 査 法 は 孔 井 周 辺 の 比 抵 抗 異 常 体 を 探 査 す る 流 電 電 位 法 と 地 下 流 体 の 流 動 に よ っ て 生 じ る 流 動 電 位 の 解 析 と を 同 時 に 行 う ハ イ ブ リ ッ ド 探 査 法 で あ る 。 著 者 は こ の 流 動 電 位 が 、 孔 内 環 境 に お け る 地 層 浸 透 流 に よ っ て も 生 じ る 現 象 で あ る こ と に 注 目 し 、 こ れ を 用 い て 孔 井 内 の 高 浸 透 性 薄 層 の 評 価 を 可 能 に す る 検 層 法 を 開 発 し た 。

一 般 に 孔 井 環 境 に お け る 自 然 電 位 の 原 因 に は 、 孔 内 水 と 地 層 水 の 塩 分 濃 度 や 差 圧 、 粘 土 鉱 物 の 含 有 量 等 の 相 違 に よ る 岩 相 、 さ ら に 高 浸 透 性 地 層 前 面 に 形 成 さ れ る マ ッ ド ケ ー キ の 有 無 な ど の 違 い に よ っ て 、 拡 散 電 位 、 膜 電 位 、 お よ び 流 動 電 位 等 が 生 じ て お り 、 こ れ ら 多

く の 電 位 が 重 畳 し て い る 4)10)27)43)。 本 研 究 で 開 発 し た 検 層 法 は 、 通 常 支 配 的 に 存 在 す る 拡 散 電 位 ・ 膜 電 位 の 発 生 状 況 や 流 動 電 位 の 発 生 条 件 を 物 理 検 層 に よ り 確 認 し た 上 で 、 人 工 的 に 孔 内 水 に 差 圧 を 与 え る こ と に よ り 流 動 電 位 の 異 常 を 抽 出 し 、 重 畳 し た 自 然 電 位 か ら 流 動 電 位 異 常 を 選 択 的 に 測 定 す る 。 さ ら に こ の 異 常 値 に 基 づ き 比 抵 抗 検 層 で 求 め ら れ た 孔 井 近 傍 の 比 抵 抗 構 造 を 考 慮 、 し て 浸 透 性 地 層 の 検 出 お よ び 評 価 を し て い る 。

本 研 究 で 、 物 理 検 層 の 環 境 に お け る 流 動 電 位 と 拡 散 電 位 と い う 自 然 電 位 の 発 生 過 程 を 踏 ま え た 上 で 、 浸 透 性 地 層 と 非 浸 透 性 地 層 に お け る 流 動 電 位 の 発 生 条 件 が 異 な る 理 由 に つ い て 理 論 的 根 拠 を 示 し た 。 ま た 種 々 の 要 因 が 流 動 電 位 の 測 定 に 影 響 を 与 え る こ と か ら 、 本 手 法 の 適 用 に 当 た っ て の 注 意 す べ き 条 件 に つ い て 考 察 し て い る 。

1.1  本 研 究 の 目 的

本 研 究 は 、 界 面 動 電 現 象 が 流 体 の 流 動 に よ り 生 じ る 事 に 着 目 し て 、 地 層 と 間 隙 流 体 と の 問 で 生 じ る 流 動 電 位 を 測 定 し 高 浸 透 性 地 層 の 評 価 を お こ な う 為 の 新 し い 方 法 を 開 発 す る こ と を 目 的 と し て お り 、 そ の 原 理 と 物 理 検 層 環 境 に お い て 、 こ れ に 影 響 を 与 え る 要 因 に つ い て 解 明 し た も の で あ る 。 す な わ ち 、 ま ず 孔 井 環 境 に お け る 流 動 電 位 の 発 生 機 構 に つ い て 理 論 的 に 考 察 し 、 低 浸 透 性 地 層 と 高 浸 透 性 地 層 に お い て は 流 動 電 位 の 大 き さ が 異 な る 理 由 を 理 論 的 に 明 ら か に し 、 高 浸 透 性 地 層 で 生 じ る 流 動 電 位 を 定 量 的 に 評 価 す る た め の モ デ ル を 導 出 す る 。 ま た 流 動 電 位 の デ ー タ 解 析 に 問 題 と な る 拡 散 電 位 の 影 響 に つ い て 考 察 し て い る 。 そ し て 孔 内 の 流 動 電 位 を 測 定 す る 物 理 検 層 法

を 開 発 し 、 高 浸 透 性 層 の 評 価 法 を 確 立 す る 事 を 目 的 と す る 。

1.2  本 論 文 の 構 成

本 研 究 の 成 果 を6章 に わ た っ て ま と め て い る 。

第 l章 で は 、 断 裂 型 貯 留 層 や 異 方 性 貯 留 層 な ど 薄 層 か ら 成 る 貯 留 層 に 対 す る 従 来 の 物 理 検 層 法 の 問 題 点 を 指 摘 し 、 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 、 物 理 検 層 法 の 概 要 に つ い て 述 べ 、 高 浸 透 性 薄 層 の 検 層 法 に よ る 評 価 手 法 に つ い て 総 括 し て い る 。 さ ら に 流 動 電 位 現 象 が 過 去 の 自 然 電 位 検 層 で 現 れ て い る 実 例 を 挙 げ 、 本 研 究 で 開 発 し た 物 理 検 層 法 の 妥 当 性 に つ い て 述 べ て い る 。

第3章 で は 、 近 年 の コ ロ イ ド 化 学 の 分 野 等 で 得 ら れ て い る 成 果 を 自 然 電 位 の 検 層 デ ー タ の 解 析 に 適 用 し て 、 流 動 電 位 現 象 の 原 理 に つ い て 述 べ て い る さ ら に 表 面 電 導 を 考 慮 、 し た 地 層 環 境 に お け る 流 動 電 位 の 基 礎 方 程 式 を 新 た に 導 出 し て 流 動 電 位 の 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ

ン を 可 能 に し て い る 。 ま た 通 常 の 検 層 に お い て は 主 な 自 然 電 位 成 分 で あ る 拡 散 電 位 の 原 理 に つ い て も 考 察 し 、 拡 散 電 位 が 流 動 電 位 の 測 定 に 与 え る 影 響 に つ い て 明 ら か に し て い る 。

第4章 で は 、 流 動 電 位 の 理 論 に 基 づ き 、 高 浸 透 性 薄 層 が 流 動 電 位 に 与 え る 影 響 を 評 価 す る た め の 数 値 モ デ ル を 新 た に 提 案 し て い る 。 す な わ ち 高 浸 透 性 薄 層 の 厚 さ 、 孔 径 、 孔 内 水 の 電 導 率 、 地 層 の 電 導 率 や 薄 層 の 電 導 率 を パ ラ メ ー タ と し て 導 入 し 、 孔 井 内 に 生 じ る 流 動 電 位 を 計 算 し 、 そ の 応 答 か ら 逆 に 薄 層 の 厚 さ を 推 定 す る デ ー タ 解 析 法 を 提 示 し て い る 。

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 火 成 岩 中 に 掘 削 さ れ た 2つ の 実 験 井 に 適 用 し 、 浸 透 性 地 層 を 評 価 で き

る こ と を 検 証 し て い る 。

第 6章 は 、 本 研 究 で 得 ら れ た 成 果 を 総 括 し て 結 論 と し て い る 。

1.3  記 号 の 説 明

本 論 文 中 で 使 用 す る 記 号 (SI単 位 系 ) を 以 下 に 示 す。 1.3.1  ア ル フ ァ ベ ッ ト

記 号 1  説 明 1  単 位

ト一一一一一一一一一一一寸一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

d 

l

多 孔 質 体 の 断 面 積 (  (m2) 

ト一一一一一一一一一一一寸一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

B^i•J.^{k i}差 分 法 に よ る 流 動 電 位 計 算 時 の 点 (i，j，k)に お l

lけ る ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数

ー一一一一一一一一一一‑ 1一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一ー

b  ~ ;細管の半径 ~ (m) 

←一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+ー一一一一一一一一一ー C  ~クロスカップリング係数 ~ (A / Pa. sec)  ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+ー一一一一一一一一一一

ctik 

l

^{点(i，j，k)}に お け る ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数 ((A/po sec) 

←一一一一‑‑一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一

I c η  

lカ ッ プ リ ン グ 行 列 係 数 i 

←一一一ーしー」一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ーーーー一一一一一一一トー一一一一ー一一ーー

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勺 ( カ ッ プ リ ン グ 行 列 係 数 i 

←一一一一

c

L

 

ー」一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一ⁱ差 分 法 に よ る 流 動 電 位 計 算 時 の 点(i，j，恥 お ￨

; け る ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数

ト一一一一一一一一一一一寸一一一一一一一 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一 C

勺

￨ 差 分 法 に よ る 流 動 電 位 計 算 時 の 点 ( 以 め に お ￨

l

け る ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数

ト一一一一一一一一一一ーァ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一

c 

^piJ，k  ! 差 分 法 に よ る 圧 力 計 算 時 の 点 (i，j，恥 お け る

i

i

ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数

ト一一一一一一一一一一一寸一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一 CF Pt，j，k 

i L J

法 に よ る 圧 力 計 算 時 の 点 ( 以 恥 お け る ￨

l

ク ロ ス カ ッ プ リ ン グ 係 数

←一一一一一一一一一一‑ 1一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一 c'  1拡 散 電 位 式 に 用 い ら れ る 定 数 ! 

ト一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一 ICa

叶

( バ ル ク 水 溶 液 に お け る Ca切 濃 度 ( (mol/m2)  ト一一一」一一̲Ja:l..一一一←一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

e  1.電 気 素 量 ~ (の

ト

ー 一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

D  ￨ 二 つ の 表 面 問 の 距 離

! 

^(m) 

記 号 l  説 明 !  単 位 ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑‑r‑一一一一一一一一一ー

E 

l

^{電 場 ・ 電 位 !  (V)} 

トー一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

EI‑I 

i 

流 体 接 触 電 位 (liquidjunction potential) 

~

^(V) 

トー一一一一一‑‑一一一一寸一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

Es 

l

流 動 電 位 _~ (V) 

』

ー ーーーーーーーーーーーーー一 ..... ー‑‑ーーーーーーーーーー一ー一ー一ーーー一ーーーー・ーーーーーーーーーー一ー一ー一ーーーーー一ーー・ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー一・ーーーーーーーー幽ーーーーーー一ーーー一一

ESSP  1スタティック S P電位 !  (V) 

ト一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一 G  ¹ポ ア ソ ン ・ ボ ノ レ ツ マ ン 式 の 解 に 現 れ る 定 数 ; 

ト一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

h  ¹フ ラ ク チ ャ ー の 幅 !  (m) 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

I  ; 電 流 密 度 ベ ク ト ル (  (d/m2) 

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一ー Ic

…  ^l

イ オ ン 拡 散 に お け る 電 導 電 流 ;  (A) 

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←ー一一一一一一一一一一 Ism 

l

イ オ ン 拡 散 に お け る 駆 動 電 流 (  (A)  ト一一一一一一.一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

J  ~ ，体積流量密度ベクトノレ ~ (m / sec) 

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

k  1浸 透 率 l 

トー一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一

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C;k 凶

^Koz問

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+‑一一一一一一一一一‑

ko  ^! Kozeny式 で の 係 数 ￨ 

ト一一一一 v一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一 Al  i多 孔 質 体 を 真 つ 直 ぐ な 細 管 か ら な る モ デ ル !

lと し た と き の 一 つ の 細 管 の 長 さ

←一一一一一一一一一一‑，一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一ー Al'  l屈 曲 が あ る 場 合 の 細 管 の 長 さ l 

ト一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一ー mF  l Archieの 式 の 係 数 で セ メ ン テ ー シ ョ ン 係 数 l 

←一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一卜一一一一一一一一一ー mp  l d4rcJ1ieの 式 中 の 水 飽 和 度 の 指 数 係 数 l 

ト一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一『

N  i多 ぱ 体 を 細 管 モ デ ノ レ と し た と き の 単 位 体 i

l

積 中 の 細 管 の 数

ト一一一一一一一一一一ーャ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一

ト一一-KIt---LCJrz竺空空白 ~t三笠三空庄一一一一一一一一-L-kut ^{i ‑ ‑}

n  jイ オ ン 濃 度 ( (mol/m2) 

記 号 1  説 明 1  単 位 トー一一一一一一一一一一一寸一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一ー

nx  j二つ の表 面 間 の 任 意 の 位 置 に お け る表 面電 ￨ (m山 2)

!荷に対 す る 対 イ オ ン の 濃 度 ト

ー一一一一一一一一一一‑‑.一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一ー no 

i

^二つ の 表 面 間 の 中 央 の 位 置 に お け る 表 面電

l

^(mol/m2) 

l

荷 に 対 す る 中 和 す る 対 イ オ ン の 濃 度

i 

ト一一一一一一一一一一ーナ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一

P  !:流 体 圧 力 !  (Pa) 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←ー一一一一一一一一一一

ペ l

排 水 半 径 に お け る 地 層 水 圧 力 !  (Pa) 

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一ー

~，j，k ; 差 分 法 に よ る 流 動 電 位 計 算 時 の 点 (i，j，k)に お

l

;ける圧力

(Pa) 

ト一一一一一一一一一一ーァ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一ー

R  i

干 し 井 中 心 か ら 半 径 rの 点 に お け る 地 層 水 の

i

^(PG) 

l

圧 力

』一一一一一一一ー一一一γ一一一一一一一一一一一一ー一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「一一一一一一一一一一

九 l

孔 井 水 の 圧 力 (  (PG) 

トー一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一

Q  :流 体 流 量: (  (m3/民c)

トー一一一一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一一

μ 

(フラクチャー/高浸透性薄層の比抵抗 ;  (Ohm m) 

トー一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+ー一一一一一一一一一ー

Rn1f  ￨孔内水/泥水の比抵抗 _~ (Ohm.m) 

ト

ー 一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

RM 

l 

^{周辺地層の比抵抗 (  (Ohm m)} 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

Rw  ^l'地層水の比抵抗

! 

(Ohm.m) 

トー一一一一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一宇一一一一一一一一一一一 r 

l

地 層 の 任 意 の 点 の 孔 井 中 心 か ら の 距 離 (  (m)  ト一一一一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一宇ー一一一一一一一一一一

ん

l

^{干し井半径}

1 

^(m) 

ト一一一一一一一一一一‑‑一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一一

九 l排 水 半 径 ~ (m) 

ト一一一一一一一一一一一+ー一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一ー

s  i

多 孔 質 体 単 位 体 積 当 た り の 孔 隙 の 表 面 積 (  (m2/m3)  トー一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

So  ^j多 孔 質 体 の 固 体 部 分 の 単 位 体 積 に 対 す る 孔 ( (m2M 

i

^{隙 の 表 面 積}

←一一一一一一一一一一‑，一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一‑r一一一一一一一一一一 Sw 

i

水 飽 和 率 。 孔 隙 中 で 水 の 占 め る 割 合

! 

記 号 !  説 明 ¹  単位

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー+ー一一一一一一一‑一一ー

←一一一一凶一一一ーと二三

21‑

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

‑ L ‑

^{一一一一一一一一}

T 

H

^{昆度 (  (。。}

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←‑一一一一一一一一一ー

t‑

l 

^{cl‑の 輸 率}

l 

←一一一一̲'d.一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一

tu  lNG+の 輸 率

l 

ト一一一一一也一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一

V_av  ! 細 管 内 の 流 体 の 平 均 流 速j ;  (m/民c) トー一一一一一一一一一一一『一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一

川frj

M

田 管 内 の 任 意 の 位 置 に お け る 流 体 の 速 度 (  (m/州

トー一一一一一一一一一一一『一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一

Z  ; イ オ ン の 荷 電 数 1.3.2 ギ リ シ ャ 文 字

記 号

l 

説 明

l 

単 位

』一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一

α  I 

Archie

の 式 で 用 い ら れ る 係 数 ! 

トー一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

x 

!:拡散二重層の厚さ !  (m) 

トー一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

l拡散電位導出式の中の定数 i 

』一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一ー

ε  l流 体 の 比 誘 電 率 i 

ー一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一一

ε

。 l

真 空 の 誘 電 率 (  (F/m) 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

c 

:地 層 と 流 体 界 面 に お け る ゼ ー タ 電 位‑ ;  (V)  ト一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一ー

η  ( 地 層 の 屈 曲 率 ; 

←一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ト一一一一一一一一一ー

μ  ;来占性率 (  (PGsec) 

←一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一 jZ 

l

イ オ ン の 化 学 ポ テ ン シ ャ ル ~ (J / mol)  ト一一一一一一一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

c 

:スタティック S P電位の導出式中の定数 ; 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

ι  l

^{電 荷 密 度}

l 

^(C/m2) 

←一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十ー一一一一一一一一一一

ん ( 表 面 電 荷 密 度

! 

(C/m2) 

トー一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

σad 

l

周 辺 地 層 の 電 導 率

! 

(S/m) 

トー一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一十一一一一一一一一一一一

i

記 号 1  説 明 (  単 位 ド一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一ー

σ町 ;フラクチャーの電導率 (  (S/m) 

←一一一一‑‑一一一一一→一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一一

σs 

l

^{表 面 電 導 率}

l 

^(S/m) 

ト一一一一一一一一一一一+一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一ー σt 

l

地層の電導率 !  (S / m)  トー一一一一一一一一一一一斗一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一ー

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^(V) 

1.3. 3特 殊 文 字

記 号 !  説 明 !  単 位

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一←一一一一一一一一一

v 

:微分演算子ベクトノレ

第

2

章 物 理 検 層 法

2. 1  は じ め に

本 章 で は 、 ま ず 本 孔 井 内 の 物 理 探 査 で あ る 物 理 検 層 法 に つ い て そ の 特 徴 を 示 す。 そ し て 従 来 お こ な わ れ て き た 高 浸 透 性 地 層 の 検 出 法 を 踏 ま え て 、 本 研 究 で 開 発 し た 検 層 法 が 果 た す 役 割 に つ い て 述 べ る 。 ま た 過 去 に お こ な わ れ た 物 理 検 層 に お い て 流 動 電 位 現 象 が 測 定 さ れ て い る 事 例 を 挙 げ 、 本 検 層 法 の 必 要 性 を 示 す 。 最 後 に 孔 井 環 境 が 自 然 電 位 検 層 に 与 え る 影 響 に つ い て 述 べ る 。

2.2  物 理 検 層 法 の 概 略

物 理 検 層 法 と は 、 孔 井 内 の 地 層 の 物 性 を 、 電 気 ケ ー ブ ル で 接 続 し た ゾ ン デ を 孔 井 内 に 降 ろ し て 直 接 測 定 す る 物 理 探 査 法 で あ る 。対 象 と す る 物 性 は 、 探 査 の 目 的 に よ り 比 抵 抗 、 孔 隙 率 、 密 度 、 弾 性 波 速 度 や 自 然 電 位 な ど が あ る 。 こ れ ら の 物 性 を 孔 井 内 の ゾ ン デ に よ り 直 接 的 、 間 接 的 に 測 定 す る こ と に よ り 地 層 を 評 価 す る 。 こ の よ う に 物 理 検 層 は 岩 石 の 物 性 を 地 層 環 境 の ま ま に 調 べ る こ と が で き 、 地 層 の 物 性 が 深 度 に 連 続 的 に 定 量 化 さ れ た デ ー タ と し て 得 ら れ 、 あ ら ゆ る 地 下 探 査 に 不 可 欠 な 情 報 を 提 供 す る 。

物 理 検 層 は 、 電 磁 波 、 音 波 、 ガ ン マ 線 、 あ る い は 中 性 子 等 を 利 用 し て 、 地 層 の 様 々 な 物 性 を 測 定 す る も の で あ る か ら 、 解 析 に 当 た っ て は 孔 井 環 境 に お け る こ れ ら の 物 性 と 地 層 と の 相 互 作 用 の モ デ ル 化 が 必 要 で あ る 。 図2.1aに 例 と し て 孔 井 近 傍 の 地 層 に お け る 電 気 的 な モ デ ル を 示 す38)。 こ れ は 産 油 層 な ど の 高 浸 透 性 地 層 が 低 浸 透 性 地

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図2.1a 検層解析で用いられる地層モデルの例

浅 部 比 低 抗 電 流 分 布 深 部 比 抵 抗 電 流 分 布

図2.1b デュアルラテロログの概念図

層 に 挟 ま れ た 孔 内 状 態 を 模 式 化 し た も の で 、 泥 水 の 圧 力 が 地 層 圧 よ り 高 い 為 に 泥 水 ろ 過 液 が 地 層 中 に 浸 透 し 、 ま た 孔 壁 に は マ ッ ド ケ ー キ が 形 成 さ れ て い る 状 態 を 表 し て い る 。 泥 水 ろ 過 液 の 浸 透 に よ っ て 地 層 中 に は 泥 水 浸 入 域 、 遷 移 域 と 非 浸 入 域 が 生 じ 、 孔 隙 率 は 同 じ で も 、 地 層 の 電 導 率 は 孔 隙 中 の 流 体 の 電 導 率 に 対 応 し た 値 を 示 し て い る 。 さ ら に こ の モ デ ル か ら 、 非 浸 入 域 の 比 抵 抗 を 測 定 す る こ と が 目 的 で あ る 物 理 検 層 は 、 孔 井 の 電 極 近 傍 の 比 抵 抗 構 造 に 影 響 さ れ る こ と で あ る 。 従 っ て 測 定 結 果 の 解 析 に 際 し て は こ の 影 響 を 考 慮 し な け れ ば な ら な い 。

例 え ば 、 ノ ル マ ル 比 抵 抗 検 層 は 代 表 的 な 非 指 向 性 の 比 抵 抗 検 層 法 と し て 、 石 油 探 査 な ど 多 く の 分 野 で 用 い ら れ て お り 、 本 研 究 に お い て も 使 用 し て い る 。 図2.2aに こ の 原 理 を 示 す と 共 に 図2.2bに ジ オ メ ト リ ッ ク フ ァ ク タ ー と 呼 ば れ る 電 極 近 傍 の 比 抵 抗 構 造 が 測 定 に 与 え る 影 響26)を 模 式 図 で 示 す 。 こ れ ら の 図 か ら 孔 内 水 は 測 定 に 大 き な 影 響 を 与 え る こ と が 分 か る 。 ノ ル マ ル 検 層 で は 、 電 流 電 極 と 電 位 電 極 と の 距 離 は 数 セ ン チ メ ー ト ル か ら 1メ ー ト ル 程 度 に と ら れ る 27)が、この 程 度 の 距 離 の 場 合 に は 、 孔 内 水 の 比 抵 抗 が 測 定 値 に 大 き く 影 響 す る 。 す な わ ち 孔 内 水 の 比 抵 抗 が 地 層 の 比 抵 抗 よ り 小 さ い 場 合 は 、 電 極 近 傍 の 電 位 分 圧 が 均 質 媒 体 の 区 間 よ り 小 さ く な る 為 に 、 見 掛 比 抵 抗 は 実 際 の 地 層 比 抵 抗 よ り 高 く な っ て し ま う 。 こ れ と は 反 対 に 孔 内 水 の 比 抵 抗 が 地 層 の 比 抵 抗 よ り 大 き い 場 合 は 、 見 掛 比 抵 抗 は 実 際 の 地 層 比 抵 抗 よ り 低 く な っ て 出 て く る 。 こ れ ら の 関 係 は 、 図 2.2cの よ う に シ ュ ル ン ベ ノ レ ジ ェ 社 か ら 、 孔 径 も 考 慮 し た 補 正 チ ャ ー ト と し て 提 供 さ れ て い る 27)。

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9  DISTANCE FROM CURRENT ELECTRODE (m) 

ノノレマノレ検層のジオメトリック ファクター

7.5  4.5  8 

1.5  3  0.0 

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2.2b  図

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ノノレマル比抵抗の概念図 図2.2a

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ノルマル検層の孔内水の影響の補正チャート 27)(Schlumberger社) 図2.2c

2.3  物 理 検 層 の 解 析 一 地 層 の 電 導 率 と 浸 透 率 一

岩 石 物 性 問 の 典 型 的 な 相 互 関 係 をArchieの 式 と 浸 透 率 に よ っ て 考 察 す る 。 図 2.3aお よ び 図2.3bは 炭 化 水 素 を 含 有 す る 岩 石 試 料 を 模 式 化 し て い る も の で あ る 。 干 し 隙 に 間 隙 水 と 炭 化 水 素 を 含 む 岩 石 を 、 多 く の 細 管 か ら 成 る モ デ ル と し て 考 え て み る 。 図2.3cは ま ず こ の 細 管 に 屈 曲 が 無 い も の と し て 考 え た 場 合 の 、 電 気 的 物 性 か ら 見 た 岩 石 の 状 態 を 表 し て い る 。 こ の 場 合 、 単 位 体 積 当 た り の 細 管 数 を N と し 、 細 管 の 半 径 を bと す れ ば 孔 隙 率 。 は

中= Nπrb² ( 2.1 ) 

と な る 。 一 般 に 炭 化 水 素 の 電 導 率 は 非 常 に 小 さ い た め 無 視 で き る か ら 、 こ の 岩 石 試 料 の 電 導 率 σtは 、 孔 隙 水 の 電 導 率 を σ_F、水 飽 和 率 を

S w

と す れ ば 、 表 面 電 導 が 無 い 場 合 に は 、

F σ 

MW

σ  F   

c u  

'内

N  π  以

σ  ( 2.2) 

と な る 。 実 際 の 岩 石 に 近 い 細 管 の モ デ ル は 、 細 管 の 屈 曲 を 考 慮 す る 必 要 が あ る 。 こ の 地 層 の 屈 曲 率 ηは 図 2.3dの 岩 石 立 方 体 試 料 の 一 辺 の 長 さ を olと す れ ば

ol' 

η=

三 7

^(2.3) 

で 表 さ れ る 。 屈 曲 が 生 じ て も 孔 隙 率 ゆ 及 び 細 管 の 数 Nは 一 定 で あ る か ら 、 細 管 の 半 径 は 屈 曲 が 無 い 場 合 に 比 べ て

b/~ ^(2.4) 

に 縮 小 す る 。 す な わ ち 細 管 の 屈 曲 に よ っ て 、 電 流 や 流 体 の 通 り 道 は 、 細 く か っ 長 く な る 。 こ の 結 果 電 導 率 は 屈 曲 の 無 い 場 合 に 比 べ て (2.2) 式 に よ り η‑2倍となる。 Archieは 屈 曲 率 を 考 慮 す る 際 、 (2.2)式 に お

図2.3a 岩石立方体の模式図

図2.3b 孔隙中を流れる流体・電流の模式図

Matrtx  Porosity  CO手O﹂2

の 0

あち

﹀﹀

A 

図2.3c 岩石マトリックスと孔隙中の水と炭化水素のモデ、ル

図2.3d 孔隙を屈曲のある細管とみなしたモデ、ル

い て 、 砂<1、 Sw<1で あ る こ と に 注 目 し

σ

，

^‑α

o

^{mc Sw msσp}  (2.5) 

の 実 験 式 を 仮 定 し て 多 く の 岩 石 試 料 に つ い て の 測 定 を お こ な っ た 。 そ の 結 果 こ の 一 般 式 が 、 粘 土 鉱 物 を 含 ま な い ク リ ー ン な 岩 石 に 対 し て 成 立 す る こ と を 示 し た 。 (2.5)式 に お い て 特 に α=1、 mc= ms = 2とお け ば

σ，‑砂2SW2σp (2.6) 

こ の 場 合 、 屈 曲 率 と 孔 隙 率 と の 関 係 は

件=η‑2 (2.7) 

と な り 、 岩 石 の 電 気 的 な 特 性 か ら 見 た 場 合 、 そ の 屈 曲 率 は 孔 隙 率 の 平 方 根 と 逆 比 例 の 関 係 に あ る と 言 え る 。 一 方 ハ ー ゲ ン ポ ア ズ イ ユ の 式 は 滑 ら か な 細 管 を 単 相 流 体 が 層 流 の 状 態 で 流 れ る 場 合 の 流 量 を 、 細 管 の 径 と 長 さ 、 圧 力 差 さ ら に 流 体 の 粘 性 率 で 表 し て い る 17)

山 一

︒ 例

_(2.8) 

図3.3の よ う に 岩 石 を 多 く の 屈 曲 し た 細 管 の 集 合 体 と み な せ ば 、 (2.1、)

(2.3)、(2.4)式 よ り 、 単 位 体 積 中 の 岩 石 は 毛 本 の 長 さ れ 半 径 b/必 を 1lh/. 

有 す る 細 管 か ら 成 っ て い る と 見 な す こ と が で き る 。 し た が っ て こ れ らを (2.8)式 に 代 入 し て 整 理 す る と

Q=b2η‑3odp 

8μ  (2.9) 

こ こ で 、 比 表 面 積S

~'Ì

^21lh /川 × 去 で あ る か ら

となり、 (2.7)式 に よ り 、 (2.9)式 は Q  b2 

o

^2.5 flP 

o

⁴flp 

8 μ 2 S‑ 2μ 

こ れ と ダ ル シ ー の 式 と の 比 較 か ら 、

Q= kAー

ヤ

μ色i

浸 透 率 kは

k‑b2η

_{一 ‑} ヤ一三仁 ̲ o

⁴ 

8  8  2S² 

と 示 さ れ る 。 こ れ はKozeny‑Carmanの 式44) 

Q = 1 4 3 A A P  _{̲ ̲}  

‑ .  

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kcS~ (1‑砂

) 2

メ1111

(2.10) 

(2.11) 

(2.12 ) 

(2.13) 

(2.14) 

と 比 較 す れ ば 、 屈 曲 率 が 孔 隙 率 に 関 わ ら ず 一 定 と 仮 定 し て 導 出 さ れ た 係 数 k

久ド

c寸kM0

つ て い る 。 実 際 に (2.13) 式 で ゆ =0.4を 採 れ ば(2.14) 式 で 通 常 使 わ れ て い る k_c=5.0と 等 し く な る 。 こ の よ う にArchieの 式 と Kozeny‑Carmanの 式 が 多 く の 岩 石 で 成 立 す る こ と は 、 多 孔 質 体 が 多 く の 細 管 の 集 合 体 か ら 成 る と い う モ デ ノ レ の 妥 当 性 を 支 持 し て い る と 考 え ら れ る 。 さ ら に 多 孔 質 体 の 電 気 的 な 特 徴 か ら 推 定 さ れ る 構 造 と 間 隙 水 の 流 動 に つ い て の 関 係 式 か ら 推 定 さ れ る 構 造 が 類 似 し て い る こ と を 示 し て い る 。 一方、 Clavierは 地 層 に 粘 土 鉱 物 が 含 ま れ て い る 場 合 の 電 導 率 の 特 性

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Diameter of ions  Na+ '" 2xlO‑^1O m  Cl  ̲...̲ 4xlO'^1O  m 

A v e r γ ↑ h i n  C a p i l l a r y  

図2.4 非常に狭い細管の電気二重層

を 説 明 す る 為 にDualWaterモ デ ル2)50)を 提 唱 し た 。 こ れ は 、 図 2.4に 示 す よ う に 孔 隙 が 狭 い た め 、 拡 散 二 重 層 の 厚 さ が 無 視 で き な く な り 、 特 異 な イ オ ン 濃 度 を 有 す る 拡 散 二 重 層 の イ オ ン 電 導 に よ る 表 面 電 導 現 象 を 考 慮 、 し た も の で あ る 。 す な わ ち 、 こ の モ デ ノ レ で は 細 管 の 管 壁 近 傍 の 拡 散 二 重 層 に よ る 表 面 電 導 と 水 飽 和 率 を 考 慮 、 し た バ ル ク 電 解 質 溶 液 に よ る イ オ ン 電 導 と が 並 列 回 路 を 形 成 し て い る と み な し て 、 屈 曲 率 の 影 響 はArchieの 式 と 同 様 な 方 法 で 取 り 扱 っ て い る 。 こ の 結 果 、 拡 散 二 重 層 の 厚 さ を

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(2.15 ) 

飽 和 率 が 1の場合、

k= ζιI~s ーの ￨ 

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^(2.16) 

と 表 さ れ る 。 (2.16)式 は 、 多 孔 質 体 の 各 物 性 の 相 互 の 関 連 性 を 定 性 的 に 示 し て い る 。 も し 孔 隙 が 拡 散 二 重 層 の み か ら 成 る よ う な 低 浸 透 性 地 層 の 場 合 、 こ れ を デ バ イ の 厚 さ に 仮 定 す る と 、 10^・9m程 度 と 推 定 さ れ る 。 孔 隙 率 を 0.4とすれば、 1darcy=9.87x10^・13 m 2 で あ る か ら 、 (2.16) 式 に よ っ て こ の 岩 石 の 浸 透 率 は 1x 10^・4md程 度 と 推 定 さ れ 、 頁 岩 な ど で 報 告 さ れ て い る 値 と 整 合 的 で あ る 10)。 ま た 陽 イ オ ン の 吸 着 ・ 固 定 層 の 厚 さ は 1x10^・10mな い し2x10^・10mと 言 わ れ て い る ¹⁹⁾。 こ れ に 比 表 面 積 を 掛 け れ ば こ の 層 の 体 積 は 求 ま る 。 上 記 の 条 件 の 場 合 、 こ れ は (2.13 ) 式 よ り 全 体 の 体 積 の 約80/0に 達 し て お り 、 実 際 の 流 動 に 寄 与 す

る 有 功 な 孔 隙 率 が か な り 小 さ く な る こ と を 示 唆 し て い る 。

こ の 様 に 、 均 質 な 多 孔 質 体 と し て の 岩 石 の 孔 隙 率 や 電 導率 な ど の 物 性 を 物 理 検 層 に よ り 正 確 に 測 定 で き れ ば 、 こ れ ら 物 性 の 相 互 関 係 の 統 計 的 な モ デ ル や 実 験 式 の 適 用 が 可 能 で あ り 、 浸 透 率 の 推 定 も 可 能 で あ る 。 し か し な が ら 現 在 の 最 も 進 ん だ 検 層 機 に よ っ て も 層 厚 が O.6m以 下 の 薄 層 で は 満 足 す る 測 定 精 度 は 期 待 で き な い5)。 従 っ て フ ラ ク チ ャ ー や 破 砕 帯 な ど 浸 透 性 薄 層 の 評 価 に は 新 た な 検 層 法 が 必 要 になる。

2.4  孔 井 内 の 自 然 電 位

孔 井 内 で 生 じ る 自 然 電 位 に つ い て は 、 図2.5に 示 す 様 な 発 生 要 因 が 存 在 す る が 、 孔 井 内 の 環 境 に お い て は 泥 水 と 地 層 水 と の 塩 分 濃 度 の 差 に よ る 拡 散 電 位 が 主 な 原 因 で あ る と 考 え ら れ る 。 拡 散 電 位 は 、 地 層 水 の 塩 分 濃 度 や 比 抵 抗 を 求 め た り 、 あ る い は 陽 イ オ ン の み を 選 択 的 に 透 過 さ せ る 岩 石 中 の 頁 岩 成 分 の 量 に 応 じ た 変 化 を 示 す こ と か ら 、 岩 石 中 の 頁 岩 含 有 量 を 示 す 指 標 と し て 用 い ら れ て い る 。 一 方 多 孔 質 体 で あ る 地 層 に 流 体 を 注 入 す る あ る い は 、 地 層 か ら 流 体 を 生 産 す る 際 に は 流 動 電 位 が 生 じ る 34)。 こ れ は 電 解 質 溶 液 で あ る 孔 隙 水 と 孔 隙 表 面 と の 界 面 動 電 現 象 に 起 因 す る と さ れ て い る 。 岩 石 の 孔 隙 表 面 は 様 々 の 原 因 に よ り 帯 電 し て い る 。 孔 隙 水 に 圧 力 差 が 生 じ て 孔 隙 聞 を 流 れ る と 、 溶 液 中 の 対 イ オ ン の 一 部 も 動 い て し ま う 。 こ れ は 電 荷 の 移 動 に 外 な ら ず 、 流 動 電 流 と 呼 ば れ る 。 こ の 電 流 に よ り 電 場 が 生 じ 、

さ ら に こ の 電 場 は オ ー ム の 法 則 に よ り 孔 隙 近 傍 の 比 抵 抗 構 造 に 応 じ た 電 位 が 生 じ る 。

流 動 電 位 の 特 徴 を 強 く 示 唆 し て い る 検 層 記 録 は 過 去 の 測 定 の 例 に

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頁

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市i透A<性地層

頁岩

図2.5 孔井内で生じる自然電位の要因の模式図

Well  B  Well C  NOA削L舵SlST1'IITf(O同咽l NCJ!刷LRESlST1'IITf仰m叫

図2.6 大霧地熱地帯の4本の孔井における検層チャート

WellD 

帽 狐L臨 mm伽4・¹

も 認 め ら れ る 。例 え ば 図2.6は 地 熱 地 帯 の 孔 井 で お こ な わ れた 検 層 記 録 で あ る 。 そ れ ぞ れ の 孔 井 に つ い て 左 端 の ト ラ ッ ク に 自 然 電 位 、 こ の ト ラ ッ ク の 外 側 に 逸 泥 深 度 が 示 さ れ て い る 。 右 側 の 大 き な ト ラ ッ ク は ノ ル マ ル 比 抵 抗 カ ー ブ で あ る 。 こ の 図 に よ れ ば 右 端 の 孔 井(well D)を 除 い て 、 こ れ ら の 孔 井 の 最 深 区 間 は 全 量 逸 泥 の 状 態 で 掘 進 し て い る 。 ま た 右 端 の 孔 井(wellD)を 除 け ば 最 深 区 間 に お け る 検 層 時 の 水 頭 は 、 地 層 水 圧 と 平 衡 な 状 態 に な っ て お り 流 動 電 位 は 生 じ て い る と は 思 わ れ な い。孔 井 水 と 地 層 水 の 塩 分 濃 度 の 差 も 小 さ く 拡 散 電 位 も 生 じ な い と 予 想 、 さ れ る 。 そ の 結 果 と し て 自 然 電 位 は 非 常 に フ ラ ッ ト な 様 相 を 示 し て い る 。 一 方 中 間 区 間 は 通 常 の 泥 水 を 使 用 し て お り 、 検 層 時 の 水 頭 は ほ ぼ 口 元 に 近 い 中 で 徐 々 に 下 が っ て い た こ と が 温 度 検 層 に よ り 確 か め ら れ て い る 。 こ の こ と か ら 孔 井 水 と 地 層 水 に は 差 圧 が あ り 、 従 っ て 流 動 電 位 が 生 じ て い る 可 能 性 が 高 い 。 図 2.6に 示 す 様 に 実 際 の 自 然 電 位 の カ ー ブ も 活 発 な 変 化 を 示 し て い る 。右 端 の 孔 井(well D)は 左 三つ の 孔 井(well A，B，C)と は 様 子 が 異 な る 。 ま ず 中 間 部 の 掘 削 時 に 何 ら の 逸 泥 現 象 が 現 れ な か っ た 。 ま た 検 層 時 の 水 頭 も 口 元 の レ ベ ル に あ っ て 全 く 変 動 し て い な い 。 こ れ は こ の 区 間 の 地 層 の 浸 透 率 が 小 さ い こ と を 示 唆 し て い る 。 即 ち 孔 井 水 と 地 層 水 に 差 圧 は あ る も の と 考 え ら れ る が 浸 透 率 が 非 常 に 低 い 為 に 流 動 電 位 は 現 れ な い と 思 わ れ る 。 拡 散 電 位 が 生 じ る 環 境 に は な い か ら 、 結 果 的 に 自 然 電 位 は 変 化 に 乏 し い も の と な っ て い る 。 こ の 孔 井(wellD)の 最 深 区 間 は 低 比 重 泥 水 に よ り 掘 削 し で あ る 。 検 層 時 の 水 頭 深 度 は 数 十 か ら 数 百 メ ー ト ル の 深 度 に 徐 々 に 下 降 し て い た 。 こ れ は 地 層 水 と 孔 井 水 と の 差 圧 の 存 在 を 示 す と 同 時 に こ の 区 間 の 浸 透 率 は か な り 高 い も