地層評価

ラテロログツールは、ゾンデ上の電極から地層に直接電流を送ります。戻り電極は、地表またはゾンデ自体に配置されます。ゾンデ上の複雑な電極アレイ（ガード電極）は、電流を地層に集中させ、電流線が広がったり、坑井流体を介して戻り電極に直接流れたりするのを防ぎます。ほとんどのツールは、一定の電流強度を維持するために、主電極の電圧を変化させます。したがって、この電圧は地層の抵抗率に比例します。電流はゾンデから地層に流れる必要があるため、これらのツールは導電性の坑井流体でのみ機能します。実際には、泥の抵抗率は地層の抵抗率と直列に測定されるため、ラテロログツールは、泥の抵抗率が地層の抵抗率に比べて低い場合、つまり塩分濃度の高い泥の場合に最良の結果をもたらします。

誘導検層では、ゾンデ内の電気コイルを使用して、誘導によって地層内に交流電流ループを生成します。これは、電気変圧器で使用されているのと同じ物理原理です。交流電流ループは、ゾンデの別の場所に配置された受信コイルに電流を誘導します。受信コイル内の電流の量は、電流ループの強度、つまり地層の導電率（抵抗率の逆数）に比例します。複数の送信コイルと受信コイルを使用して、地層の電流ループを半径方向（調査深度）と軸方向（垂直分解能）の両方に集中させます。1980年代後半まで、誘導検層の主力は、公称間隔が40インチ（1,000 mm）の6つのコイルで構成される6FF40ゾンデでした。 

1990年代以降、主要な検層会社はすべて、いわゆるアレイ誘導検層ツールを使用しています。これは、1つの送信コイルと多数の受信コイルで構成されています。半径方向および軸方向の集束は、コイルの物理的な配置ではなく、ソフトウェアによって行われます。地層電流は検層ツールの周囲を円形に流れるため、泥水の抵抗率は地層の抵抗率と並行して測定されます。したがって、誘導検層ツールは、泥水の抵抗率が地層の抵抗率に比べて高い場合、つまり新鮮な泥水や非導電性流体の場合に最良の結果をもたらします。非導電性の油性泥水では、誘導検層が唯一の選択肢となります。

密度測定ツールには、 662 keVのガンマ線を地層に照射するセシウム137ガンマ線源が内蔵されています。これらのガンマ線は、コンプトン散乱によって地層中の電子と相互作用し、エネルギーを失います。ガンマ線のエネルギーが100 keVを下回ると、光電吸収が支配的になり、ガンマ線は最終的に地層に吸収されます。コンプトン散乱によるエネルギー損失量は、地層の単位体積あたりの電子数に関係します。対象となるほとんどの元素（Z = 20未満）では、原子量Aと原子番号Zの比が2に近いため、ガンマ線によるエネルギー損失は、単位体積あたりの物質量、すなわち地層密度に関係します。  

線源からある程度離れた場所に設置されたガンマ線検出器は、残存するガンマ線を検出し、いくつかのエネルギー範囲に分類します。高エネルギーガンマ線の数はコンプトン散乱によって制御され、したがって地層の密度に依存します。低エネルギーガンマ線の数は光電吸収によって制御され、これは地層の平均原子番号Zに直接関係し、したがって岩相に依存します。最新の密度検層ツールには2つまたは3つの検出器が搭載されており、特にツールと地層の間に泥ケーキが存在する場合など、坑井の影響を補正することができます。

地層中の鉱物の密度と間隙流体の密度には大きな差があるため、鉱物と流体の両方の密度が分かっていれば、測定された地層全体の密度から多孔度を容易に導き出すことができる。

中性子孔隙率検層ツールには、アメリシウム-ベリリウム中性子源が内蔵されており、地層に中性子を照射します。これらの中性子は、地層中の原子核との弾性衝突によってエネルギーを失います。エネルギーが熱レベルまで低下すると、中性子は線源からランダムに拡散し、最終的に原子核に吸収されます。水素原子は中性子とほぼ同じ質量を持つため、水素が中性子の減速の主な要因となります。線源から一定の距離にある検出器は、この地点に到達した中性子の数を記録します。熱レベルまで減速された中性子は、検出器に到達する前に地層に吸収される確率が高くなります。したがって、中性子計数率は地層中の水素量に反比例します。水素は主に間隙流体（水、炭化水素）中に存在するため、計数率を見かけの孔隙率に変換することができます。最新のニュートロン検層装置は通常、坑井の影響を補正するために2つの検出器を備えています。孔隙率は、単一の検出器の計数率ではなく、これら2つの検出器の計数率の比から算出されます。

中性子検層と密度検層を組み合わせることで、岩相がこれら2つの孔隙率測定値に相反する影響を与えるという事実を利用できます。中性子孔隙率と密度孔隙率の平均値は、岩相に関係なく、通常は真の孔隙率に近くなります。この組み合わせのもう1つの利点は、ガスの影響です。ガスは液体よりも密度が低いため、密度から算出される孔隙率は高くなりすぎます。一方、ガスは単位体積あたりの水素量が液体よりもはるかに少ないため、水素量に基づいて算出される中性子孔隙率は低くなりすぎます。両方の検層を互換性のあるスケールで表示すると、液体で満たされた清浄な地層では重なり合い、ガスで満たされた地層では大きく分離されます。

音波検層では、ピンガーとマイクロホンを用いて、ゾンデの一端からもう一端までの地層内の音速を測定します。岩石の種類によっては、音速は空隙率に反比例します。固体岩石中の音速を空隙率0%の測定値とすると、音速が遅いほど空隙率が高く、通常は音速の遅い地層水で満たされていることを示します。

音波検層と密度中性子検層はどちらも、主な情報として孔隙率を示します。音波検層は掘削孔からより遠くまで測定するため、掘削孔の一部が崩落している場所でより有用です。測定深度が深いため、密度中性子検層よりも多くの地層を平均化する傾向があります。検層の両端にピンガーとマイクロホンを配置し、コンピュータ解析と組み合わせた最新の音波検層構成では、平均化をある程度最小限に抑えています。平均化は、地層評価の別の分野である地震パラメータの評価を行う際には有利です。この目的のために、ロングスペースドソニックと呼ばれる特殊な検層が使用されることがあります。地震信号（地球内部の音波の単一の波動）は、数十フィートから数百フィートの地層を平均化するため、平均化された音波検層は地震波形とより直接的に比較できます。

密度中性子検層は、掘削孔壁から約4～7インチ（100～180 mm）以内の地層を読み取ります 。これは、薄い地層を識別する上で利点となります。しかし、孔がひどく陥没している場合は欠点となります。陥没の深さが数インチ以内であれば、自動的に補正を行うことができます。ゾンデに取り付けられたキャリパーアームが掘削孔の断面を測定し、補正値が計算されて孔隙率の測定値に反映されます。ただし、陥没の深さが4インチをはるかに超える場合、密度中性子検層は掘削泥水しか読み取れません。 

SPログ（自発電位、自己電位、頁岩電位ログなどとも呼ばれる）は、特定の深さの掘削孔内の泥水と、掘削孔から少し離れた地表に打ち込まれた銅製の接地杭との間の電圧または電位差を電圧計で測定するものです。掘削泥水と地層水の塩分濃度の差は天然の電池として働き、いくつかの電圧効果を引き起こします。この電池は、岩石に十分な透水性がある場合、掘削孔と地層水の間で帯電イオンの移動を引き起こします。最も重要な電圧は、透水性の地層がイオンの移動を許容し、地層水と泥水の間の電圧を低下させることによって発生します。この現象が発生する掘削孔の区間は、イオンの移動が制限される他の非透水性の区間と電圧差を持ちます。掘削パイプが掘削孔から出ている間は泥水が循環しないため、泥柱内の垂直方向のイオンの移動ははるかに遅くなります。銅製の地表杭は、掘削孔の各部分でSP電圧を測定するための基準点となります。他にも、例えば泥水系の過剰平衡状態の影響で泥水濾液が地層に流れ込むことによって生じる、いくつかの小さな電圧が存在する可能性があります。この流れはイオンを運び、電圧を発生させる電流となります。これらの他の電圧は、泥水と地層水の塩分濃度差によって生じる電圧に比べると、重要性は劣ります。

SPログのニュアンスについては、現在も研究が続けられています。理論上、ほとんどすべての多孔質岩には水が含まれています。一部の孔は完全に水で満たされています。他の孔では、岩の表面を水分子の薄い層が濡らし、残りの孔はガスまたは油で満たされています。砂岩や多孔質石灰岩では、地層全体に連続した水の層があります。水に対する透過性が少しでもあれば、イオンは岩の中を移動し、近くの泥との電圧差を減少させることができます。頁岩は水やイオンの移動を許しません。頁岩は水分含有量が多いかもしれませんが、それは頁岩を構成する平らな粘土結晶の表面に結合しています。したがって、頁岩部分の反対側の泥は、周囲の岩との電圧差を維持します。

SP検層ツールを孔内に引き上げると、基準杭と頁岩、砂岩、または石灰岩層の反対側の泥との間の電圧差が測定されます。得られる検層曲線は岩石の透水性、ひいてはその岩相を反映します。SP曲線は、イオンが泥柱内を上下に拡散するにつれて時間とともに劣化します。また、同時に使用される他の検層ツールによって発生する迷走電圧の影響を受けることもあります。そのため、古い単純な検層の方が、より新しい検層よりもSP曲線が優れている場合が多くあります。ある地域での経験があれば、優れたSP曲線から、熟練した解析者はデルタ、ポイントバー、沖合の潮汐堆積物などの堆積環境を推測することさえ可能です。

ガンマ線検層は、掘削孔壁から自然に発生するガンマ線を測定するものです。砂岩は通常、非放射性の石英であり、石灰岩は非放射性の方解石です。しかし、頁岩は粘土中のカリウム同位体、および吸着したウランとトリウムのために自然に放射性です。したがって、掘削孔におけるガンマ線の有無は、周囲の地層における頁岩または粘土の量を示す指標となります。ガンマ線検層は、空気または油性泥水で掘削された井戸で有用です。これらの井戸には自然電位（SP）電圧がないためです。水系泥水の場合でも、ガンマ線検層とSP検層はしばしば同時に実施されます。これらは互いのチェックとなり、放射性ではない、または異常なイオン化学を持つ可能性のある異常な頁岩層を示すことができます。ガンマ線検層は、石炭層を検出するのにも有用です。石炭層は、地域の地質によっては、ウランの吸着により放射線レベルが低い場合も高い場合もあります。さらに、ガンマ線検層は鋼製ケーシング内でも機能するため、ケーシングされた油井を評価する際には不可欠となる。