(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中（８）における土壌の性質、岩の性質、並びに岩の裂け目の量及び質の少なくともひとつを調査するための、前記地中（８）に掘削された穴（２、２ａ、２ｂ）に導通する
電気測定において用いられる測定ヘッド（１）であって、
前記測定ヘッドは、前記穴に適合可能であり、前記測定ヘッドと１個の電極（４）の周囲との間に電気信号を伝送するために、前記測定ヘッドと前記１個の電極の周囲とを電気的に接続する前記１個の電極を有する細長体（３）を備え、
前記１個の電極は、前記穴から周囲に電流を供給する場合には、前記１個の電極を介して周囲に電流を供給し、前記穴の周囲の電圧を測定する場合には、前記１個の電極を介して電位を測定するための１個の電極であり、
前記測定ヘッド（１）は、前記穴に配置された前記１個の電極の周囲において、前記穴の他の部分から電気的に絶縁された測定領域（７）を形成するために、前記穴（２、２ａ、２ｂ）の長手方向に沿って、前記１個の電極（４）の両側において、前記細長体（３）上に配置される絶縁手段（６）を備えることを特徴とする、測定ヘッド（１）。
【請求項２】
前記絶縁手段は、前記細長体（３）の周囲に配置され、前記穴（２、２ａ、２ｂ）の直径に少なくとも等しい自由径を有する、可塑性かつ弾性の板状の絶縁シート（６）であることを特徴とする、請求項１に記載の測定ヘッド（１）。
【請求項３】
前記絶縁シート（６）は、前記穴（２、２ａ、２ｂ）において、前記細長体（３）の長手方向に沿って、一方向に湾曲することで、一方向への前記測定ヘッドの移動に付随し、前記方向とは反対の方向への前記測定ヘッドの移動の結果、前記穴の壁に対してより強く押されることを特徴とする、請求項２に記載の測定ヘッド（１）。
【請求項４】
前記測定領域（７）の絶縁の効率性を向上するために、少なくとも２つの絶縁シート（６）が、前記細長体（３）の長手方向に沿って、前記１個の電極（４）の両側において連続して配置されることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の測定ヘッド（１）。
【請求項５】
前記絶縁手段（６）は、前記測定領域（７）の長さを調整するために、前記細長体（３）の長手方向に沿って移動するように構成され、前記１個の電極の周囲に配置され、前記穴（２、２ａ、２ｂ）の他の部分から電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の測定ヘッド（１）による、地中（８）における土壌の性質、岩の性質、並びに岩の裂け目の量及び質の少なくともひとつを調査するための、前記地中（８）に掘削された穴（２、２ａ、２ｂ）に導通する電気測定において用いられる測定方法であって、
電気信号（Ｉ、Ｕ）は、前記穴に配置された１個の電極（４）と前記１個の電極の周囲との間に伝送され、
前記測定方法は、前記１個の電極（４）の周囲が、前記穴（２、２ａ、２ｂ）の長さに沿って、前記穴の他の部分から電気的に絶縁されていることを特徴とする、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中にドリルで掘削された穴において導通する様々な電気測定に関し、より詳細には、土壌の性質を調査するために、岩地における電気測定に関する。本発明は、特に、測定において用いられる測定ヘッドおよび実際の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌の性質を調査する場合、地中にドリルで掘削された穴において導通する電気測定は、重要な役割を果たす。例えば、放射性廃棄物の処分場を考慮した場合、その岩の構造、特に、そこで見出される岩の裂け目の量および質を測定することが重要である。この種の測定に関する別の興味深い応用は鉱石の探鉱である。
【０００３】
従来技術において、土壌を調査する様々な電気測定法が公知である。例えば、いわゆる一点抵抗（ＳＰＲ）は、地中にドリルで掘削された穴に配置された電極と、その穴の周囲との間の抵抗を測定することに基づく。岩の場合、例えば、硬い岩では抵抗は高いが、通常、抵抗は、水で満たされた岩の割れ目または裂け目によって著しく減少する。したがって、抵抗は、裂け目などの位置を調査するために用いることができる。
【０００４】
別の公知の方法は、鉱体流電法（ｍｉｓｅ  ａ  ｌａ  ｍａｓｓｅ）である。この方法は、地中にドリルで掘削された穴に配置される電極に電流を供給しておき、その最初の穴から距離をおいた地中にドリルで掘削された他の穴から電圧を測定することに影響を与える。電流電極が、例えば、濡れた岩の裂け目または鉱床による導通領域に配置される場合、ほぼ一定の電位がその領域に形成される。その導通領域の外側の領域の抵抗が高ければ高いほど、その導通領域の外側の電位の低下は速くなる。その導通領域の内側と外側との電圧を調べることで、その導通領域の形状、そして、ある程度、その導通領域の伝導率を決定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の方法は１つの重大な問題を有する。正確な測定を保証するためには、その電気測定領域は、電極付近に限定されるべきである。例えば、ＳＰＲにおいて、穴全体が水分で満たされていることで電気が導通している場合、例えば、岩の裂け目によって抵抗は、電極とその穴の他の部分における穴の壁との間の岩の抵抗と、それほど変わらなくなる。
鉱体流電法においては、例えば、岩の裂け目の程度および形状を調査する場合、電極を介して供給される電流は、導通穴の中において上下に移動する場合があり、さらにはその調査が行われていた穴のものとは異なる裂け目へと移動する場合がある。この場合、導通領域、すなわち裂け目が電圧を測定することによって検出される場合、問題となっている裂け目は、その電流が供給された穴の裂け目であるのかどうかが定かではなくなる。従って、これらの方法における分解能は不確かなものとなる。
【０００６】
本発明の課題は、上述において参照された問題を軽減することで、地中にドリルで掘削された穴において導通する電気測定の正確性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の測定ヘッドおよび測定方法は、各々請求項１および請求項６に記載されたものによって特徴付けられる。
【０００８】
地中にドリルで掘削された穴に導通する電気測定において用いられる本発明の測定ヘッドは、穴に適合可能であって、測定ヘッドと電極の周囲（電極の配置された穴の部分）との間に電気信号を伝送するために、測定ヘッドと電極の周囲とを電気的に接続する電極を備える細長体を備える。好ましくは、細長体は、測定のために用いられる穴よりも実質的に小さい形状を有するので、その穴に容易に配置することができる。
細長体の外側表面は、電極領域を除いて、プラスチックまたは他の絶縁材料からなる。金属皮膜された電極は、測定ヘッドの周囲との電気的接続部を有する測定ヘッドの一部である。
この意味において、信号の伝送は、例えば鉱体流電法で電流信号を供給するなどの場合、電極からその周囲へと向かってもよいが、同様の測定ヘッドの構成は、鉱体流電法の電圧信号を受信することにも同様に適している。
【０００９】
本発明によると、測定ヘッドは、穴に配置された電極の周囲において、穴の他の部分から電気的に絶縁された測定領域を形成するために、穴の長手方向に沿って、電極の両側において、細長体上に配置される絶縁手段を備える。このように測定領域を区切ることで、測定の分解能を著しく改善する。その理由は、信号が供給されるか、または、信号が受信される領域、あるいは各々の領域がその電極付近において区切られるからである。例えば、鉱体流電法において、このことは、電流が、限定された到達領域の電圧測定によって、岩の裂け目または他の導通領域、あるいは各々にのみ供給されることを保証し、このようにして決定された導通領域は、正確に同一の領域と接触することは既知である。
【００１０】
絶縁手段は、好ましくは、細長体の周囲に配置され、穴の直径に少なくとも等しい自由径を有し、可塑性かつ弾性の薄い板状の絶縁シートである。絶縁シートは、例えば、プラスチックまたはゴムからなっていてもよい。本明細書における柔軟な絶縁シートの自由径とは、測定ヘッドが穴に配置されない場合、細長体の横断方向における直径を意味する。測定ヘッドが穴内に配置される場合、その穴の直径よりも大きい直径を有する可塑性の絶縁シートは、穴の壁に対してきつく押し付けられ、同時に、その穴において、縦方向に、電気接続を効率的に遮断する。たとえ絶縁シートが壁に対して密接に完全に押し付けられていない場合であっても、絶縁シートを経由した電気的伝導性は著しく低下する。そのような絶縁シートは、非常に簡略な構成であるので、電気的絶縁を実現するための、コスト効率が良い手段である。
【００１１】
本発明の１つの好ましい実施形態において、絶縁シートは、細長体の長手方向に沿って、一方向に湾曲しているので、穴において、一方向への測定ヘッドの移動に付随し、上記方向とは反対の方向への測定ヘッドの移動の結果、穴の壁に対してより強く押される。その湾曲は、例えば、測定ヘッドの上端に向いていてもよく、それにより測定ヘッドが穴へ配置されることを容易にする。測定領域は所望の深さにおいて測定ヘッドを僅かに上方に持ち上げることによって密接に絶縁することが可能である。
【００１２】
絶縁の効率性をさらに上昇させるために、本発明の好ましい実施形態は、電極の両側に、細長体の長手方向に沿って少なくとも２つの連続した絶縁シートを備える。この方法において、１つの絶縁シートの場合にあり得る不十分な絶縁性能は、効率的な電気的絶縁を達成する。
【００１３】
所望の面積の測定の分解能は、用途および土壌の性質に従って変化するので、絶縁手段は、好ましくは、測定領域の長さを調整するために、細長体の長手方向に沿って移動するように構成され、電極の周囲に配置され、穴の他の部分から電気的に絶縁されている。
【００１４】
地中にドリルで掘削された穴に導通する電気測定において用いられる測定方法において、電気信号は、穴に配置された電極と電極の周囲との間に伝送される。
本発明によると、この方法は、電極の周囲を、穴の長手方向に沿って、穴の他の部分から電気的に絶縁することを含む。これにより、測定ヘッドの信号の供給または受信に対する到達領域を制限することができ、その結果、測定結果を実質的に改善する。上述の絶縁手段は、好ましくは、電気的絶縁に対して用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る測定ヘッドの一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る測定ヘッドが用いられる場合における、鉱体流電法の原理を示す図である。
【図３】例えば図２に示される測定構成による測定結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下において、本発明は添付の図面を参照して記載される。図１は、本発明に係る測定ヘッドの一実施形態を示す。図２は、本発明に係る測定ヘッドが用いられる場合における鉱体流電法の原理を示す。図３は、例えば図２に示される測定構成による測定結果の一例を示す。
【００１７】
図１は、測定ヘッド１、および該測定ヘッドが配置されるドリル穴２の一部を示す。測定ヘッドは、絶縁体でコーティングされた細長体３に備え、その細長体３の中間点には金属電極４を備える。この金属電極４は、ケーブル５を介して電気伝導するように接続されている。ケーブル５は、測定ヘッドに取り付けられ、地上表面上の他の測定装置（図には示さず）の本体内に配置される。電気信号は、この測定ヘッドとその周囲との間の電極を介して伝送される。
【００１８】
可塑性かつ弾性の薄い板状の３つのプラスチックシート６が、電極の両側上において、測定ヘッドの本体に連続して取り付けられている。シートのサイズは、シートが自由位置（ｆｒｅｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）にある場合、各シートの直径が、ドリル穴の直径よりも僅かに大きくなるように適合されている。従って、測定ヘッドがドリル穴に配置される場合、柔軟なシートの縁は穴の壁に押されることになる。
【００１９】
プラスチックシートは電気絶縁体として機能し、ドリル穴の他の部分とは電気的に絶縁されている測定領域７を、電極の周囲に、穴の長手方向に沿って形成する。この絶縁された測定領域は、電気信号が電極とその周囲との間において伝送される領域を区切る。これは、電極を介して信号を供給する場合、およびそれを受信信号検出器として用いる場合、その電極の面積分解能が、電気的に絶縁された測定領域を形成しない従来技術の分解能と比較して、実質的に改善されることを意味する。
分解能におけるこの改善を図２に示す。電極の両側には３つの絶縁シートが設けられる。その理由は、１つの絶縁シートでは、全ての状況下において、十分に測定領域を絶縁できるとは限らないからである。
【００２０】
シート６は、測定ヘッドの本体の長手方向に沿って、同じ方向に相互に湾曲している。これにより、ドリル穴における一方向への測定ヘッドが移動した場合、および測定ヘッドが穴における他の方向へと移動した場合において、穴の壁に対するシートの圧力の移動が容易になる。図１の場合、シート６の湾曲は測定ヘッドの下端に向けられている。
しかしながら、図２に示すように、シート６の湾曲はその方向は逆になってもよい。湾曲の方向は、例えば、その測定がまず、穴の下端において行われ、その後、穴の中で段階的に持ち上げられることが意図されているか、その逆が意図されているかどうかに依存する。
【００２１】
図２は鉱体流電法（ｍｉｓｅ  ａ  ｌａ  ｍａｓｓｅ）における本発明の効率を示す。２つのドリル穴２ａおよび２ｂは岩地８においてドリルにより掘削されている。その岩地は、通常、水分で満たされているので、伝導性を有する裂け目９を有する。鉱体流電法の原理は、電流Ｉを、ドリル穴を介して地中の導通領域へと供給し、他の穴からの電圧を測定する。良い伝導率を有する領域は、定電位の領域として電圧測定において実質的に検出され、その外側において、その領域の周囲における電気的伝導率が低下するにつれて、電位はそれだけ一層変化する。これにより、例えば岩の裂け目または鉱床などの導通領域の大きさおよび形状、さらにはそれらの伝導率を決定することができる。
図２に示す状況において、従来の測定ヘッドを用いて、電流を、おそらく水分で満たされたドリル穴２ａに供給すると、電流は、図における破線に示される矢印に従って、水分で満たされた穴において、上下に流れてもよく、それらの伝導率によって規定された率で、さらに全ての裂け目９に流れてもよい。この場合、他の穴２ｂから電圧を測定することによって導通領域を探査する場合、そのような領域は、裂け目ごとに検出され、電圧の強さでさえ、どの領域が、電流を供給する電極に最も近い裂け目と直接に接触しているかを必ずしも決定する必要はない。
図に示すように、ドリル穴の部分から電気的に絶縁されている測定領域７を電極４の周囲に形成することによって本発明に係る測定ヘッド１を用いる場合、電流供給および電圧測定の両方の到達領域は、測定の分解能が実質的に向上するように区切ることができる。
すなわち、例えば電流は、ドリル穴２ａにおいて、測定領域７から流出することはできない。これによって、電流を供給する電極の測定領域によって位置を検出される正確な裂け目についての、電位測定穴からの検出が、電圧測定手段によって可能になる。従来技術に係る測定ヘッドと比較した場合、分解能における類似の改善は、例えば、１つの電極によって導通されるＳＰＲにおいても検出される。
【００２２】
電流電極が、深さ２３．６メートルにおいて形成された岩の裂け目付近の１つの穴に配置され、電位測定電極が他の穴に移動されている配置構成において、図３の測定結果は取得される。図３は、電極の深さが１０メートルから３０メートルでの、電位測定電極の結果を示す。本発明に係る絶縁性のゴムシートは用いられず、絶縁シートが電位測定電極の周囲にのみ用いられ、その絶縁シートは両方の測定ヘッドに設置された構成を用いて測定は行われた。絶縁シートは重なった４つの連続したシートとして用いられた。結果は、抵抗値として示され、比率Ｕ＝ＲＩ（Ｕは電圧、Ｉは電流、Ｒは抵抗）を用いて、供給された電流を用いて、電圧を抵抗値に変換することによって達成される。良い伝導率を有し、かつ、電流が供給される領域において、電圧は実質的に一定であり、その強さは、導通領域と電気的地板との間の抵抗の強度に従う。
導通領域の外側では、電圧、および、それに類似して測定ポイントと電気的地板との間の抵抗は減少する。この現象は、電流が供給される裂け目によって、電圧から計算された、電圧および抵抗の信号における上昇として、図３の結果に示す。
【００２３】
結果に示すように、電位測定電極に関連して絶縁シートを用いる状況では、絶縁シートを用いない状況と比較すると、その裂け目による信号は３倍以上である。絶縁シートが両方の測定ヘッドに設置される場合、検出された信号は、絶縁シートを用いない場合の信号と比較して、十倍以上強い。これらの結果は、本発明に係る、ドリル穴の他の部分から電極の周囲を電気的に絶縁することによって、電気測定の分解能によって達成できる効率性を明らかに証明している。
【００２４】
本発明は、上述で参照された例に限定されず、実施形態の様々な変形が、特許請求の範囲内で可能である。
【図１】
0005484056.tif 000002
【図２】
0005484056.tif 000003
【図３】
0005484056.tif 000004