(57)【要約】【課題】  地下に存在する断層の位置及びその深さを簡単に知ることが出来る断層探査装置の提供。【解決手段】  ２本の電極棒１ａ，１ｂをリード線２にて繋ぎ、両電極棒１ａ、１ｂ間に作用する電場強度を表示する為のディスプレイ３を備え、しかも電磁波の複数周波数に対応可能な構造としている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に存在する断層を探査することが出来る断層探査装置において、２本の電極棒をリード線にて繋ぎ、両電極棒間に作用する電場強度を表示する為のディスプレイを備え、しかも電磁波の複数周波数に対応可能な構造としたことを特徴とする断層探査装置。
【請求項２】
上記電極棒の下端部に踏み押え部を側方へ延ばし、上端には持ち手を設けた請求項１記載の断層探査装置。
【請求項３】
断層を探査する方法において、リード線にて互いに繋がれた２本の電極棒を２人の作業者が夫々持ち、各作業者は所定の間隔を隔てた状態で電極棒を地面に刺しながら各地点での電場強度を測定することで、断層の位置をディスプレイに表示することを特徴とする断層探査方法。
【請求項４】
検出する電磁波の周波数を選択することにより、断層の深さをディスプレイに表示可能とした請求項３記載の断層探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震の原因である断層の存在及びその位置を探査する為の装置及び探査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震を契機に、活断層分布調査や地震予測など自然災害防災研究への期待は益々大きく成ってきている。特に兵庫県南部地震では、地震発生頻度の高い断層を予測できなかったことから系統的な断層調査が必要とされている。政府は全国にある千ヶ所以上の活断層のうち９８ヶ所を選定してトレンチ調査を行ってきたが、新潟県中越地震の震源とみられる断層が調査選定の対象外であったように、従来の活断層調査に限界が指摘されている。
【０００３】
その原因の１つに、従来の断層調査では、高価な探査機、熟練した技術者、高コスト作業による高額な費用が要求されることが挙げられる。特別な技術を持たない人であっても手軽に使用して地下の断層を調査できる探査装置であることが望ましい。
【０００４】
これら断層の存在位置を知った上で、活断層の変位を検知することにより地震の発生を予測する方法が開発されている。特開平１１−３３７６５１号に係る「断層変位及び体積変位監視による地震予測方法」は、断層が降伏すべり現象を起こす挙動プロセスやメカニズムを把握し、地震の発生時期やその範囲、規模などを高い確率で予知評価可能とするものである。
【０００５】
同じく特開平１１−２９５４３６号に係る「断層振動変位計測装置」は、岩盤内の断層の3次元的な振動変位の評価を容易に行うことができ、地震発生前の活断層の微小振動や周辺地振動による断層の変状を3次元的変位として高精度かつ効率的に特定計測し得るものである。しかし、活断層振動変位計測装置を設置するに際して、断層の位置を正確に知ることが前提であり、間違った位置に設置しても地震を予知することは不可能である。
【０００６】
ところで、従来から地中の断層を調べる方法として「ＶＬＦ法」と称される方法が知られている。このＶＬＦ法は、３〜３０ｋＨｚのＶＬＦ帯の電磁波を利用する方法であり、この領域の電磁波は電波特性が良く、他の通信手段に比較して海水での減衰も小さいことから、主として潜水艦通信用に使われている。このために、世界各地にＶＬＦ発信局があり、これら各発信局から常時大電力で電波を発信している。
【０００７】
上記ＶＬＦ法には磁場の２成分を測定する「ＶＬＦ−ＥＭ法」と電場と磁場を測定する「ＶＬＦ−ＭＴ法」が存在している。しかし、このＶＬＦ法は送信源の位置、周波数、発信時間をコントロールすることは出来ない。すなわち、夕方になると電離層の高度が変化してＶＬＦ波の伝播特性が変わる為に、受信状態が悪くなる。又、太陽の黒点活動による撹乱の影響を受けて受信不能になることもある。
【０００８】
(ＶＬＦ−ＥＭ法)
ＶＬＦ発信局から放射される電磁波は、十分な遠方では平面波と見なされ、ＶＬＦ局からの１次磁場は水平方向に変動し、地下に異常物質が存在する場合には２次電流が発生し、この電流によって垂直方向の２次磁場が発生する。地下が均質或いは水平成層構造の場合には垂直方向の２次磁場は発生しない。従って、垂直方向の２次磁場の分布から地下構造の推定が可能となる。地下構造が２次元的である場合、構造の走向方向が発信局方向と一致した時に垂直磁場強度が最大となる。一方、走向方向が発信局と直交する場合には垂直磁場成分は０である。
【０００９】
実際の測定では発信局と直交する方向に測線を設定し、水平磁場と同じ位相の垂直磁場成分及び９０°位相のズレた成分を測定する。水平成分と垂直成分は同じ周期で変動しているが、位相が異なる為に両者の合成ベクトルは楕円を描き、この楕円の長軸と水平軸とのなす角、楕円長軸と短軸との比を求める場合もある。この方法は、断層、破砕帯の調査、鉱体調査、地下水探査に使用されているが、誘導電流による２次磁場成分を測定している為に、地下のケーブル、金属パイプ、地表の金網などの影響を受けて、本来の断層探査とは異なる部分の影響が大きく出ることもある。さらに、側線の方向によって検出能力が異なってくることも問題である。
【００１０】
(ＶＬＦ−ＭＴ法)
この方法は、ＭＴ法と同じく水平磁場とそれに直交する水平電場から見掛け比抵抗と、位相差を求めて地下構造を推測することが出来る。見掛け比抵抗と同時に位相を検出することで、電場と磁場の位相差によって比抵抗が深さと共にどのように変化するかを知ることが出来る。地下が均質ならば位相差は４５°であり、地下深部の比抵抗が表層に比べて大きい場合は位相４５°より小さくなる。逆に地下深部の比抵抗が表層よりも小さい場合には位相は４５°より大きくなる。
【００１１】
この方法では、短期間で比抵抗異常部のマッピングが比較的簡単に出来るが、探査対象物の深さ情報を得ることは容易でない。定性的には異常物の深さによって次のような一般的傾向がある。すなわち、異常部分が地表に近ければ得られる見掛け比抵抗、位相は狭い範囲で急激な変化を示し、異常部が深ければ観測値は広い範囲でなだらかな変化を示す。又、発信局方向と地下構造との位置関係によって異常の現れ方が異なることもある。
【特許文献１】特開平１１−３３７６５１号に係る「断層変位及び体積変位監視による地震予測方法」
【特許文献２】特開平１１−２９５４３６号に係る「断層振動変位計測装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、地下の断層を探査する従来のＶＬＦ−ＥＭ法、及びＶＬＦ−ＭＴ法には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、特別な技術を必要とすることなく、断層が存在する位置及び断層の深さが直ちに分かるようにディスプレイに表示することが出来る断層探査装置及び探査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る断層探査装置は地球を覆う電磁波を利用したものであって、大地電場探査法である。すなわち、自然のエネルギーを電源として地下の断層を探査推定する。利用する周波数は、地球上での雷の電光によって放電される周波数成分のうち低周波数〜電波の周波数帯で、探査には主として０．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数範囲内における電磁波を利用する。
【００１４】
電磁波は地表を覆うように地上波として伝播する。この内、大地に透過した電磁波は、地下の断層などの異常構造で減衰又は反射する為に、地下構造分布に応じた電場・磁場強度の応答が生じる。この電場の強度変化を測定することにより、地下の断層を予測し、地質構造を推定することができる。
【００１５】
そこで、本発明ではリード線にて互いに繋がれた２本の電極棒を有し、所定の距離を隔てて両電極棒を地面に刺し、この際に両電極棒間の電場強度を測定する。そして、この電場強度をディスプレイに表示し、両電極棒を地面に刺しながら移動して各地点での電場強度を測定して行く。そうすると電場強度の低い領域が表れ、この領域に断層が存在する可能性が高いことが分かる。そして、本発明の装置では複数の周波数を選択使用することが出来、断層の深さを周波数により知ることも出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の探査装置は２本の電極棒と磁場強度を表示するディスクプレイから成っている。従って、所定の間隔をおいて２本の電極棒を地面に刺すことで、両電極棒間の電場強度を知ることが出来、この電場強度は自動的にディスプレイに表示される。そして、この作業を連続して行うことで電場強度曲線を作成することが出来、電場強度の低い領域には断層が存在している可能性が高いことが分かる。このように、本発明の断層探査装置では、２人一組で尺取虫のように所定の間隔で２本の電極棒を刺して歩くだけで、地下の断層を知ることが出来る。しかも、複数の周波数を使用できる為に断層の深さも分かる。一方、人工電磁波に限定せず、自然の電磁波も利用する為に、地球の全ての場所での使用が可能である。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明の断層探査装置を示す概略図であり、２本の電極棒１ａ，１ｂ、両電極棒１ａ，１ｂを繋ぐリード線２、ディスプレイ３から成っている。上記電極棒１ａ，１ｂは所定の長さを有す金属棒であって、下端は地面にさすことが出来るように尖っている。そして、下端から所定の高さには踏み押え部４ａ，４ｂを側方へ延ばし、上端には持ち手５ａ，５ｂを設けている。
【００１８】
そこで、上記持ち手５ａ，５ｂを握って電極棒１ａ，１ｂを垂直に起立した状態で踏み押え部４ａ，４ｂに足を載せて押えることで地面に先端部を刺し込むことが出来る。この場合に２本の電極棒１ａ，１ｂはリード線２にて繋がれている為に、両電極棒１ａ，１ｂ間距離は常に一定している。すなわち、尺取虫が歩くように２本の両電極棒１ａ，１ｂは対を成して移動しながら地面の電場強度を調査することが出来る。
【００１９】
図２は二人の作業者が断層探査を行っている場合を表している。先頭を行く作業者６ｂは電極棒１ｂを持ち、後方の作業者６ａは電極棒１ａを持ちながら歩き、所々で両電極棒１ａ，１ｂを地面に差し込む。この際に両電極棒１ａ，１ｂ間の距離はリード線２にて常に一定に保たれている。後方にいる作業者６ａはディスプレイ３を所持しており、両電極棒１ａ，１ｂ間の電場強度はディスプレイ３に表示される。ここで、ディスプレイ３の具体的な構造は限定しないことにする。
【００２０】
地層７が均質である場合には、該地層７を伝播する電磁波は一定であるが、該地層７に断層８が存在する場合、該断層８では電磁波が反射したり吸収されるなどしてその強度が変化し、この変化がディスプレイ３に表示される。図２に示しているように、断層８が存在する領域では、電場強度９が小さく成っている。
【００２１】
図３は地表を覆う電磁波を表しているが、本発明では０．５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数が使われる。該電磁波９が地層７を伝播することで、適当な位置での地面に刺した両電極棒１ａ，１ｂ間にはその場所での電場強度が作用する。地層７は表層１０、及び基盤１１から成り、基盤１１には断層８が存在している。この断層８の深さは色々あり、この深さに応じた電磁波９の周波数が選択される。
【００２２】
図４は電磁波９の周波数と地層の深さとの関係を表している。同図からは低い周波数の電磁波９は深い地層を伝播し、周波数の高い電磁波９は浅い地層を伝播することが出来る。従って、前記図２に示す断層探査を行う場合、２本の電極棒１ａ，１ｂを刺した同一地点で複数の周波数について調べる必要がある。浅い地層７では電場強度の低下を来たさなくても、深い地層７にて電場強度が低下することもあり、それによって断層８が存在する深さを知ることが出来る。
【００２３】
図５は実際の断層探査を行った結果を示している具体例である。地図のＡ地点からＢ地点まで道路１２に沿って探査が行われる。すなわち、該道路１２が測線と成り、前記図２に示すように２人の作業者６ａ，６ｂが電極棒１ａ，１ｂを刺しながら移動する。その結果、各地点での電場強度(ｍＶ)は図５(ｂ)のように表示され、Ｃ地点で電場強度が大きく低下している。
【００２４】
従って、Ｃ地点の地層に断層８が存在することが推定できる。該Ｃ地点から断層８がどの方向へ延びているかは、この側線に平行する測線を設けて探査することで推定が可能と成る。その結果が図５(ａ)に点線で示したように断層８が存在すると思われる推定断層線が作られる。さらに、図５(ｃ)に示すように、その断層８の深さも推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る断層探査装置の概略図。
【図２】断層探査方法を示す具体例。
【図３】電磁波と地層断面。
【図４】電磁波の周波数と伝播深度の関係。
【図５】具体的な測定結果。
【符号の説明】
【００２６】
１  電極棒
２  リード線
３  ディスプレイ
４  踏み押え部
５  持ち手
６  作業者
７  地層
８  断層
９  電場強度
10  表層
11  基盤
12  道路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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