(57)【要約】  本発明は、大地電磁波抵抗率測定方法及びその装置に関する。電場センサー、磁場センサー及びデータ採集装置により、地層に対してサンプリングを行なってから、深度係数の特定及び表面深度係数の補正を行ない、観察用座標系を設定し、地層深度（Ｈ）と伝播周波数（Ｆ）との間の基本関係式、及び電磁波抵抗率（ρ）と深度（Ｈ）との間の基本関係式に基づき、採集制御・データ記憶及び処理システムにより大地電磁波抵抗率に対する連続的な測定を実現する。本発明は、実際のデータを用いて、周波数と深度との関係に対して直接キャリブレイションを実行することにより、多変数理論方程式を用いて地層深度や厚さなどを取得する伝統的な方法を変え、地層抵抗率を唯一な変数としているため、測定精度を大幅に向上させることができる。なお、装置を用いて、採集された資料に対し現場処理を行うことにより、深度変化に伴って変化する電磁波抵抗率グラフがいつでも得られるため、地下鉱物探査に直接適用されるので、一部分の井戸の掘削が不必要となり、探査の総合的収益を向上させることができる。【選択図】図１
2007517201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電場センサー、磁場センサー及びこれらと接続されるデータ採集装置を用いて、地層に対しサンプリングを行ない、地層深度（Ｈ）と伝播周波数（Ｆ）との基本関係式や、電磁波抵抗率（ρ）と深度（Ｈ）との基本関係式により、サンプリングデータに対して、採集制御・データ記憶及び処理を行うことにより、大地電磁波抵抗率に対する連続的な測定を実現するものであって、
観察用線形座標系を設定し、予め初期採集パラメータを設定する第１ステップと、
深度係数（Ｂ）を特定する第２ステップと、
表面深度係数（Ｈａ）を補正する第３ステップと、
他の採集パラメータを選択する第４ステップと、
資料採集と現場処理を行なう第５ステップを備え、
第１ステップにおいて、設定された観察用線形座標系における周波数と深度との関係式は、
Ｆ＝ａ＋ｂＫ’／Ｈ          （１）
となり、但し、
Ｆは周波数であり、その単位はヘルツであり、
Ｈは深度であり、その単位はメートルであり、
ａは表層補正係数である小さい値であり、第１ステップの操作においては無視できるようなものであり、
ｂは地層抵抗率が深度の変化に伴って変化する区域性の増加係数であり、その値が０．１に設定されたものであり、
Ｋ’は電磁波の地層中での伝播に対して定義した探査可能深度の値であり、
予め設定された初期採集パラメータとして、測定開始深度値（Ｈ１）、測定完了深度値（Ｈ２）、サンプリング間隔値（Ｓ）があり、それらの（Ｈ１、Ｈ２、Ｓ）の単位はメートルであり、
第２ステップにおいて、探査区域又はその隣接区域において、既知の井戸を選択し、その既知の井戸の附近で探測を行い、電磁波抵抗率グラフを取得し、そのグラフを用いて既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較し、
測定された電磁波抵抗率グラフからその一部分を切り取り、既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較して、次の式によりサンプリング間隔Ｓ’を算出し、
Ｓ’＝（Ｈｐ２−Ｈｐ１）／（Ｌ２−Ｌ１）      （２）
但し、
Ｈｐ１は、既知の井戸の第１ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｈｐ２は、既知の井戸の第２ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｌ１は、第１ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号であり、
Ｌ２は、第２ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号であり、
なお、
Ｅ＝Ｓ’／Ｓ                       （３）
とすれば、Ｂ＝ＥｂＫ’となり、
但し、Ｂは、実際に特定される深度係数で、式（１）におけるｂＫ’値を置き換えて、周波数と深度との関係の変換を行うためのものであり、簡略化後の式（１）は、
Ｈ＝ＢＴ                            （４）
となり、但し、Ｔは周期で、その単位はμｓであり、Ｂ値の範囲は０．００１−１．０００の間になり、
上記の手順に従ってパラメータＢを特定し、
第３ステップにおいて、第２ステップで特定されたグラフを用いて、既知の井戸の抵抗率グラフに対して、その全測定区間における比較を行うが、その各特徴点深度の間に存在するシステム誤差の値は
Ｈａ＝Ｈｄ-Ｈｃ                    （５）
となり、但し、
Ｈａは表面深度係数であり、
Ｈｄは、既知の井戸のボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、
Ｈｃは、探測された電磁波抵抗率グラフにおける同一の特徴点の深度であり、Ｈａ、Ｈｄ、Ｈｃの単位はメートルであり、
前記表面深度係数Ｈａを用いて、探測された電磁波抵抗率グラフの測定深度に対して表面深度補正を行う場合、補正後の開始深度は
Ｈ１ｊ＝Ｈ１±Ｈａ
となり、
第４ステップにおいて、
（１）設計要求による、採集開始／完了深度の特定、
（２）サンプリング間隔の選択、
ａ、区域別の地層を比較し、大地地層電気特性の界面を追跡する時に、サンプリング間隔として５ｍ、１０ｍ、２０ｍのいずれかを選択、
ｂ、鉱層（油層、石炭層、金属鉱層）、亀裂帯を追跡及び探測する時に、０．２ｍ、０．５ｍ、１ｍのいずれかを選択、
ｃ、サンプリングの点数を設定
完了深度≦ １０００ｍの場合、８点
完了深度≦ ２０００ｍの場合、１６点
完了深度≦ ４０００ｍの場合、３２点
完了深度≦ ８０００ｍの場合、６４点
ｄ、サンプリング周期としては、それぞれ１２８、６４、３２、１６を選択、
（３）チャンネルのゲインの設定
デュアルセンサーを使用する場合は、第１チャンネル及び第２チャンネルを選択し、多重センサーを使用する場合は、第１チャンネルから第８チャンネルまでを選択し、
（４）ローパス・フィルターの設定
商用電源による外乱が強い地域及び浅層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用し、商用電源による外乱が弱い地域及び深層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用しないなどの操作を行い、
第５ステップにおいて、前記第４ステップでのキャリブレイション及び値の設定が実行された装置を用いて資料の採集を行い、オリジナル資料品質基準を満たしているかを確認してから、資料に対して現場処理を行い、採集されたレコードファイルを前記採集制御・データ記憶及び処理システムにおけるプログラムに呼び込み、更に、前記開始深度及び補正後のサンプリング間隔を入力して、データ処理を行うとともに、インタフェースにおいて縦及び横座標のスケールを特定することにより、データ処理の結果グラフを取得することを特徴とする大地電磁波抵抗率測定方法。
【請求項２】
前記既知の井戸を選択する条件としては、（１）その地層が代表的なものであり、（２）抵抗率のボーリング検層資料、又はコアリングなどの資料を有し、（３）地層傾斜角≦１５度であり、（４）地面上に工業用配電ネットワークなどによる強い外乱が存在しないことを特徴とする請求項１に記載の大地電磁波抵抗率測定方法。
【請求項３】
電場強度信号を検出する電場センサー（１）と、磁場強度信号を検出する磁場センサー（２）と、それぞれ前記電場センサー（１）と前記磁場センサー（２）とに接続される少なくとも二つのプリアンプ（３）と、前記プリアンプ（３）と接続されるデータ採集装置（４）及び一つの採集制御・データ記憶及び処理システム（５）とを含み、前記データ採集装置（４）は、データバスと制御バスを経由して前記採集制御・データ記憶及び処理システム（５）と接続され、前記採集制御・データ記憶及び処理システム（５）には、地層深度（Ｈ）と伝播周波数（Ｆ）との間のＨ−Ｆ基本関係式、及び電磁波抵抗率（ρ）と深度（Ｈ）との間のρ−Ｈ基本関係式が格納され、前記基本関係式に基づきデータに対して記憶・処理を行うことにより、大地電磁波抵抗率に対する連続的な測定を行うプログラムシーケンスを実現することを特徴とする大地電磁波抵抗率測定装置。
【請求項４】
前記採集制御・データ記憶及び処理システム（５）として、ノートパソコンを用いるとともに、プリンタポートが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の大地電磁波抵抗率測定装置。
【請求項５】
前記電場センサー（１）は、少なくとも１対の鉛電極、又は銅電極、又は分極しない他の電極を含み、前記磁場センサーは、巻数が複数回になっている環状の誘導コイル、又は磁束負帰還特性を持つ、巻数が複数回になっている環状の誘導コイルを用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の大地電磁波抵抗率測定装置。
【請求項６】
前記プリアンプ（３）は、入力アンプ、多段ウエーブトラップ、ローパス・フィルター、出力アンプを含むことを特徴とする請求項５に記載の大地電磁波抵抗率測定装置。
【請求項７】
前記データ採集装置（４）は高速データ採集装置であることを特徴とする請求項６に記載の大地電磁波抵抗率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球物理学的探査の方法及び装置、特に、周波数を直接的に深度に変換する大地電磁波抵抗率測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な大地電磁波深度探測法は前世紀５０年代から始まり、今まで既に５０年以上の歴史がある。この方法は、電磁誘導の原理に基づいた、地球の電気特性を研究するための地球物理学的方法である。地球の電気特性を研究する様々な電気的方法及び電磁的方法において、大地電磁波深度探測法は、探測可能深度が深く、高抵抗層に遮蔽されず、比較的に分解能に優れ、等価範囲が狭く、作動コストが安いとともに、屋外機器の携帯性に優れているなどの特徴を有している。これは、主に、大地電磁波深度探測法において、周波数帯域が非常に広く、且つ巨大なエネルギーを持つ天然交流電磁場をフィールドソースとしたためである。大地電磁波深度探測法は、電磁波の波動方程式に基づいたものであり、この方法のスカラー抵抗理論の成立前提としては、平面電磁波が垂直な方向から地球表面に入射されることと、地層が水平の層状の媒質であることである。地層が水平の、一様でない構成であり、且つ異方性を有する場合、地層の抵抗は時間及び測定方向の変化に伴って変化していくが、その場合には、大地電磁波深度探測テンソル抵抗理論が用いられる。大地電磁波深度探測の基本理論に基づき、ソ連、米国、フランス、ドイツ、カナダなどの国が様々な大地電磁波深度探測装置を開発したが、中国も、大地電磁波深度探測装置を開発した上で、大地深度探測理論に基づき屋外観測資料に対する解釈方法を提出している。その定量的解釈とは、主に見掛け比抵抗グラフにより、地下の電気特性階層に対してインバージョンアルゴリズム（Inversion Algorithm）実行することである。大地電磁波深度探測の実測グラフを計算するコンピュータは自動的にインバージョンアルゴリズム実行する。つまり、通常、与えられた初期パラメータ（Ｈｉ、ρｉ）により理論グラフを算出し、実測グラフと比較を行ない、最小分散の原理に基づくパラメータの補正を繰り返すことにより、実測グラフと最も近似する理論グラフを探し出す。このとき、この理論グラフに対応されるパラメータがこのインバージョンアルゴリズムの解となる。その後、更に一次元の連続モデルの大地電磁波深度探測のインバージョンアルゴリズムが提案された。地球媒質の抵抗率を、等方性で、且つ深度に伴って連続的に変化する関数と見なしている。そのアルゴリズムにおいては、同様に、初期モデルにより理論グラフを算出し、実測グラフと比較することにより初期モデルを補正し、徐々に実測グラフにアプローチし、最後に、唯一性評価を経た、抵抗率が深度に伴って連続的に変化するようなグラフを取得する。大地電磁波深度探測法は、地殻上のマントルに対する研究、堆積盆地及び石油と天然ガスの埋蔵構造の予備探査、サーマルエネルギーフィールド（Thermal Energy Field）の調査及び探査、地震予報及び金属鉱産物、地下水源の探査などの分野に適用される。
【０００３】
大地電磁波深度探測法は幅広く用いられるようになっているが、その探査精度が低く、一般的に階層の厚さ単位が百メートルになり、更に数千メートルにまでなることもあるが、数十メートルになっている場合はほとんどないので、鉱山の探査においてそれ以上の役に立つことができない。また、その探査の効率もさらに向上することが要求されている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、前記問題点を克服し、探査深度が深く、高抵抗層に遮蔽されず、高精度、高効率で実施できる大地電磁波抵抗率測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定方法は、電場センサー、磁場センサー及びこれらと接続されるデータ採集装置を用いて、地層に対しサンプリングを行ない、地層深度と伝播周波数との基本関係式や、電磁波抵抗率と深度との基本関係式により、サンプリングデータに対して、採集制御・データ記憶及び処理を行うことにより、大地電磁波抵抗率に対する連続的な測定を実現するものであって、
観察用線形座標系を設定し、予め初期採集パラメータを設定する第１ステップと、
深度係数（Depth Factor）を特定する第２ステップと、
表面深度係数を補正する第３ステップと、
他の採集パラメータを選択する第４ステップと、
資料採集と現場処理を行なう第５ステップを備え、
第１ステップにおいて、設定された観察用線形座標系における周波数と深度との関係式は、
Ｆ＝ａ＋ｂＫ’／Ｈ          （１）
となり、但し、
Ｆは、周波数であり、その単位はヘルツであり、
Ｈは、深度であり、その単位はメートルであり、
ａは、表層補正係数である小さい値であり、第１ステップの操作においては無視できるようなものであり、
ｂは、地層抵抗率が深度の変化に伴って変化する区域性の増加係数であり、その値が０．１に設定されたものであり、
Ｋ’は、電磁波の地層中での伝播に対して定義した探査可能深度の値であり、
予め設定された初期採集パラメータとして、測定開始深度値Ｈ１、測定完了深度値Ｈ２、サンプリング間隔値Ｓがあり、それらのＨ１、Ｈ２、Ｓの単位はメートルであり、
第２ステップにおいて、探査区域又はその隣接区域において、既知の井戸を選択し、その既知の井戸の附近で探測を行い、電磁波抵抗率グラフを取得し、そのグラフを用いて既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較し、
測定された電磁波抵抗率グラフからその一部分を切り取り、既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較して、次の式によりサンプリング間隔Ｓ’を算出し、
Ｓ’＝（Ｈｐ２−Ｈｐ１）／（Ｌ２−Ｌ１）      （２）
但し、
Ｈｐ１は、既知の井戸の第１ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｈｐ２は、既知の井戸の第２ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｌ１は、第１ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号であり、
Ｌ２は、第２ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号であり、
なお、
Ｅ＝Ｓ’／Ｓ                       （３）
とすれば、Ｂ＝ＥｂＫ’となり、
但し、Ｂは、実際に特定される深度係数で、式（１）におけるｂＫ’値を置き換えて、周波数と深度との関係の変換を行うためのものであり、簡略化後の式（１）は、
Ｈ＝ＢＴ                            （４）
となり、但し、Ｔは周期で、その単位はμｓであり、Ｂ値の範囲は０．００１−１．０００の間になり、
上記の手順に従ってパラメータＢを特定し、
第３ステップにおいて、第２ステップで特定されたグラフを用いて、既知の井戸の抵抗率グラフに対して、その全測定区間における比較を行うが、その各特徴点深度の間に存在するシステム誤差の値は
Ｈａ＝Ｈｄ-Ｈｃ                    （５）
となり、但し、
Ｈａは表面深度係数であり、
Ｈｄは、既知の井戸のボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、
Ｈｃは、探測された電磁波抵抗率グラフにおける同一の特徴点の深度であり、Ｈａ、Ｈｄ、Ｈｃの単位はメートルであり、
前記表面深度係数Ｈａを用いて、探測された電磁波抵抗率グラフの測定深度に対して表面深度補正を行う場合、補正後の開始深度は
Ｈ１ｊ＝Ｈ１±Ｈａ
となり、
第４ステップにおいて、
（１）設計要求による、採集開始／完了深度の特定、
（２）サンプリング間隔の選択、
ａ、区域別の地層を比較し、大地地層電気特性の界面を追跡する時に、サンプリング間隔として５ｍ、１０ｍ、２０ｍのいずれかを選択、
ｂ、鉱層（油層、石炭層、金属鉱層）、亀裂帯を追跡及び探測する時に、０．２ｍ、０．５ｍ、１ｍのいずれかを選択、
ｃ、サンプリングの点数を設定
完了深度≦ １０００ｍの場合、８点
完了深度≦ ２０００ｍの場合、１６点
完了深度≦ ４０００ｍの場合、３２点
完了深度≦ ８０００ｍの場合、６４点
ｄ、サンプリング周期としては、それぞれ１２８、６４、３２、１６を選択、
（３）チャンネルのゲインの設定
デュアルセンサーを使用する場合は、第１チャンネル及び第２チャンネルを選択し、多重センサーを使用する場合は、第１チャンネルから第８チャンネルまでを選択し、
（４）ローパス・フィルターの設定
商用電源による外乱が強い地域及び浅層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用し、商用電源による外乱が弱い地域及び深層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用しないなどの操作を行い、
第５ステップにおいて、前記第４ステップでのキャリブレイション及び値の設定が実行された装置を用いて資料の採集を行い、オリジナル資料品質基準を満たしているかを確認してから、資料に対して現場処理を行い、採集されたレコードファイルを前記採集制御・データ記憶及び処理システムにおけるプログラムに呼び込み、更に、前記開始深度及び補正後のサンプリング間隔を入力して、データ処理を行うとともに、インタフェースにおいて縦及び横座標のスケールを特定することにより、データ処理の結果グラフを取得する。
【０００６】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定方法において、前記既知の井戸を選択する条件としては、（１）その地層が代表的なものであり、（２）抵抗率のボーリング検層資料、又はコアリングなどの資料を有し、（３）地層傾斜角≦１５度であり、（４）地面上に工業用配電ネットワークなどによる強い外乱が存在しないことである。
【０００７】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置は、電場強度信号を検出する電場センサーと、磁場強度信号を検出する磁場センサーと、それぞれ前記電場センサーと前記磁場センサーとに接続される少なくとも二つのプリアンプと、前記プリアンプと接続されるデータ採集装置及び一つの採集制御・データ記憶及び処理システムとを含み、前記データ採集装置は、データバスと制御バスを経由して前記採集制御・データ記憶及び処理システムと接続され、前記採集制御・データ記憶及び処理システムには、地層深度と伝播周波数との間のＨ−Ｆ基本関係式、及び電磁波抵抗率と深度との間のρ−Ｈ基本関係式が格納され、前記基本関係式に基づきデータに対して記憶・処理を行うことにより、大地電磁波抵抗率に対する連続的な測定を行うプログラムシーケンスを実現する。
【０００８】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置において、前記採集制御・データ記憶及び処理システムとして、ノートパソコンを用いるとともに、プリンタポートが設けられている。
【０００９】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置において、前記電場センサーは、少なくとも１対の鉛電極、又は銅電極、又は分極しない他の電極を含み、前記磁場センサーは、巻数が複数回になっている環状の誘導コイル、又は磁束負帰還特性を持つ、巻数が複数回になっている環状の誘導コイルを用いている。
【００１０】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置において、前記プリアンプは、入力アンプ、多段ウエーブトラップ、ローパス・フィルター、出力アンプを含んでいる。
【００１１】
本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置において、前記データ採集装置は高速データ採集装置である。
【００１２】
本発明は、探測可能深度が深く、高抵抗層に遮蔽されず、高精度、高効率である大地電磁波抵抗率測定方法及びその装置を提供し、大地電磁波抵抗率に対して連続的測定を実現している。その方法は、実際のデータを用いて、周波数と深度との関係に対して直接キャリブレイションを実行することにより、多変数理論方程式を用いて地層深度や厚さなどを取得する伝統的な方法を変更し、地層抵抗率を唯一な変数としているため、測定精度を大幅に向上させることができる。なお、装置を用いて、採集された資料に対し現場処理を行うことにより、深度変化に伴って変化する電磁波抵抗率グラフがいつでも得られるため、地下鉱物探査に直接適用されるので、井戸の掘削数を減少させることができ、探査の総合的収益を向上させることができる。大量の実測資料により検証されたように、この大地電磁波抵抗率測定装置は、次の指標をクリアしている。
深度誤差：キャリブレイション用井戸が存在するある地域においては、≦５％である。
階層化精度：高抵抗率地層≧１メートル
低抵抗率地層≧０．５メートル
探測可能深度：４０−８０００ｍ
３０−８０００ｍ（地面における電磁波による外乱が大きい地域である場合）
探測時間：測定点ごと、一回ごと、（測定深度≦４０００ｍ）、操作時間≦１ｈ、
装置重量：２０ｋｇ、工事現場に対する要求が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置におけるプリアンプ・フィルターのブロック図である。
【図３】本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置のデータ処理結果図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る大地電磁波測定方法及びその装置の技術革新点としては、一定の条件において、地層深度と電磁波の伝播周波数との関係は線形であり、また、多変数理論方程式を用いて地層深度や厚さなどを取得する伝統的な方法を変更し、実際のデータを用いて、周波数と深度との関係に対して直接キャリブレイションを実行することにより、地層抵抗率を唯一な変数としているため、採集深度における各点ごとの電場強度、磁場強度さえ取得すれば、深度変化に伴って変化する抵抗率グラフを取得することができる。
【００１５】
電磁波の伝播理論によれば、地層中で伝播される電磁場強度は指数関数的に変化、即ち電場の振幅が地層深度変化に伴って指数関数的に減衰されていくことになる。なお、伝統的な電磁波方法では、表皮厚さ（Skin Depth）を利用して装置の探測可能深度を推定している。本発明における探測可能深度は、装置の感度と入射電磁場源の強度によって決まる。入射電磁場源の強度が一定である場合、装置の感度が高いほど探査可能深度が深くなる。探測可能深度は広い変動範囲を有し、例えば、振幅が１／ｅ３まで減衰された場合（５％）の震度を装置の探測可能深度と定義した場合、探測可能深度Ｋ’の値は表皮厚さＫの３倍となる。このような探測可能深度は、この装置によって実現されるものである。また、一定の条件において、地層深度と電磁波の伝播周波数とは線形的な関係となっている。
【００１６】
まず、本発明に係る大地電磁波抵抗率測定装置について説明する。
図１を参照して、本発明の大地電磁波抵抗率測定装置は、電場強度信号を検出する電場センサー１と、磁場強度信号を検出する磁場センサー２と、二つのプリアンプ・フィルター３と、データ採集システム４と、採集制御・データ記憶及び処理システム５の５つの部分で構成されている。
【００１７】
前記電場センサー１の出力端子はプリアンプ・フィルター３の一方の入力端子に接続され、磁場センサー２の出力端子はプリアンプ・フィルター３の他方の入力端子と接続され、なお、プリアンプ・フィルター３のこれらの２つ（或は複数）の出力端子は、それぞれデータ採集システム４の２つ（或は複数）の入力端子であるＣＨ１，ＣＨ２，・・・ＣＨｎに接続される。データ採集システム４と採集制御・データ記憶及び処理システム５との接続方式としては、データ採集システム４のパラレルポート（PARALLEL PORT）と採集制御・データ記憶及び処理システム５のプリンタポートとを接続する方式１と、データ採集システム４のパラレルポートと採集制御・データ記憶及び処理システム５のパラレルポートとを接続する方式２との２種類の方式がある。データ採集システム４のデータは、採集制御・データ記憶及び処理システム５に送られると共に、採集制御・データ記憶及び処理システムは、データ採集システムに制御・採集指令を与える。
【００１８】
前記電場センサー１は、一対（又は複数対）の銅電極又は鉛電極により構成されるか、又は分極しない他の電極を用いている。磁場センサーは、一般的に、巻数が複数回になっている環状の誘導コイルを用いることが多く、磁束の負帰還特性を有する、巻数が複数回になっている環状の誘導コイルを用いることもある。これらの２つのセンサーは、それぞれ電場強度信号（Ｅｘ）と磁場強度信号（Ｈｙ）を検出する。
【００１９】
図２を参照して、各プリアンプ・フィルター３は、アンプ、多段ウエーブトラップ、ローパス・フィルター、及び出力部で構成され、電場及び磁場センサーにより検出された信号を増幅するとともに、商用電源及びその調和波による外乱を除去することにより、エイリアシング・ノイズの発生を防ぐことができる。
【００２０】
データ採集システム４としては、汎用の高速データ採集装置が用いられる。その主な性能として、サンプリング周波数は１ＭＨｚで、且つプログラムによる制御・調整が可能であり、チャンネル数≧６であり、Ａ／Ｄ変換は１２又は１６ビットであり、調整可能ゲイン値は１−１００であり、波形同期化が可能で、プログラムを用いたエイリアシング防止フィルターの遠隔制御が可能である。データ採集システムは、プログラムの制御に従って、プリアンプにより入力されたアナログ信号に対しデジタル変換を行ない、周波数に基づいてグループ化されたデジタル信号を採集制御・データ記憶及び処理システム５に出力する。
【００２１】
採集制御・データ記憶及び処理システム５は、高性能のノートパソコンであり、その中には、本形態における周波数と深度との基本方程式Ｆ＝ａ＋Ｂ／Ｈに関するプログラム、及びそれぞれの測定パラメータを予め設定するプログラムが格納され、主に、データ採集システムに対してプログラム制御を行ったり、要求に従って予定のデータ採集作業を完成させたり、その結果のデータをハードディスクに記録したりするようになっている。コンピュータには、更にデータ処理用プログラムが格納され、大地電磁波深度探測法の基本関係式であるρ＝｜Ｅｘ／Ｈｙ｜２／ωμにより、採集された電場強度Ｅｘと磁場強度Ｈｙを電磁波抵抗率に変換することができる。そして、最終的な結果をプリントアウトして出力するようになっている。
【００２２】
装置の制御プログラムの設計は、本技術案を十分に表したものであり、異なる深度の情報を採集するために、採集周波数を変更し続けることにより、それらの深度に対応する点における電場強度や、磁場強度などを採集することができる。最高精度としては、等間隔の０．２ｍの深度ごとにサンプリングを行なうことができるため、技術指標範囲内における任意深度の点から、任意深度区間に対してサンプリングを行なうことができ、深度の変化に伴って線形変化する電場強度や、磁場強度のグラフをリアルタイムで表示することができるので、採集された資料に対して、データ処理プログラムを用いて現場処理を行い、深度Ｈの変化に伴って変化する電磁波抵抗率グラフρを獲得することができる。
【００２３】
次に、本発明に係る大地電磁波抵抗率の測定方法について説明する。この方法のステップは次の通りである。
【００２４】
第１ステップ：観察用線形座標系を設定し、予め初期採集パラメータを設定する。
【００２５】
設定された観察用線形座標系において、周波数と深度との関係式は次のようになる。
Ｆ＝ａ＋ｂＫ’／Ｈ                （１）
但し、Ｆは周波数で、その単位はヘルツであり、
Ｈは深度で、その単位はメートルであり、
ａは、表層補正係数である小さい値で、ステップ１の操作においては無視できるようなものであり、
ｂは、地層抵抗率が深度の変化に伴って変化する区域性の増加係数で、その値が０．１に設定されたものであり、
Ｋ’は、電磁波の地層中での伝播に対して定義した探査可能深度の値である。
【００２６】
また、予め設定された初期採集パラメータとして、測定開始深度値Ｈ１、測定完了深度値Ｈ２、サンプリング間隔値Ｓがあり、そのＨ１、Ｈ２、Ｓの単位はメートルである。
【００２７】
測定の前に、設計要求に従って、測定開始深度値Ｈ１、測定完了深度値Ｈ２、サンプリング間隔値Ｓを、関係式（１）により確定されるパラメータＦに変換して、大地電磁波抵抗率測定装置の各パラメータインタフェースに予め設定することにより、装置が正常的に稼動するようにする。
【００２８】
第２ステップ：深度係数Ｂを特定する。
まず、探査区域又はその隣接区域において、既知の井戸を選択する。但し、この既知の井戸は、以下の条件を満たすこととする。（１）その地層が代表的なものである。（２）抵抗率のボーリング検層資料、又はコアリングなどの資料を有している。（３）地層傾斜角≦１５度を満たす。（４）地面上に工業用配電ネットワークなどによる強い外乱が存在しない。なお、既知の井戸が存在しない新規区域に対しては、この区域と近似している他の区域における以前の深度係数、或は電気特性の特徴を有する他の地層の階層資料を用いることができる。
【００２９】
既知の井戸を選択してから、その既知の井戸の附近で探測を行い、電磁波抵抗率グラフを取得し、そのグラフを用いて既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較することにより、これらの二つのグラフが各特徴点において近似しているかどうかを判断する。それらの相関性がよくない場合、電場センサーと磁場センサーの方向を所定の角度で回転させ、相関性に最も優れているグラフを取得するまで、再び繰返しサンプリングを行なう。この時、測定されたグラフの縦座標は、電磁波抵抗率、電場強度、磁場強度であり、横座標は採集された点の番号である。それから、次の手順により、パラメータＢを特定する。
【００３０】
測定された電磁波抵抗率グラフからその一部分を切り取り、既知の井戸の電磁波抵抗率グラフと比較して、次の式によりサンプリング間隔Ｓ’を算出する。
Ｓ’＝（Ｈｐ２‐Ｈｐ１）／（Ｌ２-Ｌ１）        （２）
但し、式（２）において、
Ｈｐ１は、既知の井戸の第１ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｈｐ２は、既知の井戸の第２ボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、その単位はメートルであり、
Ｌ１は、第１ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号であり、
Ｌ２は、第２ボーリング検層の特徴点と近似する特徴を持つ、新しく探測された電磁波抵抗率グラフの採集点の番号である。
【００３１】
なお、
Ｅ＝Ｓ’／Ｓ                 （３）
とすれば、Ｂ＝ＥｂＫ’となるが、Ｂは、実際に特定される深度係数で、式（１）におけるｂＫ’値を置き換えて、周波数と深度との関係の変換を行うためのものであり、簡略化後の式（１）は、
Ｈ＝ＢＴ                          （４）
となるが、上の式において、Ｔは、周期で、その単位はμｓであり、Ｂ値の範囲は０．００１−１．０００の間になる。
【００３２】
深度キャリブレイション用井戸が無い新規区域に対しては、この区域と近似する他の区域における以前の深度係数を用いて、基本関係式に対してキャリブレイションを実行してから測定を行なっても、好ましい効果を得ることができる。装置には、実践により検証された深度係数に関する、１セットのパラメータが予め設定され、使用できるようになっている。
【００３３】
第３ステップ：表面深度係数Ｈａを補正する。
第２ステップにおいて特定されたグラフを用いて、既知の井戸の抵抗率グラフに対して、その全測定区間における比較を行っているが、この場合、各特徴点深度の間に存在するシステム誤差の値は次のようになる。
Ｈａ＝Ｈｄ-ＨＣ                （５）
但し、Ｈａは、表面深度係数であり、
Ｈｄは、既知の井戸のボーリング検層グラフにおける特徴点の深度であり、
Ｈｃは、探測された電磁波抵抗率グラフにおける同一の特徴点の深度であり、Ｈａ、Ｈｄ、Ｈｃの単位はメートルである。
前記表面深度係数Ｈａを用いて、探測された電磁波抵抗率グラフの測定深度に対して表面深度補正を行う場合、補正後の開始深度は次のようになる。
Ｈ１ｊ＝Ｈ１±Ｈａ
【００３４】
第４ステップ：他の採集パラメータを選択する。
（１）設計要求により、採集開始／完了深度を特定する。
（２）サンプリング間隔を選択する。
ａ、区域別の地層を比較し、大地地層電気特性の界面を追跡する時に、５ｍ、１０ｍ、２０ｍのいずれかを用いる。
ｂ、鉱層（油層、石炭層、金属鉱層）、亀裂帯を追跡及び探測する時に、０．２ｍ、０．５ｍ、１ｍのいずれかを用いる。
ｃ、サンプリングの点数を設定する。
完了深度≦ １０００ｍの場合、８点を取る。
完了深度≦ ２０００ｍの場合、１６点を取る。
完了深度≦ ４０００ｍの場合、３２点を取る。
完了深度≦ ８０００ｍの場合、６４点を取る。
ｄ、周期数のサンプリングに対応される値としては、１２８、６４、３２、１６である。
（３）チャンネルのゲインを設定する。デュアルセンサーを使用する場合は、第１チャンネルＣＨ１及び第２チャンネルＣＨ２を選択し、多重センサーを使用する場合は、第１チャンネルＣＨ１から第８チャンネルＣＨ８までを選択し、目的層区間における信号採集を保証する上で、比較的に低いゲインを選択することにより、交流商用電源による外乱を抑制することができる。
（４）ローパス・フィルターを設定する。商用電源による外乱が強い地域及び浅層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用し、商用電源による外乱が弱い地域及び深層に対して測定する時には、自動追跡フィルターを使用しなくてもよい。
【００３５】
第５ステップ：資料採集と現場処理を行なう。
前記各ステップでのキャリブレイション及び値の設定が実行された装置を用いて資料の採集を行い、オリジナル資料品質基準を満たしているかを確認する。そして、資料に対して現場処理を行い、採集されたレコードファイルを前記採集制御・データ記憶及び処理システムにおけるプログラムに呼び込み、更に、前記開始深度及び補正後のサンプリング間隔を入力して、データ処理を行うとともに、インタフェースにおいて縦及び横座標のスケールを特定することにより、データ処理の結果グラフを取得する。図３を参照して、その横座標は、深度を示している線形座標で、その深度スケールは要求に従って調整可能であり、縦座標は、上のグラフにおいて電磁波抵抗率を示し、線形と対数の二種類の座標が選択可能であり、なお、間に挟まれているグラフは電場強度を示し、下のグラフは磁場強度を示しているが、いずれのスケールも調整可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る実施形態によれば、従来の大地電磁波測定法と比べ、その探測可能深度が同一である場合に、その階層化精度が大幅に向上されることにより、大地電磁波深度探測が区域予備探査しか行えない段階から探査段階まで進み、井戸を掘削する数を少なくすることができ、探査の総合的収益が大幅に向上されるようになった。また、同一の深度を測定する場合に、装置の感度に対する要求が比較的大幅に低いので、装置を容易に製造することができる。さらに、測定時間が短くなり、外乱や、装置の精度のシフトや、電極の分極などによる影響が低減され、効率も良くなっている。また、屋外観測資料に対する解釈も簡単になり、一次元の解釈において、深度を特定してから、その深度における点での電場強度及び磁場強度を読み取るだけで、電磁波抵抗率を容易に取得することができ、容易にリアルタイム処理解釈を実現することができる。なお、井戸を掘らずに深度変化に伴って変化する抵抗率グラフが測定できるので、地面地球物理学的探測を、例えば、油田の水層に対するモニターリング、亀裂帯の分布に対する調査、層間の比較、石炭層、金属鉱層の追跡などを用いて、地球構造学的問題を解決する能力を大幅に広げることができた。大地電磁波抵抗率測定方法及びその装置は、様々の探測段階に用いられる有効な方法及び手段となり、総合的探査収益を向上させることができるとともに、深層探査にも効果的な手段を提供することができる。また、本発明は、アクティブな電磁波深度探測にも適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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