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自然電位は、石油・ガス産業における地層評価のために掘削孔内で測定されることが多く、鉱物探査や地下水調査のために地表でも測定される。この現象とその地質学への応用は、1931年にコンラッド・シュルンベルジェ、マルセル・シュルンベルジェ、E・G・レオナルドンによって初めて認識され、最初に発表された事例はルーマニアの油田からのものであった。
自発電位（SP）は通常、粘土やその他の鉱物における電荷分離、岩石の細孔空間を通るイオンの拡散を妨げる半透性界面の存在、または岩石を通る導電性流体の自然な流れによって引き起こされます。
形成全体にわたるSPの発生は、イオンの移動に関わる2つのプロセスに起因すると考えられる。
流動電位は、電解質（水）が自然に帯電した固体（すなわち、電気動電位またはゼータ電位を獲得した表面）上を流れることによって生じます。流動電位は、泥水柱と地層との差圧によって泥水濾液が地層内に押し込まれるときに発生します。流動電位は、浸透性地層の前面にある泥ケーキ、浸透中の浸透性地層、および頁岩層を流れる際に発生します。一般的に、泥ケーキを横切る流動電位は頁岩を横切る流動電位によって相殺されると考えられています。そのため、ほとんどの場合、測定される自然電位は電気化学電位のみに関連しています。
電気化学ポテンシャル（EC ）は、液間電位または拡散電位（ EJ ）と膜電位（EM）の合計です。
液間電位は、浸入した地層の端で泥水濾液と地層水が直接接触する箇所で形成される。Na +イオンとCl-イオンは、それぞれの溶液から他方の溶液へと拡散するが、移動度の違いにより拡散速度は異なる。Na +イオンは水分子との親和性が高いため、移動度は低い傾向がある。
どこ：
膜電位は、泥と地層水のようにイオン濃度が異なる2つの電解質が頁岩によって隔てられているときに発生します。頁岩中の粘土鉱物は通常、アルミニウム、ケイ素、酸素の原子で構成されています。O 2−イオンは外層を占め、正味の負電荷を生じさせます。溶液中のNa +イオンは引き寄せられて頁岩を通過できますが、Cl −イオンは反発されます。Na +イオンは2つの溶液間を移動し、塩分濃度の高い方から低い方へ正味流入します。
どこ：
したがって、全電気化学ポテンシャルは、E C = E M + E J = K log 10 ( a w / a mf )とまとめられます。
自発電位は電気化学ポテンシャルの尺度であり、溶液のイオン活性はその抵抗率に反比例するため、上記の式は SP = E C = K log 10 ( R mfe / R we ) と簡略化できます。ここで、R mfeとR weはそれぞれ等価泥水濾液抵抗率と等価地層水抵抗率です。
清浄なベッド全体にわたる理想的な自然電位は静的SP（SSP）として知られており、以下のように定義されます。
最も有用なSP成分は電気化学ポテンシャルであり、これは透水性層の反対側で大きな偏向を引き起こす可能性がある。偏向の大きさは主に、坑井流体と地層流体の塩分濃度差、および透水性層の粘土含有量に依存する。したがって、SPログは透水性層の検出、地層水の塩分濃度および地層の粘土含有量の推定に役立つ。電流の性質上、SPは導電性泥水でのみ記録できる。
先に述べたように、静的SPは以下のように定義されます。
静的SP（SSP）は、土壌層が清浄で、厚く、多孔質で、透水性があり、侵食が中程度であれば、SP曲線から直接求めることができます。これらの条件を満たさない場合は、記録されたSPを補正する必要があります。この目的のために、さまざまな補正チャートが用意されています。
測定された泥ろ液抵抗率R mf を等価泥ろ液抵抗率R mfeに変換するには、次の規則が適用されます。
Schlumberger Chart SP-2 を使用すると、R weをR wに変換できます。
電極を地表面に設置して、SP値（ミリボルト、mV単位）の相対的な変化をマッピングすることができます。これは通常、地下における地下水の流れの経路や、土堰堤からの浸透を特定することを目的としています。電圧計は、固定された液接合電極と移動式電極（ローバー）間の電圧を測定します。移動式電極は、堰堤の表面に沿って、または調査領域全体にわたって移動し、複数の測定値を収集します。観測された異常は、地下水の移動または浸透を示している可能性があります。[ 1 ]
SPは、解釈を複雑にするいくつかの要因の影響を受ける可能性があります。石油化学成分に加えて、SPは電気動電位と二金属状態にも影響を受けます。さらに、SPは以下の要因にも影響を受けます。
自然電位は、電圧計の一方のプローブを地表（表面電極）に、もう一方のプローブを測定対象の掘削孔内（坑内電極）に設置することで測定できます。実際、検層ツールはこの方法を採用しています。この測定は比較的簡単なので、通常、他の検層ツールには自然電位坑内電極が組み込まれています。