（833）

米国物理探査学会、参加報告
金属資源探査推進グループ
探査第一チーム サブリーダー
arai-eiichi@jogmec.go.jp

荒井 英一

レ
ポ
ー
ト

金属資源探査推進グループでは、高温超電導磁力計（SQUID磁力計）による電磁探査装置の製作を主とした新しい電磁探査技術の開発に取り組んでいる。SQUID磁力計を用いた物理探査技術の動向や、

米
国
物
理
探
査
学
会
︑
参
加
報
告

電磁探査等の技術開発動向を調査するために、平成16年10月10日から15日にかけて米国デンバー
市で開催された米国物理探査学会（第74回SEG国際展示会/年次総会）に参加した。具体的には、電磁探査法等に関する測定機器、解析技術及びその金属鉱床探査への適用についての講演を聴講し、金属資源探査推進グループで開発しているSQUID磁力計を用いた電磁探査装置の開発・進捗について講演した。本稿では、まず、米国物理探査学会の概要を説明し、次に、この学会での調査結果に他の論文や資料の内容も加えた形で、最近の技術動向について報告する。最後に、当方による講演の概要についても報告する。

1. 米国物理探査学会の概要

開催される例年の国際展示会/年次総会に比べて、石米国物理探査学会（SEG：Society of Exploration
Geophysicists）は、1930年に設立された歴史のある学会であり、今年（2005年）で創設
75周年を迎える。学会員は米国に限らず、アジア、欧州、豪州、中南米、アフリ
カと世界各国のgeophysicistsから構

表1

分野
石油等

（2003年12月31日時点）と世界で最も大きな物理探査学会である。
SEG国際展示会/年次総会（SEG
International Exposition and
Annual Meeting）は毎年1回、秋に開催されるものであり、今回で74回目となる。2004年は10月10日〜15日までの6日間、デンバー市のコンベンショ
ンセンターで開催された。
講演及びポスターセッションでは、石油探査を対象としたものが約8割と多く、金属資源、地熱、土木・環境などは2割を占めるにすぎなかった。しかし、であるコロラド州で開催されたということもあり、ヒューストン等の南部で

金属・地熱
その他

講演は11のホールで行われた。講演はその内容に第74回国際展示会/年次総会での講演テーマとセッション及び講演数

成されており、学会員数は約21,000人

かつての非鉄金属探査の中心地の一つ

油探査以外の件数は若干多いように感じられた。

テーマ
Acquisition and survey design
Anisotropy
AVO
Crosswell and passive seismic
Migration
Reservoir characterization
Seismic inversion
Seismic modeling
Seismic processing
Seismic theory
Time lapse
Velocity analysis
VSP
Special session
Borehole geophysics
3
Case histories and interpretation
Multicomponent
MultiplesRock properties
Tomography
Gravity and magnetics
Electromagnetics
Mining and geothermal
Near surface and environment

5

セッション数 講演数
3
24
3
23
2
15
1
8
4
32
4
30
2
16
1
8
40
1
8
4
29
2
15
2
16
3
23
13
4
32
3
23
3
24
3
24
2
16
3
24
4
32
3
23
4
28

金属資源レポート 2005.3

17

（834）

応じて24のテーマに分類され、さらに計69のセッ

Geological

ションに分割された。なお、各テーマとそのセッシ

Geophysical Prospecting, Geophysical Research

ョン及び講演数は表1のとおりであった。

Letters, Geophysics, Geophysical Journal

Carpathica,

Geomorphology,

International, Journal of Applied Geophysics,

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探
査
学
会
︑
参
加
報
告

4日間の講演期間中で、講演数は526件、ポスタ

Journal of Volcanology and Geothermal Research,

ー発表は143件あった。今回は、前述のとおりコロ

Marine Geology, SEG Extended Abstracts, The

ラド州という土地柄を反映してか、金属鉱床探査のLeading Edge, Physics of the Earth and Planetary

ケーススタディに関するセッションも設けられていInteriors, Sedimentary Geology, AAPG Bulletin,

た。

Ground Water

コンベンションセンターのExhibitホールでは、国際展示会が開催された。これは物理探査関連機器及Mappingに関する論文が多いことから、空中電磁びソフトウェアの展示会であり、世界各国の計286

探査法の役割や利用機会が増してきていると解釈す

組織が出展していた。民間企業がほとんどであったることができる。しかし、コストが空中磁気探査の5が、USGS等の公的機関や他国の物理探査学会、大〜10倍と高価なために、広域的な探査に利用される学なども出展していた。

ことは少なく、ターゲットを迅速に直接的に捕捉する手法として利用される傾向が強い。

2. 電磁探査法の技術動向

空中電磁探査、地上電磁探査、SQUID磁力計を用

ここでは、本学会に限らず近年の物理探査技術のいた技術開発に分けて、調査結果を以下にまとめる。

論文・資料も踏まえて、最近の電磁探査法の技術動（1） 空中電磁探査の現状

向について報告する。
MIM Exploration社は、電磁探査装置の開発動向

1990年代の空中電磁探査技術の主な進歩として、や、電磁探査法が金属鉱床探査や環境分野にどのよ

固定翼による時間領域システムの高性能化と、周波うに利用されているか調べるために、1998年から

数領域システムで低い送信周波数（数十Hz）が利用

2002年の間に掲載された電磁探査法関連の論文のできるようになったことが挙げられる。低周波数を

テーマ内訳を表2のように分析している。

利用できる周波数領域システムの出現により、豪州、
アフリカ南部、南米など、導電性の風化層により鉱表2 1998〜2002年に掲載された電磁探査法関連の論文のテーマ内訳
テーマ

件数

床がマスクされている地域でも周波数領域システムが利用されるようになった。時間領域システムについては、INPUTシステム以来、主流であった半サイ

Mapping41

Direct detection or discovery
Case histories

8
11

Theoretical modeling and R&D

42

Equipment

5Oil, gas and coal exploration1

進歩により、送信電流のオフ時間だけでなくオン時

Ground penetrating radar4間でも測定できるようになった。さらに、磁場の時ン波に代わって、送信波形として矩形波も利用されるようになり、ハードウェア技術（データ記録のデジタル化、PC性能の向上、記憶容量の増大など）の間微分ではなく磁場を測定するシステムも開発され、なお、上記件数は、次の学会誌に掲載されたもの

18

また、データの周波数帯域も格段に広くなったため、である。

従来の｢アノマリハンティング｣としてのツールではExploration Geophysics, Australian Institute of

なく、｢比抵抗マッピング｣のツールとしても利用さ

Geoscientists, Bulletin of Volcanology, Canadian

れるようになってきた。

Journal of Earth Sciences, Engineering Geology,

1990年代には、ヘリコプターによる時間領域シEnvironmental and Engineering Geoscience,

ステムが5件開発された。MIM社などにより開発され金属資源レポート 2005.3

（835）

たHeliTEMは、直径6mの2方向（成分）送信コイル（ 深 度 3 0 0 m 程 度 ）の 時 間 領 域 シ ス テム で あ る 。

から送信して、同心円状に配置された3成分受信コイ

Noranda社は、1999年に既知鉱徴地で幾つかのシルにより磁場時間微分を測定するシステムである

ステムを用いて性能比較を実施しており、MEGATEM（ し か し 、 試 験 機 製 作 後 に 開 発 が ス ト ッ プ し た ）。

2が鉱床探査にとって最も有効であると判断されていNormandy社によるHoistEMは深度方向1成分の送る。このような経緯から、現在ではNoranda社がこの受信システムであり、自社探査で既に利用されていシステムの更なる改良を行っている。MEGATEM 2る。Anglo-American社はEXPLOREHEMを開発しを用いたカナダMatagami Mining Campでの空中て自社探査に利用している。その他、北米の2社がヘ電磁探査で捕捉した有望範囲のフォローアップ調査

リコプター搭載型の時間領域システムを開発していの結果、2000年3月に新規鉱床を発見している。なる。なお、興味深い研究開発として、Elliot

お 、 MEGATEM 2の 送 信 モ ー メ ン ト はGeophysics社やFUGRO社は、地表に設置した送信

3,000,000Am2（送信ループ面積：406m2、4回

ループから送信して、ヘリコプターで受信するハイか5回巻き）で、送信周波数は12.5〜90Hz、受信

ブリッド空中電磁探査システム（それぞれ、成分は3成分である。

FlairTEM、TerraAir）を開発中である。

レ
ポ
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ト

既に探査で利用されているその他の空中電磁探査

MEGATEM 2（固定翼機システム）はFUGRO社がシステムとしては、Anglo-American社が開発した鉱床を直接捕捉できるように開発した大深度調査用

S P E C T R E M （ 固 定 翼 機 の 時 間 領 域 シ ス テ ム ）、

表3

空中物理探査装置の技術動向（Nabighian and Asten, 2002）

Instrument

Technology

Companies

Status

GEOTEMDEEP(fixed wing)
SPECTREM TEM(fixed wing)
TEMPEST(fixed wing)

25Hz Time-domain Air EM
Time-domain Air EM
Time-domain Air EM

Operational
Operational
Operational

MEGATEM(fixed wing)

GEOTEM installed on a Dash
7 for high-altitude,high-power platform
Ground Tx, helicopter Rx TEM
Ground Tx, helicopter Rx,
unsynchronized TEM
Digital receiver towed-beamhelicopter system
Digital waveform, harmonicfrequencies measured
Lightweight towed-beamdigital HEM system
Helicopter TEM
Helicopter TEM
Helicopter TEM using Super
imposed vertical dipole
Tx and Rx
Helicopter TEM using towardvertical Tx dipole and Rx coils
in helium dirigible
Helicopter TEM
Helicopter TEM
Digital wing-tip frequency domain
Dual frequency wing tip AEM
Natural source AMT/MT
Squid sensor receiver
Rotating accelerometers

Aberfoyle-BHP-Geoterrex(now Fugro)
Anglo-American
CRC AMET-World Geosciences(now Fugro),
NorandaGeoterrex-Dighem(now Fugro), Noranda

Elliot Geophysics(Elliott, 1998)
Geoterrex-Dighem(Fugro)(Smith et al., 2001)

Trial surveys completed
Prototype

Geoterrex-Dighem(Fugro)

Operational

Geophex-UTS

Operational

GeotechOperational

MIM-Aerodat
Anglo-American(Koslin, 2000)
Aeroquest

Development ceased
Limited operational use
Operational

T.H.E.M. Geophysics

Operational

Normandy(Boyd. 2001)
Nowmont Mining Corporation
Geotech-GeoInstruments(Fugro)
Geological Survey of Finland(GTK)
Barringer Geosystems
BHP Reserch
BHP

Undergoing commercialization
Operational
Final testing
Operational
In testing
Development postponed
Operational

Rio Tinto

Development stopped in 1997

CSIRO plus Anglo-American

Development continuing

FlairTEM
TerraAirDIGHEMDSP(helicopter)
GEM 2A(helicopter)
Hummingbird(helicopter)
Heli TEM
EXPLORHEM
AeroTEM(helicopter)

T.H.E.M(helicopter)

HoistEM
Newmont Airborne EMP
MIDAS(fixed wing)
GTK AEM(fixed wing)
Dicon/Q-Trac
Airborne TEM
Airborne gravity
gradiometer(Falcon)
Airbone gravity
gradiometer
Airbone gravity
gradiometer

Superconducting scissors
pendulum
Falling-masses

Operational

金属資源レポート 2005.3

19

米
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（836）FUGRO社のTEMPEST（固定翼機の時間領域シス・サンプリング周波数：100kHzテム）、Newmont社によるNEWTEM（ヘリコプタ

・対地高度：30〜40m

ー に よ る 時 間 領 域 シ ス テ ム ）、 A e r o q u e s t 社 のAeroTEMなどがある。

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NEWTEMを利用するメリットとしては

Barringer GeoSystem社のDICONは、地下の誘

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・低コスト

電率と導電率の分布を調べるための空中MT法探査シ

・探査深度が大きい（10〜300m）

ステムであり、MT法にしては非常に高い周波数を用（0.5〜5,000Ω-m）・調査可能な比抵抗レンジが広いいる画期的なものである。DICONとは、 Dielectric

・低速・低高度で測定するために高分解能なデータを

and Conductivityの略であり、1〜480Hzの間の自然に存在する電磁場を測定するものである。このシステムは同時に3方向の磁場偏差を高精度に測定することができ、鉱化作用に関係する変質帯を精度良く捕捉することができると期待されるものである。

取得することができる
・小型軽量であり、可搬性に優れている。普通サイズのヘリコプターで調査可能であるが挙げられる。
Newmont Mining社は1995年に、システムを設計するためのモデル計算（ユタ大学が開発した3次元

Nabighian and Asten（2002）は、空中物理探モデリングプログラムSYSEMを利用）を開始し、査装置の技術動向を表3のようにまとめている。この1996〜1999年でシステムを完成させた。2000

ように、幾つもの鉱山会社及び物探コンサルタント

年には、ネバダ州でフィールドテストを実施し（測会社が空中電磁探査システムの開発を行っているが、線間隔100m、測線数81本）、50m下の岩相分布

そ の 中で 詳 細 を調 査 す る こと の で きた NEW TEM（堆積岩と花崗岩質貫入岩）を精度良く捕らえた。同（Newmont Mining社）とAeroTEM（Aeroquest

社は、物探コントラクターにNEWTEMを利用するラ社）について以下に示す。

イセンスを与えることによるNEWTEMの商用化を検討している。また、他社とのJVにより、NEWTEM

Newmont Mining社によるNEWTEMの更なるフィールドテストや、NEWTEMを利用した

Newmont Mining社は、1995年から2001年に金鉱床探査を実施していく予定である。

かけて、ヘリコプターによる金鉱床探査用の時間領域システム（NEWTEM）を開発した。NEWTEMは、

Aeroquest社によるAeroTEM

Normandy社の協力も得ながら開発したために、

Aeroquest社は、1999年よりAeroTEMを開発

Normandy社が開発したHoistEMと多くの共通点がしている。AeroTEMは、ヘリコプターによるステッ

見られる。固定翼機を利用する時間領域システムは

プ応答システム（オン・オフ時間のある三角波送信）

機体を取り囲むように送信ループを設置するが、ヘである。主な仕様は以下のとおり。

リコプター搭載型であるNEWTEMは、フラックスゲ

・送受信コイル配置：インループ配置

ート磁力計、コイル型磁力計に加えて送信ループも・受信成分：3成分曳航する。オン・オフ時間の短い矩形波を送信し、・送信ループサイズ：直径5m

その送信モーメントは最大で約80,000Am である。

・送信波形：三角波（オン時間1.15msec）

2

NEWTEMの主な仕様は以下のとおりである。

・送信電流の基本周波数：150Hz

・最大通電値：275A

・送信電流の最大値：260A

・送信ループサイズ：直径20m

・最大送信モーメント：40,000Am2・送信電流波形：矩形波・ランプタイム：100μsec

20

現在の空中電磁探査システムは、①送信コイルと・送信電流の基本周波数：25/30Hz

受信コイルを内蔵したバードを曳航する周波数領域

・受信時間：10μsec〜6msec

システムと、②送信ループを固定翼機を取り囲むよ

金属資源レポート 2005.3

（837）

うに設置し、受信コイルを曳航する時間領域システ

1999年には、この調査により抽出した低比抵抗異ムが主流である。①のシステムは周波数帯域が狭く

常にボーリングを掘進して、深度200m周辺の2.2m

送信モーメントはそれほど大きくはないが、局所的の範囲で塊状硫化鉱床をヒットした。また、Aurogin

な調査分解能が高いという特徴があり、②のシステ

Resources社によるNew Brunswick州Belledune

ムは周波数帯域が広く送信モーメントが大きいため地域でのCu-Zn-Pb鉱床探査では、総測線長800に探査深度が大きいことが特徴である。AeroTEMシLine-kmでAeroTEMを用いた調査が行われ、それにステムは、その両方の長所（周波数帯域が広く送信よる比抵抗異常に2本のボーリングを掘進したとこ

モーメントが大きいが、局所的な調査分解能も高い）

ろ、深度145mで15％の硫化鉱物（Au-Ag-Cu）をを実現しようとしたシステムである。送受信コイル捕捉した。

間隔が調査ターゲットまでの距離の0.6倍か、送受信

Aeroquest社は現在、導電性の非常に高い鉱床へ

コイル配置がコインシデント配置の場合に、調査タの探査能力の改善を図るために、送信電流の通電時

ーゲットと送信ループとのカップリングが最大となにもデータを取得するオンタイム測定の研究開発をるが、調査前からターゲットの位置（深度）が分か行っている。

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っている場合は希であるため、コインシデント配置が望ましい。AeroTEMは、送信ループの中心で測定（2） 地上電磁探査するために、コインシデント配置に近いものであり、

地上電磁探査装置についても送信電流のオン・オ

調査ターゲットとのカップリングを十分に考慮した

フ時間でデータを取得するシステムが主流となり、システムとなっている。

近年、高いサンプリング周波数（約100kHz）と、

AeroTEMでは、送受信コイルの対地高度として広いダイナミックレンジ（約120dB）でデータを取30mが理想であり、飛行時でのヘリコプターと送受得できるシステムが開発されている。これらは石油

信コイルとの距離が、40mとなるように設計されて探査では利用されていたが、そのデータ処理・解析いる。この場合、送信コイル直下の地表面での最大に要するコストが高かったことから、金属鉱床探査

一次磁場は300nTとなり、FUGRO社のGEOTEMで利用され始めたのは最近の話である。Pacific Oilのような大深度探査用の固定翼機システム（最大送& Gas社とCRA Exploration社により1990年代前

信モーメント500,000Am ）のそれ（55nT）より半に開発されたETEMは、開発当初は豪州McArthurも大きい。GEOTEMの場合、送信モーメントが大きBasinでの石油・天然ガス探査に利用されていたが、く、かつ送信ループサイズが大きいために、深度

最近では金属鉱床探査にも利用され始めている。

300mの導電性鉱床中に大きな誘導電流を発生させ

MIM Exploration社で開発されたMIMDAS（MIM

ることができる。AeroTEM開発では、深度に応じた

digital acquisition system）は、100個程度の受一次磁場の減衰をいかに小さく抑えるかが課題の一信機を同時に展開することのできるTDEM、MT、つであったが、モデリングの結果では、深部でCSMT法データ取得システムである。しかし、MIM-

GEOTEMには劣るものの、深度約200mを調査する

DASはMIM Exploration社による自社探鉱のみに利上で十分な大きさの一次磁場となっている。また、用されている。Western Mining社のスポンサーの

AeroTEMは、送信ループが小さいために、小さなタ

下で、Electromagnetic Imaging Technology社

ーゲットに集中して大きな誘導電流を発生させるこが開発したSmartEMは、オン・オフ時間でデータをとができ、大きな送信ループを用いるGEOTEMより取得し、システムノイズを従来の装置よりも一桁もも局所的な調査能力が高くなる。

小さく抑えたシステム（ダイナミックレンジ16bit、

2

AeroTEMを用いた金属鉱床探査も既に行われてお8チャンネル）である。

り、Nuinsco Resources社によるカナダのLac

塊状硫化物鉱床の探査のように、大地の時定数がRocher地域で行われたNi-Cu-PGE鉱床探査では、水非常に大きい（鉱床の導電率が高く、鉱床中の誘導

平方向のサイズが50mの鉱床を見事に捕捉している。

電流がゆっくりと減衰する）場合、従来の誘導コイ
金属資源レポート 2005.3

21

（838）

ル型受信機によるシステム（インパルス応答システ

IPHTによる空中磁気探査のための磁場偏差テンソル

ム）では、測定値が小さく、S/N比の低下が否めな計の開発い。そこで、この問題を解決するために、次のような方法が考案され、研究開発が行われている。

レ
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ー
ト

IPHTは1997年より、空中磁気探査のための磁場
偏差テンソル計を低温SQUID磁気センサーを用いて開発している。光ポンピング磁力計を用いた磁場偏

米
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参
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報
告

・トロント大学やLamontagne社によるUTEMシス

差計はすでに開発され実際に利用されているが、光テム（三角波を送信するシステム）のようなステッ

ポンピング磁力計では磁場の方向についての情報をプ応答システムの利用

取得することができないために、低緯度地域で取得

・誘導コイル型磁力計によるデータ（磁場の時間微分）

したデータの処理が難しく、また、残留磁気の強いを積分して、late timeでデータ精度を向上させる

地域ではその分布や強度を正しく解釈することがで方法

きない。そこで、低緯度地域データの処理や残留磁・送信電流のオン時間でもデータを取得し、非常に導気の問題を解決するために、磁場の方向についての電率の高い鉱床によるミラー効果を測定する方法

情報も取得することができるSQUID磁場偏差テンソ

・SQUID磁力計のように、直接的に磁場を測定する

ル計の開発を行っている。

方法

IPHTで開発している磁場偏差テンソル計は、2cm×2cmの2つのループを互いに4cm離して接続（3） SQUID磁力計を用いた技術開発したピックアップループをSQUIDに接続して磁場偏学会では、ドイツのInstitute for Physical High-

差を取得するものである。IPHTが開発したSQUIDのTechnology（ IPHT） と 米 国 の Oak Ridge

シールド内での素子ノイズレベルは、約60 fT/√Hz

National Laboratory（ORNL）が、空中磁気探査である。SQUIDはφ23cm×90cm（体積：15リのためのSQUID磁力計を利用した磁場偏差計の開発ットル）のデュワーに格納され、その中で液体ヘリについて、それぞれ講演した。それらの講演要旨をウムにより冷却される。デュワーは機体から95mの以下に示す。

ケブラー糸入りケーブルで曳航される。データのサンプリング周波数は1kHz（サンプリング間隔：
1msec）であり、取得したデータは24bitのA/D変
表4

Instrument

Technology

Companies

StatusLOTEMMIMDAS 128-channel ground
TEMP/IP/MT
SmartEM Full-waveform 8-chdigital TEM/IP
GDP32IN Full-waveform 16-ch
digital TEM/IP/CSAMTPROTEM multichannel TEM

Multichannel TEM receivers
Distributed full-waveform digital receivers

DMT Germany
MIM Exploration

Operational
Operational

Taper stacking and digital filtering

WMC Resources and EMIT

Operational

Broadband digital time-series recordingZERO

Operational

Three component TEM receivers with
2-3 decades sampling time
Not publishedNot publishedGeonics

Operational

Normandy
CRA Exploration &Pacific Oil and Gas
GeoInstruments
BHP-CSIRO
Ecole Polytechnique and sponsors
WMC
WMC, Inco(separate projecs)
Monash Univ. and sponsors
Outokumpu

Operational
Operational but discontinued

POSEM
ETEM
ARTEMIS
B-field detectors
In-mine/crosshole tomography
In-mine/crosshole tomography
In-mine/crosshole seismic
Borehole MMR
Borehole logging for undergroundmine grade control

22

地上物理探査装置の技術動向(Nabighian and Asten, 2002)

金属資源レポート 2005.3

Multichannel distributed-receivers TEM
HTSC squids
Radio-wave imaging
Radar
Seismic
Magnetometric resistivity method
EM conductivity, gamma-gamma density

Operational
Trial surveys
Operational
Operational
Trial continue
Operational
Operational

（839）

換器でデジタル化される。

maneuverノイズ）で、5Hz以上では150pT

IPHTは磁場偏差計のシステムノイズをキャンセル（rotorノイズ）であるが、探査に必要な帯域（1〜するための補正アルゴリズムも開発した。試作シス5Hz）では、それぞれ100pT、15pT程度である。

テムのシステムノイズや補正アルゴリズムの効果を結局のところ、システムノイズは1Hzで約100pTで検討するために、地上500mでシステムノイズの測ある。したがって、105mmの大きさのターゲット定を行った。SQUIDは通常、数十Hz以下の低周波数は7mのオフセット（ターゲットと偏差計の距離）で域で1/f特性を示してノイズレベルが高いが、開発し検出可能で、60mmの大きさのターゲットは3mのた補正アルゴリズムにより低周波数域でもノイズレ

オフセットで検出可能となる。

ベルを低く抑えることができた。

レ
ポ
ー
ト

ヘリコプターが測線の端に到達すると次の測線にさらに、開発した磁場偏差計の感度を検討するた

移動して方向転換するが、その際の大きな振動が、めに、自動車、橋、10Aのサイン波を通電した送信

SQUIDセンサーに付随する電気回路（FLL回路）にコイル（モーメント400Am 2）の上を飛行してデー

大きな影響（誤作動）を与える場合がある。また、タを取得した。その結果、自動車、橋、コイルとも

SQUIDセンサーを収納するデュワーが振動することにはっきりと検出することができた。

により、液体窒素が沸騰し、そのバブリングがノイズ源になる。現在、振動を吸収できる構造を研究開

ORNLによるUXO探査のための磁場偏差テンソル計の開発

発している。
ORNLの研究開発は始まったばかりであり、まだ、

UXO（unexploded ordnance：地雷）を効率的

機体の振動試験や機体方向の変化がSQUIDセンサーに検出するために空中磁気探査の利用が提案され、に及ぼす影響についての基礎試験を行っている段階

幾つかの組織でトライされているが、1）植生や地形である。今後は、機体の振動のSQUIDセンサーへのの問題から対地高度を高くして飛行しなければなら

影響を緩衝する装置、機体の影響を効率よく補償でないこと、2）地雷は探査対象としては小さいため検

きるデータ処理プログラム等を開発し、地下構造に出しにくい、3）地雷による磁気異常よりも地下構造

よる磁気異常からUXOによる磁気異常を検出（分離）による磁気異常の方が大きい、などの問題がある。

する方法を研究する予定である。

これを克服するために、ORNLはUXOを検出するための空中磁気探査用の磁場偏差テンソル計をSQUID
磁気センサーを用いて開発している。
ORNLで利用しているSQUID磁気センサーは、そもそもは米国海軍で開発されたものである。当機構（4） 電磁探査法の解析技術
電磁探査法の解析技術研究については、幾つかの注目すべき講演があった。その中で特に印象に残った2件について、以下に要旨を示す。

と同様に高温SQUID（酸化物系）であり、低温
SQUID（金属系）に比べて感度は落ちるが（素子ノInversion of airborne EM data accounting for

イズレベルが高いため）、液体窒素で冷却できるため

terrain and inaccurate flight heightに取り扱いはより簡単で、野外調査での利用に適し

講演者：佐々木ている。ORNLで利用している素子ノイズレベルは

要旨：

100 fT/√Hz（シールドルーム）である。

裕（九州大学）

空中電磁探査データ（周波数領域）を比抵抗解析

外来ノイズについてであるが、日々変化の周波数するための3次元インバージョンプログラムを開発しは約0.1Hzで10〜1,000pT、電線は60Hzでた。本プログラムは地下比抵抗の他に、受信コイル

10,000pT程度であるが、探査で必要な周波数帯域

高度も未知パラメータとしてインバージョンするもは1〜5Hzであるために、データ処理によりこれらをのである。モデリング手法としては有限差分法、イ

除去することができる。機体であるヘリコプターのンバージョンスキームとしては、平滑化制約付き非ノイズは、0.5Hz以下では500pT（補正できない

線形最小二乗法を用いた。また、未知パラメータを
金属資源レポート 2005.3

23

米
国
物
理
探
査
学
会
︑
参
加
報
告

（840）

求めるための連立方程式の解法には、修正グラム・

Mapping conductivity magnetic susceptibility,シュミット法を用いた。

and dielectric permittivity with helicopter elec-

開発したインバージョンプログラムの性能を評価

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tromagnetic data

するために、3通りの数値試験を行った。試験1とし

講演者：Greg Hodges（Fugro Airborne Surveys）て、地表に起伏のある場合の空中電磁探査について

要旨：のモデリングデータを用いて、地形を考慮した場合

ヘリコプターを用いた空中電磁探査（周波数領域）と地形が平坦であると仮定した場合でインバージョ

では、地下の導電率が中程度あるいは高い場合、測ンを行った（受信コイル高度にはモデルの実際値を定値に対する影響は導電率がほとんどであり、地下利用し、地下比抵抗のみをインバージョン）。その結の帯磁率や透磁率の影響はごくわずかである。

果、地形を考慮した場合は、比抵抗モデルとほぼ一地下の帯磁率の測定値に対する影響は、周波数領致した比抵抗分布を再現できたが、平坦であると仮域電磁探査法の測定値の同相成分を低下させること定した場合は、再現された比抵抗分布に偽像が見らであり、この程度は周波数には無関係である。しかれた。

し、地下の導電率の測定値に対する影響は周波数が試験2として、まず、最高周波数から計算される見高くなるに応じて大きくなるため、帯磁率の影響は掛高度を受信コイル高度として、地形変化を考慮し通常、低周波数域で見られる。なお、帯磁率は離相て地下比抵抗をインバージョンしたところ、基本的成分にはほとんど影響を与えない。

には良く比抵抗構造を再現できたが、地表部に偽像

地下の誘電率の測定値に対する影響は、同相成分が現れた。次に、地下比抵抗と受信コイル高度を一を減少させ、離相成分を増加させる。この程度は、

緒にインバージョンした結果（地形変化を考慮）、地

周波数の二乗に比例するが、導電率の影響は周波数

下比抵抗、受信コイル高度ともに、比抵抗モデルとに比例することから、誘電率の影響は高周波数域で良く一致した結果が得られた。最後に、地形が平坦大きい。

であると仮定して、地下比抵抗と受信コイル高度を実際の測定データに対しては、岩石中に磁鉄鉱がインバージョンした結果、試験1で地形が平坦である

ある程度含まれている場合、その帯磁率により低周と仮定して地下比抵抗のみをインバージョンした場

波数域で同相成分が小さくなる。また、地下の比抵合よりも、比抵抗モデルに一致した結果が得られた。

抗が高い場合、地下の誘電率が影響して高周波数域

これは、インバージョンされた受信コイル高度が地で同相成分を小さくすることがある。したがって、形変化による影響を吸収したためと考えられる。

帯磁率や透磁率を考慮しない通常の比抵抗解析プロ試験3として、2002年に四国の地滑り危険範囲で取得された空中電磁探査データをインバージョンし

グラムでは、このような場合、地下の比抵抗を正しく解析することができない。

た。地形を考慮した場合と考慮しない場合（平坦と地下の帯磁率と透磁率の比抵抗解析結果に対する仮定した場合）で地下比抵抗と受信コイル高度をイ

影響を数値実験した。地下の比抵抗を10,000Ω-m

ンバージョンした結果、地表部に違いは見られたもとし、比誘電率を1から25まで、帯磁率を0からのの、基本的に良く一致した比抵抗分布が再現され2,000×10−6（SI）まで変化させて、幾つかの比抵た。しかし、インバージョン計算の残差は、地形を抗、誘電率、帯磁率のパターンで、比抵抗のみのイ

考慮した場合の方が少し良かったが、計算時間につンバージョン、比抵抗・誘電率のインバージョン、

いては、平坦と仮定した場合の方が早かった。

比抵抗・帯磁率のインバージョン、比抵抗・帯磁率・誘電率の全パラメータのインバージョン、の4通
りのインバージョン計算を行った。比抵抗のみをイ
ンバージョンした場合、再現された比抵抗は、地下の誘電率と帯磁率が高い場合は10％も高くなった。
比抵抗と帯磁率をインバージョンした場合、地下の24

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誘電率と帯磁率が高い場合はかなり低比抵抗で再現

微分よりもゆっくりと減衰するので、探査対象が導された。比抵抗と誘電率をインバージョンした場合

電性の風化層などで覆われている場合でも、磁場時は、誘電率と帯磁率が高い場合、かなり高比抵抗で間微分を測定するよりも磁場を測定する方が探査対再現された。しかし、比抵抗、誘電率、帯磁率の全象を捉えられる可能性が高い。それについて、磁場てについてインバージョンした場合は、誘電率と帯と磁場時間微分データの概念図を用いて説明し、水磁率の値が大きくても、比抵抗を正確に再現するこ平3層構造モデルに対する1次元モデリング結果を示とができた。

して実証した。

カナダ北部のSlave Geological Provinceにおい測定値として磁場を取得する方法としては、てDighem Vで取得された周波数領域の空中電磁探① 例えばUTEMのようにステップ応答を測定する

査データを利用して、比抵抗・誘電率・帯磁率を同TDEM法装置を用いる（磁場と等価の測定値が時インバージョンした結果、比抵抗のみをインバー得られる）

ジョンする場合よりも有用な情報を抽出することが

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② 従来装置で磁場時間微分値を測定して、それをできた。

時間について積分する③ 周波数帯域の広い磁力計を用いて、直接、磁場

3. 当機構の開発成果についての講演
10月14日（木）の午前中のセッション

を測定するの3通りが挙げられる。SQUID磁気センサーは、周（Electromagnetics 4：General Topics）で、当波数帯域の広い超高感度磁気センサーであり、医学機構によるSQUID磁力計を用いた電磁探査装置の開の分野（室内での適用）では体内を調べるセンサー

発進捗を、 Development of a TDEM data

としての実用機が存在している。SQUID磁気センサ

acquisition system based on a SQUID magne-ーを用いてTDEM法の金属鉱床探知の確度を上げる

tometer for mineral exploration というタイトル

ために、当機構では平成13年度からこれを用いたで発表した。講演では、以下の順番で開発・進捗のTDEM法装置（SQUITEM）を開発している。

概要を説明した。なお、SQUITEMとは開発している
電磁探査装置の仮称である。
① なぜTDEM法（時間領域電磁探査法）にSQUID
磁気センサーが必要か

SQUIDは超高感度であるために、磁場偏差測定も可能である。磁場偏差測定により、地下構造の検出能力（分解能）を上げることができる。3次元構造を用いて、磁場、磁場時間微分及び磁場偏差に対して② SQUITEMの紹介｢異常率（＝異常体がある場合とない場合での応答の③ フィールド試験結果

差/異常体がない場合の応答）｣をモデリングした場④ まとめ合、磁場偏差の異常率が最も高く、磁場偏差測定を⑤ 解決しなければならない問題点行うことにより地下検出能力が高くなることを示した。

講演要旨は以下のとおりである。
従来のTDEM法では、誘導コイル型磁力計により現在、開発しているSQUITEMは、1個のSQUID

磁場時間微分を測定する。磁場時間微分は磁場が急磁力計（磁場3成分を同時に取得できる磁力計）と2速に減衰する場合に大きな応答となり、磁場がゆっ個の小型SQUID磁力計（磁場1成分を取得できる磁くりと減衰する場合は小さな応答となる。したがっ力計）、PC、A/Dコンバーター、コントローラ及びて、ベースメタル探査で探査対象（鉱体）の比抵抗

バッテリユニットから構成される3チャンネルシステが非常に低い場合、従来装置で測定される応答（磁ムであり、2つの測定モード（1つは磁場3成分を同場時間微分）は小さくなるため、従来装置の弱点と時に取得するモード。もう1つは、2点での磁場1成なっている。その一方、磁場は探査対象が極低比抵分とそれらの磁場偏差を測定するモード）を有する。

抗でも応答が十分に大きい。また、磁場は磁場時間
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開発中のSQUITEMの性能や実用性をチェックするによる磁場時間微分の測定）よりも探査深度が大きために、適宜、フィールドテストを行っている。平

い測定方法（磁場データの取得など）を採用する等

成15年度秋には、秋田県の黒鉱地帯に位置する観音を、探査深度を大きくするポイントとして念頭にお堂鉱体と上向第4鉱体の直上で試験を行った。その結いた研究開発が行われている。鉱床の潜頭化にとも果、特に外来ノイズの小さかった観音堂鉱体では、ない、導電性表層で覆われている地域での探査が多誘導コイル型磁力計による従来装置（カナダ

くなってきている。このような地域で、電磁探査法

Geonics社製のPROTEMシステム。SQUITEMデーの精度を上げるためには、以下の点がポイントとなタの比較検討用として取得）よりもSQUITEMの方が、る。

より遅い時間まで（より深い所まで）データを取得することができた。また、磁場偏差データもある程

・送信モーメントを大きくする。

度の時間（深度）まで取得することができた。観音・時定数が非常に大きいと応答が重なるので、低い送堂鉱体及び上向第4鉱体でのデータを解析した結果、それによる比抵抗解析断面は、既知の地質とかなり整合的であった。
しかし、SQUITEMはまだ｢実用的なシステム｣とは信周波数を利用する。
・ステップ応答システム（例えば、UTEM）を利用する。
当機構のSQUID磁力計を用いた電磁探査装置

言い難い。具体的には、外来ノイズが強い場合など、 （SQUITEM）の開発進捗について講演したが、観衆
SQUITEMの零レベルは安定しない。また、バッテリの数が予想以上に多かった。世界のgeophysicistsの持続時間、重量など、携帯性や実用性にまだ課題

がSQUIDに注目している表れであると言える。当機を残している。SQUITEMに更に改良を施し、金属鉱構の他にSQUIDに関する講演は2件であった。いず

床探査に利用できる実用的なTDEM法装置として完

れも、SQUID磁気センサーを用いた空中磁気探査の成させたい。

磁場偏差テンソル計の開発についてであった。当機構で開発しているSQUITEMはTDEM法に基づいた

4. おわりにシステムであり、データのサンプリング間隔やスル

かつての米国鉱業の中心地の一つであったデンバーレート（SQUID磁力計が追従できる単位時間当たーで開催されたこともあり、Miningに関するセッシ

りの磁場変化）等、SQUIDに対して要求される仕様

ョンが設けられるなど、石油を対象とした地震探査が異なるために、これらの講演はSQUITEM開発に直が中心である例年の米国物理探査学会よりも、金属

接的には参考になるものではないが、SQUIDによる資源探査に参考となる講演が多かった。

磁場偏差テンソル計が実用化されれば、空中磁気探幾つかの鉱山会社では、独自に物理探査装置（電査の地下分解能が向上し、残留磁気の解釈も可能と

気、電磁、磁気、重力探査）を開発して自社探鉱でなる等、鉱床探査に対するメリットも大きいことか

利用しているが、開発した装置の詳細は基本的にはら、この研究開発の進捗を注視していきたい。

コンフィデンシャルとなっている。世界の鉱山会社
が金属鉱床探査をより効率的に行うために、物理探（参考文献）

査をより重要視してきている表れと理解できる。特Nabighian, M.N. and Asten, M.W., 2002,に、新しい空中電磁探査装置の開発が積極的に行わMetalliferous mining geophysics-State of the

れているが、探査深度の向上が研究開発の主テーマ

art in the last decade of the 20th century andとなっている。具体的には、①送信電流の周波数を

the beginning of the new millennium,

下げる、②送信モーメントを大きくする、③送信ル

Geophysics, Vol.67, No.3, P.964-978.

ープのサイズを極力小さくしてターゲットに誘導電流をlocalizeさせる、④従来法（誘導コイル型磁力計
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金属資源レポート 2005.3（2005. 1. 11）