(57)【要約】【課題】日本に多くみられる、山岳地帯のような、急峻な地形であっても、簡便かつ確実にその地中を探査できる地中探査システム及び探査方法を提供する。【解決手段】地中探査システム１は、人工地震発生装置２と、人工地震発生装置２を制御する制御装置３と、媒体４表面に設置可能に構成された複数の受信電極５と、振動を検知する受振器６と、受信電極で検知した電流及び受振器で検知した振動が入力され、記録するコンピュータ７と、を備える、【選択図】図１
2019007873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工地震発生装置と、
前記人工地震発生装置を制御する制御装置と、
媒体表面に設置可能に構成された複数の受信電極と、
振動を検知する受振器と、
前記受信電極で検知した電流及び前記受振器で検知した振動を、記録するコンピュータと、
を備える、地中探査システム。
【請求項２】
前記人工地震発生装置は、銃を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記銃は、空気銃を含む
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
人工地震発生装置と、
前記人工地震発生装置を制御する制御装置と、
媒体表面に設置可能に構成された複数の受信電極と、
振動を検知する受振器と、
前記受信電極で検知した電流及び前記受振器で検知した振動を、記録するコンピュータと、を用いて地中を探査する方法であって、
前記人工地震発生装置を作動させて人工地震を発生させ、
前記受信電極で、前記人工地震で発生した地震電流を検知し、前記コンピュータに送信し、記録させ、
前記受振器で、前記人工地震の振動を検知し、前記コンピュータに送信し、記録させ、
前記コンピュータにおいて記録した、前記地震電流と、前記振動のデータを分析して、地中の構造を探査する、地中探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震波及び地震電流を用いた、地中探査システム及び地中探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大地が発する物理現象や、大地に対して人為的に発生させた物理現象の反応を測定し、これを解析することによって、地下の状況を探査する地震探査が行われている。
【０００３】
このような地震探査では、人工又は自然の種々の発生源から発生する地震信号（媒介中の振動）を捕捉するために、地表又は掘削孔の内壁に接触して設けられる受振器を用いていた。これらの探査は、複雑さ、コスト、そして受振器が駆動され、信号を記録するために、一定の値以上の出力を有する地震波を発生させなければならなかったこと、というような多くのデメリットを有していた。
【０００４】
例えば、人工地震を発生させる手段として、以下のようなものが使用されてきていたが、それぞれ特有の問題があった。
（１）爆弾等の爆発物。これは、再現性が低く、また、環境破壊にもつながってしまう。
【０００５】
（２）重量があり、サイズの大きなハンマー。これは、構造が簡単で、高価でもないため、特に小規模な現場での作業に向いているが、大きな出力を得ることが難しい。
【０００６】
（３）バイブロサイス車。これは、高価であり、また、巨大な車両であるため、日本に多く見られる、山岳地帯のような、急峻な地形において使用することは困難である。
【０００７】
さらに、地震探査においては、発生させた地震波が含む複数種類の波の、伝搬速度の差等に基づいて構造を調べるが、実際の解析は難易度が高く、正確な地殻構造の測定や、求める資源の発見につながらないことも多い。
【０００８】
なお、特許文献１においては、地震波と、地震電流とを組み合わせて地質構造を探査する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６４７６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、日本に多くみられる、山岳地帯のような、急峻な地形であっても、簡便かつ確実にその地中を探査できる地中探査システム及び探査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る地中探査システムは、以下の特徴を有する。
【００１２】
（１）人工地震発生装置と、人工地震発生装置を制御する制御装置と、媒体表面に設置可能に構成された複数の受信電極と、振動を検知する受振器と、受信電極で検知した電流及び受振器で検知した振動が入力され、記録するコンピュータと、を備える。
【００１３】
（２）他の実施の形態に係る地中探査システムは、（１）において、人工地震発生装置は、銃を含むことが好ましい。
【００１４】
（３）他の実施の形態に係る地中探査システムは、（２）において、銃は、空気銃を含むことが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る地中探査方法は、以下の特徴を有する。
【００１６】
（４）人工地震発生装置と、人工地震発生装置を制御する制御装置と、媒体表面に設置可能に構成された複数の受信電極と、振動を検知する受振器と、受信電極で検知した電流及び受振器で検知した振動が入力され、記録するコンピュータと、を用いて地中を探査する方法であって、人工地震発生装置を作動させて人工地震を発生させ、受信電極で、人工地震で発生した地震電流を検知し、コンピュータに送信し、記録させ、受振器で、人工地震の振動を検知し、コンピュータに送信し、記録させ、コンピュータにおいて記録した、地震電流と、振動のデータを分析して、地中の構造を探査する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、日本に多くみられる、山岳地帯のような、急峻な地形であっても、簡便かつ確実にその地中を探査できる地中探査システム及び探査方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る、地中探査方法を実行するための地中探査システムの概要図である。
【図２】本発明に用いる、地震波及び微弱電流を記録、分析するコンピュータ７の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る地中探査方法において、人工地震を発生させる地震発生装置の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の、地質探査の方法を示すフローチャートの一例である。
【図５】本発明の実施の形態に係る地中探査方法において、人工地震による振動を検知する受振器の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態に係る地中探査システム１及び地中探査方法について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る地中探査システム１の概要を示す概念図である。図１に示すように、本実施の形態に係る地中探査システム１は、図１に示すように、地中に、水源等が存在する土壌に対して用いられる。
【００２１】
本実施の形態に係る地中探査システム１は、人工地震発生装置２と、人工地震発生装置２を制御する制御装置３と、媒体４（本実施例においては土壌）表面に設置された複数の受信電極５と、振動を検知する受振器６と、受信電極５で検知した電流及び受振器６で検知した振動が入力され、記録するコンピュータ７と、を備える。
【００２２】
本実施の形態における人工地震発生装置２は、後述するように例えば銃であり、所望の、人工地震を発生させる震源１０の位置（以下、単に「震源位置」という）において数ｍ程度の掘削孔９を形成し、その中に振動を発生させるように、人８によって操作される。また、外部から制御可能なように、制御部３に接続される。
【００２３】
受信電極５は、人工地震により発生する地震電流を受信するための電極であり、震源位置（掘削孔９）の近傍に、所定の間隔で複数設置可能に構成される。例えば、震源位置からの距離が同一になるように点対称（線対称）の関係になるように設置する。本実施の形態においては、地震電流を受信する受信電極５が、４本地表に配置される例を示しているが、配置される数はこれに限られない。また、受信電極５間の距離は例えば１０ｍである。
【００２４】
受振器６は、人工地震によって発生する地震波の振動を受信する装置であり、後述するように、例えばジオフォンが用いられる。受振器６についても、受信電極５と同様に、震源位置の近傍に所定の間隔で、複数配置することが好ましいが、これに限られない。
【００２５】
そして、上記の受信電極５で受信した地震電流のデータ及び受振器６で検知した振動のデータを記録できるように、コンピュータ７が接続されている。コンピュータ７においては、制御部３で操作した内容や各種データを記録、保存し、その後分析することが可能である。
【００２６】
そして、本実施の形態における特徴の１つは、上記のシステム１を用いて、人工地震発生装置２を用いて発生させた人工地震の振動を利用して地中の探査を行う地震探査と、当該人工地震によって発生する地震電流を利用して地中の探査を行う電気探査とを組み合わせることにある。
【００２７】
さらには、後述するように、人工地震発生装置２として、銃を用いることが好適である。
【００２８】
次に、本実施の形態に係るシステム１を用いて行う探査方法について簡潔に説明する。
【００２９】
（地震探査）
【００３０】
地中の構造を探査する地震探査の中でも、特に地殻構造調査・資源開発の分野においては、人工的な地震を発生させ、音響インピーダンスの違いにより地質境界から発生する反射波を測定して、データを取得する反射法地震探査が行われている。
【００３１】
具体的には、反射法地震探査は、地表の近くで人工的に発生させた振動（弾性波）が下方に進行し、速度と密度が変化する地下境界面で反射して、再び地表へ戻ってきたところを受振器（地震計）６で捉え、 収録された記録を処理・解析することにより、地下構造を解明する手法である。捉えられた反射波の到達時間と振幅を処理・解析することにより、地下の速度構造と地質構造形態が明らかになる。
【００３２】
なお、地震探査としては、上記の反射法地震探査以外にも、直接波地震探査、屈折波地震探査、表面波地震探査等の方法を採用可能である。
【００３３】
（電気探査）
【００３４】
人工地震波発生装置２により、人工地震を発生させると、Ｐ波とＳ波とが生じる。ここで、Ｐ波（Ｐ−ｗａｖｅ）は、Ｐｒｉｍａｒｙ  ｗａｖｅ（第一波）またはＰｒｅｓｓｕｒｅ  ｗａｖｅ（圧力波）の略であり、Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｌ  ｗａｖｅ（疎密波）ともいう。Ｐ波は、進行方向に平行に振動する弾性波であり、固体・液体・気体を伝わる。速度は岩盤中でおよそ５〜７ｋｍ／ｓで、地震発生時最初に到達する地震波である。
【００３５】
また、Ｓ波（Ｓ−ｗａｖｅ）は、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｗａｖｅ（第二波）またはＳｈｅａｒ  ｗａｖｅ（ねじれ波、たわみ波もしくは剪断波）の略である。進行方向と直角に振動する弾性波であり、固体を伝わる。速度は岩盤中で３〜４ｋｍ／ｓで、Ｐ波に続いて到達し、主要動と呼ばれる大きな揺れを起こす。
【００３６】
地震電気効果は、電気的二重層と言われる、水源表面で発生する電荷と関連して生じる。地震波が、多孔質な岩石を透過すると、流体と個体粒子との間の相対運動を扇動する。これにより、水源表面の電気的二重層が攪乱され、電荷が発生する。
【００３７】
このようにして、生じた電荷の流れが、地震電流として計測されることになる。その応答（通常電位）を測定し、これを解析することにより、比抵抗構造を把握する。一般的に、比抵抗構造で高比抵抗のところは固い地盤が分布し、低比抵抗のところは軟弱地盤もしくは断層が分布していることが多いとされる。
【００３８】
図２は、本実施の形態のシステム１に用いる制御装置３及びコンピュータ７の内部構造を示すブロック図である。制御装置３は、少なくとも人工地震発生装置２を制御するためのドライバ及び各器具を操作するための操作部を備えている。コンピュータ７は、受信したデータを保存する記録部（メモリ）、受信したデータを処理する処理部、及びデータ等を表示させるディスプレイと、を備えている。
【００３９】
図３は、本実施の形態において用いる人工地震発生装置２の一例を示す模式図である。本実施の形態においては、人工地震発生装置２として、図２に示した銃を用いている。図２に示した銃は、いわゆるバッファローガンと呼ばれる種類の銃であり、地表に設けた掘削孔の内部に配置させ、コードと接続したドライバを作動させることで、発射させ、人工地震を発生させる。
【００４０】
本実施の形態のような、地震波を用いた地中探査においては、人工地震波発生源（震源）として、例えば以下のような要素が求められる。
（１）高い出力が求められる。これは、出力が大きいほど、信号体雑音比（Ｓ／Ｎ比）が向上するからである。
（２）高周波の信号を発生可能であることが好ましい。これは、高周波であるほど、短パルスの地震波となり、解析が容易になるからである。
【００４１】
（３）高い再現性が求められる。これは、一か所のにつき、複数回の測定が行われるため、エネルギー源として一定した特性を有することが要求されるからである。
【００４２】
（４）震源信号が明確に定義されていることが望ましい。これは、波エネルギーの正確なパターンを把握することにより、デコンボリューション（反射及び／または干渉を増幅させる処理方法）を用いて、地震波の反射及び／又は干渉の性格な時間を計測することが可能になる。
【００４３】
そして、図３に示すバッファローガンは、上記の要素の全てを満たしており、本実施の形態に係る地中探査システム１において最適な震源を提供できる。詳細には、バッファローガンは例えば以下のような特徴を有する。
（１）浅い掘削孔中で、十分な火力の爆発を生じさせることができ、また、環境に対しても影響がほとんどない。
（２）小型で、持ち運びが容易である。従って、日本に多くみられる山岳地帯のような、急峻地形においても好適に使用できる。
（３）毎回の出力が安定しており、再現性が非常に高い。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、人工地震発生源として、バッファローガンの例を説明したが、人工地震発生源としてはこれに限らず、一般的な銃（空気銃を含む）も使用可能である。
【００４５】
図４は、本実施の形態に係る、地中探査方法を説明するフローチャートである。地中探査方法を実行するには、まず、発砲による人工地震発生（ステップＳ１）、受信電極５において微弱電流の検知（ステップ２Ａ）、受振器６による地震波の検知（ステップＳ２Ｂ）、を行い、得られたデータをコンピュータ７に記録させ（ステップＳ３）、最後にコンピュータ７によってデータを処理。分析する（ステップＳ４）。以上のステップを所望の繰り返し、探査を終了する。
【００４６】
受振器６は、例えば図５のような構成をしている。図５（ａ）は垂直方向の振動を検知する垂直方向用受振器６ａであり、図５（ｂ）は、水平方向の振動を検知する水平方向用受振器６ｂである。
【００４７】
受振器６内には、磁石、及び当該磁石を囲むコイルが搭載されており、地震波の振動が受振器６に到達すると、コイルと、地場との間との相対運動によって、電圧が生じ、その電圧をデジタル信号へと変換して、コンピュータ７に送信し、記録させる。なお、本実施の形態においては、受振器６は、震源位置とは別の位置に配置されている場合を説明したが、これに限らず、震源位置と同じ位置に配置してもよいし、人工地震発生装置２に直接組み込んでもよい。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、人工的に発生させた地震波の振動を利用する弾性波探査と、当該地震波の発生により生じる地震電流を利用する電気探査と、を組み合わせることで、従来に比べて非常に高い確率で、地中を探査することが可能になった。
【００４９】
しかも、本実施の形態においては、容易に携帯可能な銃を、人工地震発生源として用いているため、従来のように、巨大な岩石等を用いた方法に比べて、簡便であり、特に、日本に多くみられる、山岳地帯等の、急峻で、大きな車両が入り込めない場所において、特に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  地中探査システム
２  人工地震発生装置
３  制御装置
４  媒体（土壌）
５  受信電極
６  受振器
７  コンピュータ
８  人
９  掘削孔
１０  震源
【図１】
2019007873.tif 000003
【図２】
2019007873.tif 000004
【図３】
2019007873.tif 000005
【図４】
2019007873.tif 000006
【図５】
2019007873.tif 000007