電気・電磁気探査法

電気・電磁気探査は、地下の電気伝導度を調査するもので、間隙流体、粘土、鉱石に敏感に反応し、地下水、汚染、鉱化作用、深部地殻構造をマッピングするために用いられます。

Definition

電気・電磁気探査法は、地下の電気伝導度を決定するために、地中の電流と電場を測定または誘起する地球物理学的技術であり、電気伝導度は間隙流体、粘土含有量、鉱化作用に依存し、地下イメージングに利用されます。

Scope

このトピックでは、地盤の電気的特性に基づいた地球物理学的探査法について扱います。具体的には、直流比抵抗探査・イメージング、自然電位法、そして制御源電磁探査、時間領域電磁探査、自然源マグネトテルリック法を含む電磁探査法全般です。伝導度が空隙率、流体含有量、鉱物学とどのように関連するか、また地表付近から上部マントルまでの深さにおけるこれらのデータの取得とインバージョンについても扱います。資源および環境ターゲットの地下伝導度イメージングに重点を置いています。

Core questions

• 岩石や堆積物の電気伝導度を制御する要因は何ですか？
• 比抵抗探査と誘導分極探査はどのように地下をイメージングしますか？
• 制御源電磁探査と自然源電磁探査はどのように異なりますか？
• 各電気探査法はどのような深さとターゲットに適していますか？

Key concepts

• 岩石の電気比抵抗と伝導度
• 直流比抵抗探査とイメージング
• 誘導分極と自然電位
• 制御源電磁探査と時間領域電磁探査
• マグネトテルリック法と自然源探査

Key theories

伝導度と間隙流体

ほとんどの岩石では、電流は主に間隙流体中および粘土表面に沿って流れるため、アーチーの法則などの関係によって定式化される伝導度は、空隙率、飽和度、塩分濃度、粘土含有量の敏感な指標となります。

電磁誘導探査

制御された送信機または自然源からの時間変動する磁場は、導電性の地中に電流を誘起し、その二次場が測定されます。浸透深度は周波数に依存するため、これらの方法は地表付近から深部地殻およびマントルまでの伝導度を調査します。

Mechanisms

地下物質は異なる程度に電気を伝導し、その伝導は主に間隙水を通じたイオン伝導と粘土上の表面伝導によって支配されます。金属鉱石は、誘導分極によって検出される帯電性を付加します。比抵抗法は電流を注入し、結果として生じる電位をマッピングするのに対し、電磁探査法は変動する磁場を用いて電流を誘起し、その応答（周波数依存の表皮深さによって支配される）をインバージョンして、深さ方向の伝導度構造を復元します。

Clinical relevance

これらの方法は、地下水探査や汚染・塩分マッピング、比抵抗異常や帯電性異常による鉱物探査、マグネトテルリック法による地熱・地殻研究、地盤工学・考古学調査において中心的な役割を果たします。

History

シュルンベルジェ兄弟は1910年代から1920年代にかけて電気比抵抗探査と検層を導入し、カニャールとチホノフは1950年頃に独立してマグネトテルリック法を定式化しました。そして、時間領域電磁探査法と制御源電磁探査法は、現代のインバージョン技術とともに、20世紀後半に伝導度イメージングの適用範囲を拡大しました。

Key figures

• Conrad Schlumberger
• Louis Cagniard
• Misac Nabighian

Seminal works

• telford1990
• nabighian1988
• kearey2002

Frequently asked questions

なぜ一部の岩石は他の岩石よりも電気をよく伝導するのですか？

ほとんどの岩石の伝導は、間隙空間の水や粘土表面に沿って起こるため、多孔質で水飽和している、塩分が多い、または粘土に富む岩石はよく伝導し、乾燥した、密度の高い、または淡水を含む岩石はより抵抗性が高くなります。金属鉱石は誘導分極によって検出可能な明確な応答を付加します。

マグネトテルリック法は何に用いられますか？

マグネトテルリック法は、地球の電磁場の自然発生的な変動を利用して、電気伝導度が深さとともにどのように変化するかをイメージングします。これは浅い地殻から上部マントルにまで達するため、地熱、鉱物、深部地殻の研究に有用です。