表面核磁気共鳴

表面核磁気共鳴（SNMR）は、磁気共鳴サウンディング（MRS）とも呼ばれ、水文地質学に特化した地球物理学的手法です。核磁気共鳴（NMR）の原理に基づいており、測定値を用いて地球の地下における飽和帯と不飽和帯の水分含有量を間接的に推定することができます。^{[ 1 ]} SNMRは、帯水層に含まれる水の量、間隙率、透水係数など、帯水層の特性を推定するために使用されます。

歴史

MRS技術は、 プロトン磁力計の発明者の一人であるラッセル・H・バリアンによって1960年代に考案されました。^{[ 2 ]} SNMRは、ソ連でAG・セミョーノフの指導の下、この手法の開発を開始し、世界中で研究を継続した多くの科学者と技術者の共同作業の成果です。 ^{[ 3 ]}セミョーノフのチームは、核磁気共鳴（NMR）を用いて、地下水中のプロトン含有液体（炭化水素または水）を非侵襲的に検出しました。ロシア科学アカデミーシベリア支部のヴォエヴォツキー化学反応速度論・燃焼研究所は、 1981年に地下水からの磁気共鳴信号を測定する装置（「ハイドロスコープ」）の最初のバージョンを製作しました。

原則

これまで表面プロトン磁気共鳴（PMR）と呼ばれてきた磁気共鳴探査の基本原理は、プロトン磁力計の原理と似ています。どちらも、プロトンを含む液体（水や炭化水素など）からの磁気共鳴信号の記録を想定しています。ただし、プロトン磁力計では、特殊な液体サンプルが受信コイルに配置され、信号周波数のみが問題となります。MRSでは、直径100 mのワイヤループが送受信アンテナとして使用され、地下の水を探査します。したがって、他の地球物理学的方法と比較したMRS法の主な利点は、水分子からのPMR信号の表面測定により、この方法が地下水にのみ応答することを保証することです。

典型的なMRS調査は3段階で実施されます。まず、周囲の電磁ノイズ（EM）を測定します。次に、地表上のケーブルを通して電流パルスを送信し、地下に外部EMフィールドを印加します。最後に、外部EMフィールドを終端し、磁気共鳴信号を測定します。^{[ 4 ]}

測定された MRS 信号の 3 つのパラメータは次のとおりです。

• 振幅 (E0) は陽子の数、つまり水の量に依存します。
• 減衰時間（T*2）は、一般的に水飽和岩石の空隙の平均サイズと相関します。これは帯水層の特性評価において重要です。
• 位相（j0）は現場で測定され、岩石の電気伝導率の定性的な推定に使用されます。^{[ 4 ]}

他の多くの地球物理学的手法と同様に、MRSは場所に依存します。モデリングの結果、MRSの性能は、自然地磁気の強度、岩石の電気伝導率、電磁ノイズなどの要因に依存することが示されています。

使用法

SNMRは石油探査と水資源探査の両方に使用できますが、石油は一般的に深部に存在するため、水資源探査での使用がより一般的です。SNMRは200メートルの深度分解能を備えているため、帯水層をモデル化するのに最適な方法です。

参照

• 帯水層貯留と回収
• 帯水層の特性
• 地下水モデル
• 地下水汚染
• 水理トモグラフィー
• 核磁気共鳴
• 地球磁場NMR

参考文献

1. Legchenko, Anatoly (2013).地下水の磁気共鳴画像法. John Wiley & Sons. ISBN 9781118649459。
2. 米国特許3019383、バリアン・ラッセル・ハリソン、「地中液体探査方法および装置」、1962年1月30日発行 
3. Semenov AG (1987) 水資源探査のためのNMRハイドロスコープ.ジオトモグラフィーに関するセミナーの議事録、インド地球物理学連合、ハイデラバード、pp 66–67
4. 「磁気共鳴探査（MRS）」 USGS地下水情報：水文地質物理学部門。米国地質調査所。 2018年5月15日閲覧。