コアサンプル

コアサンプルは、（通常は）天然物質の円筒形の断片です。ほとんどのコアサンプルは、コアドリルと呼ばれる中空の鋼管を備えた特殊なドリルで堆積物や岩石などの物質を掘削して採取されます。コアサンプル用に開けられた穴は「コアホール」と呼ばれます。さまざまな条件下でさまざまな媒体をサンプル採取するためのさまざまなコアサンプラーが存在し、技術は継続的に開発されています。コア採取プロセスでは、サンプルは多かれ少なかれそのままチューブに押し込まれます。研究室でチューブから取り出されたサンプルは、必要なデータの種類に応じてさまざまな技術と機器で検査および分析されます。

コアサンプルは、コンクリート、セラミック、一部の金属や合金、特に柔らかいものなどの人工材料の特性をテストするために採取することができます。また、人間を含む生物、特に病気の診断に役立つ顕微鏡検査のために人の骨からコアサンプルを採取することもできます。

方法

対象物質の組成は、ほぼ液体から自然界やテクノロジーで見つかる最も強力な物質までさまざまであり、対象物質の位置は、実験台から地表から 10 km 以上離れたボーリングホールまでさまざまです。作業に適用される機器と技術の範囲は、それに応じて多岐にわたります。コアサンプルは、ほとんどの場合、その長軸がボーリングホールの軸とほぼ平行になるように、または重力駆動ツールの場合は重力場と平行になるようにして採取されます。ただし、既存のボーリングホールの壁からコアサンプルを採取することも可能です。張り出した岩面であろうと、別の惑星であろうと、露出部分からサンプルを採取することはほとんど簡単です。(火星探査ローバーは、以下で説明する「回転式側壁コア」ツールと論理的に同等の Rock Abrasion Tool を搭載しています。)

一般的な手法としては次のようなものがあります。

重力コアリングでは、コアサンプラーをサンプル（通常は水底）に落としますが、基本的に同じ技術を陸上の柔らかい材料にも行うことができます。貫入力を記録すれば、材料のさまざまな深さの強度に関する情報が得られます。これは、サンプルが付随的な利点であるため、必要な情報のみである可能性があります。この技術は、土木工学の現場調査（この技術は杭打ちに似ています）と最近の水生堆積物の地質学的研究の両方で一般的です。貫入する材料の強度が低いため、コアは比較的小さくなければなりません。
振動法では、サンプラーを振動させてチキソトロピー媒体に浸透させます。この場合も、対象物質の物理的強度によって、回収できるコアのサイズが制限されます。
掘削探査ダイヤモンド掘削では、円筒形のコアサンプル保管装置に支えられた回転する環状ツールが対象物質に押し付けられ、対象物質の円筒形が切り出されます。通常、円筒形サンプルをコアリングツール内に保持するための機構が必要です。状況、特に対象物質の粘稠度と組成に応じて、サンプルが地表に向かう途中でサンプルを支えて保護するために、コアツール内でさまざまな配置が必要になる場合があります。また、コアリングプロセスによる変化を減らすために、掘削流体とコアサンプルの接触を制御または削減する必要もあります。ツールによってコアサンプルに加えられる機械的な力により、コアが破損したり、あまり適さない間隔が失われたりすることがよくあり、コアの解釈が非常に複雑になることがあります。コアは通常、直径数ミリメートル(木材、年輪年代学用) から直径 150 ミリメートル以上 (石油探査で日常的に) まで切り出されます。サンプルの長さは、1 回の実行で 1 メートル未満 (これも木材の場合、年輪年代学用) から最大約 200 メートルまでの範囲になりますが、27 〜 54 メートル (石油探査の場合) がより一般的であり、現場での「クイックルック」分析によって関心領域が継続していることが示唆された場合は、連続して多くの実行を行うことができます。
打撃側壁コアリングでは、頑丈な円筒形の「弾丸」を爆発的にボーリング孔の壁に打ち込み、（比較的）小さく短いコアサンプルを採取します。これらの弾丸は、ひどく砕けやすいため、多孔度や透水性の測定は不確かですが、岩石学や微古生物学の研究には十分な場合が多いです。ツールを 1 回実行すると、多くのサンプルを採取できます。ツールは通常、20 ～ 30 個の「弾丸」と、ツールの長さに沿って推進剤が配置されています。複数のツールを 1 回の実行にまとめることもできます。特定の弾丸を発射してボーリング孔の壁を貫通し、保持システムによってボーリング孔の壁から弾丸を回収し、サンプルを弾丸に保持する成功率はいずれも比較的低いため、試行したサンプルの半分しか成功しないことも珍しくありません。これは、サンプルプログラムを計画する際に重要な考慮事項です。
回転式側壁コアリングでは、小型の自動回転式掘削ツールをボーリングホールの側面に当てて、打撃式側壁コア（上記参照）と同サイズのサンプルを切断します。打撃式コアよりも変形が少ない傾向があります。ただし、コア切断プロセスには時間がかかり、ドリルビットからサンプルを取り出し、ツール本体内に保管する補助機器が詰まることがよくあります。
手作業によるコアリングは、ロシアンピートコアラー、手持ちピストンコアラー、または単に中空チューブなど、さまざまな器具を使用して行うことができます。手作業によるコアリングの利点は、コストが低く、操作が速いことですが、手持ちコアラーでは、粘土質土壌では数デシメートル、柔らかい湖の堆積物では数メートルまでしか深度が届きません。^[1]

コアとデータの管理

しばしば無視されるものの、コアサンプルは、コアを切断し、取り扱い、研究する過程で必ずある程度劣化します。非破壊技術はますます一般的になりつつあり、例えば、粒子、細孔流体、細孔空間（多孔度）およびそれらの相互作用（透水性の一部を構成）を特徴付けるためにMRIスキャンを使用するなどですが、そのような高価で繊細な作業は、未舗装道路を 300 km 走行するバネのないトラックに揺さぶられたコアには無駄になる可能性があります。回収装置から最終的な研究室（またはアーカイブ）までの間にコアに何が起こるかは、記録保存とコア管理においてしばしば無視される部分です。

コア採取は重要なデータ源として認識されるようになり、輸送や分析のさまざまな段階でコアが損傷しないように、より細心の注意が払われるようになりました。通常、コアは安価に入手できる液体窒素を使用して完全に凍結されます。場合によっては、コアを保護し、損傷から守るために特殊なポリマーも使用されます。

同様に、コアサンプルは、その背景 (コアサンプルになる前の場所) と関連付けることができないほど、その利点をほとんど失っています。ボーリングホールの特定、およびボーリングホール内のコアの位置と方向 (「上」) は、ボーリングホールが木の幹にある場合でも重要です。年輪年代学者は、樹木の最新の成長日を明確に特定できるように、常にサンプルに樹皮の表面を含めるようにしています。

これらのデータがコアサンプルから分離した場合、そのデータを回復することは通常不可能です。コア採取作業のコストは、数通貨単位（軟らかい土の部分から手で採取したコアの場合）から数千万通貨単位（数キロメートルの深さの遠隔地沖合掘削孔から採取した側壁コアの場合）までさまざまです。このような基本データの記録が不十分なため、両方のタイプのコアの有用性が損なわれています。

分野によって、これらのデータを記録する地域的な慣習が異なり、ユーザーは自分の地域の慣習をよく理解しておく必要があります。たとえば、石油業界では、コアの方向は通常、コアを回収して地表でマークするときに、赤い線が右側になるように、2 本の縦方向の色の線でコアにマークを付けることで記録されます。鉱物採掘用に切り取られたコアには、独自の異なる慣習がある場合があります。土木工学や土壌調査では、材料が恒久的なマークを付けるのに十分ではないことが多いため、独自の異なる慣習がある場合があります。

コアサンプルを、コアカット装置の一部である円筒形のパッケージに入れて保管し、研究室でさらに処理および分析する前に、現場でこれらの「内側のバレル」に記録マークを付けることがますます一般的になっています。コアは、地面から出た長さと同じ長さで現場から研究室に輸送される場合もあれば、輸送用に標準の長さ (5 メートル、1 メートル、または 3 フィート) に切断され、研究室で再組み立てされる場合もあります。一部の「内側のバレル」システムは、コアサンプル上で反転できるため、研究室でコアを再組み立てするときにサンプルが「逆さま」になります。これにより、解釈が複雑になることがあります。

ボーリング孔で壁岩の岩石物理学的測定が行われ、これらの測定がコアの長さに沿って繰り返され、2 つのデータセットが相関する場合、特定のコア片の「記録」深度が 2 つの測定方法間で異なることがほぼ普遍的にわかります。どちらの測定セットを信頼するかは、クライアントのポリシーの問題 (産業環境の場合) または大きな論争の的 (優先権のない状況の場合) になります。何らかの理由で矛盾があることを記録しておくと、後日誤った決定を訂正する可能性が残ります。「誤った」深度データを破棄すると、後で間違いを訂正できなくなります。データとコアサンプルを保持およびアーカイブするシステムは、このような反対意見を保持できるように設計する必要があります。

キャンペーンから採取したコアサンプルが適切である場合、処理のエラーを防ぐために、分析シーケンスの早い段階で 1 セットのサンプルをアーカイブできるように、ラボ処理のかなり早い段階でサンプルを「スラブ」 (サンプルを縦方向に 2 つ以上のサンプルにカット) するのが一般的です。コアを 2/3 と 1/3 のセットに「スラブ」するのは一般的です。また、1 セットを主要顧客が保持し、2 つ目のセットを政府に渡すことも一般的です (政府は、探査/採掘ライセンスの条件として、このような寄付に条件を課すことがよくあります)。「スラブ」には、プロファイルの浸透性の検査とテストのために平らで滑らかな表面を準備できるという利点もあります。これは、コア採取装置から取り出したばかりのコアサンプルの通常の粗く曲がった表面よりも作業がはるかに簡単です。生のコア表面と「スラブ」されたコア表面の写真撮影は日常的に行われ、多くの場合、自然光と紫外線の両方の下で行われます。

海底コアに関する文献で時折使用される長さの単位はcmbsfで、これは海底下センチメートルの略語です。

コアリングの歴史

コア採取の技術は、深海掘削計画による地球のマントルへの掘削の試みよりずっと前から存在していた。広範囲の海底からコアを採取することの海洋史やその他の地質学史に対する価値はすぐに明らかになった。多くの科学および探査組織によるコア採取は急速に拡大した。現在までに、地球上のすべての海底と多くの内水面から数十万のコアサンプルが採取されている。^[^要出典^]

これらのサンプルの多くへのアクセスは、海洋および湖沼の地質サンプル索引によって容易になります。