(57)【要約】【課題】  結晶質岩の分布地域に存在する水みちを簡便に精度良く特定することができる水みち探査方法を提供する。【解決手段】  探査対象地域を横断する複数の探査測線に沿って受振点を配置し、各探査測線と直交方向に所定以上の離間距離を持った起振点で発生させた弾性波の屈折波を扇射法地震探査手法により測定解析して、表層堆積物８及び結晶質岩の強風化部６の合計厚みが最も大きい最厚部Ｔを含む周辺領域を特定する扇射法地震探査ステップと、周辺領域に対して重力探査を行い、最厚部Ｔの位置を特定する重力探査ステップとを備える水みち探査方法である。  【選択図】  図１
2010071834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶質岩の分布地域に存在する水みちを探査する方法であって、
探査対象地域を横断する複数の探査測線に沿って受振点を配置し、前記各探査測線と直交方向に所定以上の離間距離を持った起振点で発生させた弾性波の屈折波を扇射法地震探査手法により測定解析して、表層堆積物及び結晶質岩の強風化部の合計厚みが最も大きい最厚部を含む周辺領域を特定する扇射法地震探査ステップと、
前記周辺領域に対して重力探査を行い、前記最厚部の位置を特定する重力探査ステップとを備える水みち探査方法。
【請求項２】
前記扇射法地震探査ステップは、複数の前記受振点を間隔が１ｍ以下となるように配置する請求項１に記載の水みち探査方法。
【請求項３】
前記重力探査ステップは、重力変化の検出精度が10ngal程度である請求項１または２に記載の水みち探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水みち探査方法に関し、より詳しくは、結晶質岩の分布地域に存在する水みちを探査する水みち探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
花崗岩などの結晶質岩が分布する中山間地においては、表層堆積物は一般に薄く、浅層地下水系は結晶質岩の表層風化部に主に発達している。花崗岩などの結晶質岩の強風化部と、結晶質岩の弱風化部（ないしは新鮮岩部）では、透水係数が数桁程度異なるため、その境界部が浅層地下水系の基底となる。地下に伏在する結晶質岩の強風化部と、結晶質岩の弱風化部（ないしは新鮮岩部）との境界は一様ではなく、局所的な凹凸が存在し、局所的な凹部が周辺の浅層地下水系を集水するような構造を形成するため、それらの構造が連続したものが浅層地下水系の水みちとなる構造となる。中山間地における家庭用水源など極小規模な地下水開発を除いた一定規模以上の地下水開発においては、谷底平野周辺に発達する浅層地下水系の水みちを探査し、揚水井を作井することが従来から検討されている。
【０００３】
谷底平野周辺に発達する浅層地下水系の水みちの位置を特定する方法として、屈折法や反射法による地震探査が従来から知られているが、谷底平野と山地との境界部の地形急変点の処理が困難なこと、また探査対象深度の少なくとも4倍以上必要とされる探査測線長が十分確保できず探査精度が十分でないことから、浅層地下水系の開発に屈折法や反射法による地震探査が適用されることはなかった。
【０００４】
また、非特許文献１及び２には、電気探査方法の一種である比抵抗映像法を利用して、比抵抗二次元探査により地下水の流れを探査する方法が示されているが、この方法も地表から測定する場合に十分な探査確度が得にくいことから浅層地下水開発の失敗例が多く、ボーリングポイントが多数になることでコストや時間の浪費を招くおそれがあった。
【非特許文献１】「応用地質  第31巻  第1号」、日本応用地質学会、1990年、pp. 12-18；竹内 睦雄・長江 亮二、電気探査による地下水流動モニター法の研究
【非特許文献２】「応用地質  第33巻  第1号」、日本応用地質学会、1992年、pp. 1-6；長江 亮二・竹内 睦雄、電気探査による地下水流動モニター法の研究(その2)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、結晶質岩の分布地域に存在する水みちを簡便に精度良く特定することができる水みち探査方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の前記目的は、結晶質岩の分布地域に存在する水みちを探査する方法であって、探査対象地域を横断する複数の探査測線に沿って受振点を配置し、前記各探査測線と直交方向に所定以上の離間距離を持った起振点で発生させた弾性波の屈折波を扇射法地震探査手法により測定解析して、表層堆積物及び結晶質岩の強風化部の合計厚みが最も大きい最厚部を含む周辺領域を特定する扇射法地震探査ステップと、前記周辺領域に対して重力探査を行い、前記最厚部の位置を特定する重力探査ステップとを備える水みち探査方法により達成される。
【０００７】
この水みち探査方法において、前記扇射法地震探査ステップは、複数の前記受振点を間隔が１ｍ以下となるように配置することが好ましい。
【０００８】
また、前記重力探査ステップは、重力変化の検出精度が10ngal程度であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水みち探査方法によれば、結晶質岩の分布地域に存在する水みちを簡便に精度良く特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水みち探査方法を説明するための模式図である。
本実施形態の水みち探査方法は、花崗岩などの結晶質岩が分布する中山間地において、探査対象地域である谷底平野に存在する水みちを特定するものである。
【００１１】
図１に示すように、結晶質岩の地質断面は、風化の程度に応じて新鮮岩部２、弱風化部４および強風化部６に区分され、それぞれの積層構造となっている。強風化部６には、表層堆積物８が薄く堆積している。強風化部６においては透水係数が大きく、地下水が動き易い一方、弱風化部４および新鮮岩部２においては、透水係数が小さく、地下水が動き難く層内で飽和した状態となっているため、浅層地下水系は、弱風化部４と強風化部６との境界で主に発達する。このような結晶質岩に断層・節理Ｆなどが存在すると、断層・節理Ｆに沿って風化が進行し、差別的な侵食が起こり、谷底平野などが形成される。谷底平野の地下では、断層・節理Ｆに沿って風化が進行しているため弱風化部４の表面が局所的に凹んだような構造となり，周辺の浅層地下水を集水するため、このような構造が連続することで水みちＷが形成される。
【００１２】
このように、水みちＷの形成位置は、強風化部６及び表層堆積物８の合計厚みが最も大きい最厚部Ｔであると考えられる。本実施形態の水みち探査方法は、この最厚部Ｔを特定するために、まず扇状法地震探査ステップを行う。
【００１３】
すなわち、谷底平野を横断する複数の探査測線に沿って受振点（地震計など）を一定間隔で配置する。複数の探査測線は、例えば、図２に示すように互いに平行に配置されることが好ましい。
【００１４】
そして、各探査測線と直交方向に所定以上の離間距離をあけて起振点（震源）を設置する。図３は、ある探査測線Ｌと起振点１０との位置関係を示しており、両者の離隔距離Ｅは、起振点１０からの直接波が屈折波よりも先に受振点１２に到達しない一定以上の距離に設定することが好ましい。
【００１５】
起振点１０で弾性波を発生させると、この弾性波は、表層堆積物８及び結晶質岩の強風化部６を直進し、結晶質岩の弱風化部４（ないしは新鮮岩部２）との境界で屈折し、その後受振点１２の近傍で再屈折し、表層堆積物８及び結晶質岩の強風化部６を直進し、受振点１２に至る。表層堆積物８及び強風化部６と、弱風化部４（ないしは新鮮岩部２）とでは、弾性波速度が著しく異なり、表層堆積物８及び強風化部６の弾性波速度の方が著しく遅いため、表層堆積物８および強風化部６の合計厚みによって、屈折波の初動到達時間が変化する。
【００１６】
例えば、図４（ａ）に示すように、起振点１０から受信点１２までの強風化部６の厚みが9ｍで、起振点１０から受信点１２までの距離が30ｍである場合（説明を簡略化するため、厚みの薄い表層堆積物８は考慮していない）、弱風化部４および強風化部６の弾性波速度をそれぞれ3.0km／sec、1.5km／secとすると、初動到達時間Ｉ１は、
Ｉ１＝10.39/1.5 + 19.61/3.0 + 10.39/1.5 = 20.39 (msec) となる。
【００１７】
一方、図４（ｂ）に示すように、起振点１０の強風化部６の厚みは9ｍだが受信点１２の強風化部６の厚みが１ｍ増加して10ｍに変化する場合、初動到達時間Ｉ２は、
Ｉ２＝10.38/1.5 + 19.02/3.0 + 11.54/1.5 = 20.95 (msec) となる。
【００１８】
このように、受信点１２における初動到達時間は、受信点１２近傍に存在する表層堆積物８および強風化部６の層厚の合計に依存する部分が大きいため、この初動到達時間である走時と起振点１０からの距離との関係を示す走時曲線を作成し、各受振点１２における初動到達時間を標準走時曲線と比較すると、標準走時曲線からの初動到達時間の遅れが最も大きい受振点１２の近傍に、表層堆積物８及び強風化部６の層厚の合計が最も大きい領域（最厚部Ｔ）が存在することがわかる。
【００１９】
図５は、図２の探査測線1)における扇射法地震探査データの解析結果の一例を示すものであり、起振点１０を固定した状態で示していることから、起振点１０から遠い受振点１２ほど初動到達時間が長くなり、また起振点１０で発生した震源の衝突音のグラフが双曲線状を呈している。
【００２０】
図６は、図５の初動到達時間に起振点１０と受振点１２との間の距離の差を補正した結果であり、補正後の初動到達時間が最も遅い受振点１２は、探査測線位置43ｍ及び45ｍに存在することがわかる。
【００２１】
最厚部Ｔが連続する構造は、複数の探査測線により把握することができ、例えば、谷底平野を横断する３探査測線以上の各探査測線における標準走時曲線からの初動到達時間の遅れが最も大きい受振点が直線状に配列している場合や、谷底平野を横断する２探査測線における標準走時曲線からの初動到達時間の遅れが最も大きい受振点が谷筋と平行に配列している場合に、最厚部Ｔが連続しているとみなすことができる。
【００２２】
本実施形態の水みち探査方法は、谷底平野の地下に伏在する数ｍ〜5ｍ程度の幅の狭い水みち構造を探査するため、従来の扇状法地震探査とは異なり、各受信点１２の間隔Ｓ（図３参照）を稠密に設定することが好ましい。具体的には、受信点間隔Ｓを１ｍ以下に設定することが好ましく、50cm以下とすることがより好ましい。図５に示すデータは、受信点間隔Ｓを50cmに設定したものである。
【００２３】
このような扇射法地震探査ステップにより得られた最厚部Ｔの位置精度は原理的に低く、実際には標準走時曲線からの初動到達時間の遅れが最も大きい受振点直下に最厚部Ｔが存在するとは限らず、その近傍数ｍ程度の範囲に最厚部Ｔが存在することを示すのみである。すなわち、扇射法地震探査ステップにより特定されるのは、最厚部Ｔそのものではなく、最厚部Ｔおよびその近傍領域を含む周辺領域である。
【００２４】
そこで、浅層地下水開発のための揚水井の掘削地点を正確に決定するため、最厚部Ｔを含む周辺領域に対して精密な重力探査を行う重力探査ステップを行い、最厚部Ｔの位置を高い精度で求める。
【００２５】
重力探査においては、各測点の重力値が直下に存在する物質の密度と存在量の積の総和に比例する性質を利用する。すなわち、表層堆積物８、強風化部６、弱風化部４、及び新鮮岩部２の密度はそれぞれ異なり、表層堆積物８や強風化部６の密度が相対的に低く、弱風化部４から新鮮岩部２へと密度が増加することから、測点直下の表層堆積物８及び強風化部６の層厚合計が大きいほど重力値が小さくなる。したがって、重力値が最小を示す位置を、最厚部Ｔとして求めることができる。
【００２６】
重力探査ステップにおいても、谷底平野の地下に伏在する幅数ｍ〜5ｍ程度の浅層地下水系の水みちとなる構造を探査するため、測点間隔が稠密であることが好ましく、具体的には、測点間隔を１ｍ以下に設定することが好ましく、50cm以下とすることがより好ましい。
【００２７】
重力探査ステップでは、谷底平野の地下に伏在する強風化部６、弱風化部４，新鮮岩部２などの風化構造における深度差数ｍ〜数10ｍ程度による重力値の変動を検出する必要がある。このため、重力探査の検出精度には高い精度が要求され、具体的には、10ngal程度の重力値の変化を検出できる手法・機器を用いることが好ましい。
【００２８】
重力探査ステップで測定された重力値については、原則として重力計の経時的なドリフトや潮汐・測点高度・地形効果などの補正を行った上で重力値を比較し、重力値の最低値を示す測点を最厚部Ｔとみなすことにより、その測点位置を浅層地下水系の水みちの通過点とみなすことができる。この結果、浅層地下水開発のための揚水井の掘削地点を容易且つ高精度に特定することができる。
【００２９】
なお、谷底平野を横断するような探査測線のうち、田圃の畦道など、ほぼ平坦で測点高度・地形効果などの補正を考慮しないでよいような探査測線においては、重力計のドリフトが一定値以下であることを前提に、重力計の読み取り値の最低値を示す測点を、最厚部Ｔとみなすことができる。
【００３０】
図７は、重力探査ステップにより生成された図２の探査測線1)（図５及び６と同じ探査測線）における精密重力探査データの一例を示すものであり、重力値が最も小さい位置Ａを、最厚部Ｔの位置として特定することができる。なお，位置Ａは図２の探査測線1)の42ｍ地点であり、扇射法地震探査データの解析により初動到達時間が最も遅いとされた探査測線1)の43ｍ地点とは１ｍ程度の位置ずれが生じている。一方、位置Ｂは、従来の非抵抗法２次元探査に基づいて水みちと特定された位置であり、両者の間には３０ｍ程度の位置ずれが生じている。
【００３１】
位置Ａ及びＢにそれぞれ揚水井を形成し、限界揚水量を測定した結果を表１に示す。本実施形態の水みち探査法により特定された位置Ａにおいては、位置Ｂと比較して、顕著に高い揚水量が得られている。
【００３２】
【表１】
2010071834.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る谷底平野の水みち探査方法を説明するための模式図である。
【図２】前記水みち探査方法における扇射法地震探査の探査測線の設定例を示す図である。
【図３】扇射法地震探査の測定状況を示す平面図である。
【図４】扇射法地震探査を行った際の屈折波の経路の差による初動の遅れを示す説明図である。
【図５】扇射法地震探査データの解析記録の一例を示す図である。
【図６】扇射法地震探査データから得られた屈折波の初動到達時間を示す図である。
【図７】精密重力探査データから推定された浅層地下水系の水みちの位置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  新鮮岩部
４  弱風化部
６  強風化部
８  表層堆積物
１０  起振点
１２  受振点
Ｌ  探査測線  
【図１】
2010071834.tif 000004
【図２】
2010071834.tif 000005
【図３】
2010071834.tif 000006
【図４】
2010071834.tif 000007
【図５】
2010071834.tif 000008
【図６】
2010071834.tif 000009
【図７】
2010071834.tif 000010