(57)【要約】【課題】ボアホール地中レーダによって地盤の断層映像を得て、その断層映像から地下汚染物質の分布位置および濃度等を迅速かつ正確に取得することのできる地下汚染物質探査方法および地下汚染分布監視方法を提供する。【解決手段】本発明の地下汚染分布監視方法は、地下にボーリング孔１１，１２を形成する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した送信手段２から地下に電磁波を放射する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した受信手段３により、前記送信手段から放射された電磁波を受信する手順と、前記受信手段の受信信号により、地下における汚染物質の分布を含む断層映像を演算する手順と、前記断層映像の時間的な変化により、時間経過に伴う汚染物質の分布を監視する手順とを有する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下にボーリング孔（１１，１２）を形成する手順と、
前記ボーリング孔（１１，１２）の中に配置した送信手段（１）から地下に電磁波を放射する手順と、
前記ボーリング孔（１１，１２）の中に配置した受信手段（２）により、前記送信手段（１）から放射された電磁波を受信する手順と、
前記受信手段（２）の受信信号により、地下の断層映像を演算する手順と、
前記断層映像により、汚染物質の濃度および位置を探査する手順とを有する地下汚染物質探査方法。
【請求項２】
請求項１に記載した地下汚染物質探査方法であって、
前記断層映像は、電磁波の送信信号と受信信号との間の伝達特性に基づいて演算されるものである地下汚染物質探査方法。
【請求項３】
地下にボーリング孔（１１，１２）を形成する手順と、
前記ボーリング孔（１１，１２）の中に配置した送信手段（１）から地下に電磁波を放射する手順と、
前記ボーリング孔（１１，１２）の中に配置した受信手段（２）により、前記送信手段（１）から放射された電磁波を受信する手順と、
前記受信手段（２）の受信信号により、地下における汚染物質の分布を含む断層映像を演算する手順と、
前記断層映像の時間的な変化により、時間経過に伴う汚染物質の分布を監視する手順とを有する地下汚染分布監視方法。
【請求項４】
請求項３に記載した地下汚染分布監視方法であって、
前記断層映像は、電磁波の送信信号と受信信号との間の伝達特性に基づいて演算されるものである地下汚染分布監視方法。
【請求項５】
請求項３，４のいずれか１項に記載した地下汚染分布監視方法であって、
第１の時刻（Ｔ１）における前記断層映像（Ｐ１）と、前記第１の時刻より後の第２の時刻（Ｔ２）における前記断層映像（Ｐ２）との差分（ΔＰ）を演算する手順を有する地下汚染分布監視方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載した地下汚染分布監視方法であって、
汚染浄化処理を行いながら、汚染物質の分布の変化を監視するものである地下汚染分布監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、汚染物質による土壌・地下水の汚染の有無や、地下の汚染物質の濃度および位置等を探査したり、地下の汚染物質の分布の監視を行うための地下汚染物質探査方法および地下汚染分布監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
重金属や揮発性有機化合物等の汚染物質による土壌や地下水の汚染を調査する地下汚染調査は、従来、次のような方法があった。地表での土壌サンプルを採取して分析する方法、地表から調査孔を掘削して土壌ガスを吸引採取し分析する方法、地表からレーダー探査を行う方法等である。また、汚染個所の地表面における位置が把握できた場合には、その地表面位置に基づいてボーリングを行い、土壌サンプルを採取して分析し、地下における汚染状態を調査していた。
【０００３】
さらに、地下における汚染濃度や分布を調査するためには、ボーリング孔を多数掘削し、それぞれのボーリング孔から土壌や地下水のサンプルを採取して分析する必要があった。それらの分析結果から、地下の調査範囲全体における汚染物質の濃度や分布を類推するのである。
【０００４】
また、汚染物質の濃度や位置が把握されたときには、次の段階として、汚染土壌や汚染地下水に対して揚水・曝気、揚水・分解、注水・揚水・曝気（分解）、薬品・鉄粉等の注入による分解無害化等の汚染浄化処理を行う。その汚染浄化処理を行う際に、浄化処理に伴って汚染状態がどのように変化しているかを監視し、汚染浄化処理の有効性を確認する必要がある。この場合にも、前述のような地下汚染調査と基本的に同様の方法によって汚染状態を監視していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、地下汚染調査や汚染状態の監視には、ボーリングを行ってそのボーリング孔からサンプルを採取して分析するという方法が主として行われていた。したがって、汚染物質の濃度や位置を正確に調査するためには、ボーリング孔を多数掘削する必要があり、調査のための費用や時間が著しく増大してしまうという問題点があった。また、ボーリング孔を多数掘削することにより、汚染状態に影響を与えてしまい、汚染状態の正確な測定が極めて困難になってしまうという問題点もあった。
【０００６】
さらに、汚染状態を地表からレーダによって探査する方法では、汚染物質の濃度や深さ位置を正確に知ることは困難であり、汚染個所の地表面における位置を把握できる程度であった。正確な汚染状態を把握するためには、地表からのレーダ探査によって求めた汚染物質の地表位置から、やはりボーリング孔を掘削しサンプルを採取して分析する必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、地下汚染物質の探査または地下汚染分布の監視を行うために、いわゆるボアホール地中レーダによる断層写真法（トモグラフィ）によって地中の断層映像を得て、その断層映像から地下汚染物質の分布位置および濃度等を迅速かつ正確に取得することのできる地下汚染物質探査方法および地下汚染分布監視方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の地下汚染物質探査方法は、地下にボーリング孔を形成する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した送信手段から地下に電磁波を放射する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した受信手段により、前記送信手段から放射された電磁波を受信する手順と、前記受信手段の受信信号により、地下の断層映像を演算する手順と、前記断層映像により、汚染物質の濃度および位置を探査する手順とを有するものである。
【０００９】
また、上記の地下汚染物質探査方法において、前記断層映像は、電磁波の送信信号と受信信号との間の伝達特性に基づいて演算されるものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の地下汚染分布監視方法は、地下にボーリング孔を形成する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した送信手段から地下に電磁波を放射する手順と、前記ボーリング孔の中に配置した受信手段により、前記送信手段から放射された電磁波を受信する手順と、前記受信手段の受信信号により、地下における汚染物質の分布を含む断層映像を演算する手順と、前記断層映像の時間的な変化により、時間経過に伴う汚染物質の分布を監視する手順とを有するものである。
【００１１】
また、上記の地下汚染分布監視方法において、前記断層映像は、電磁波の送信信号と受信信号との間の伝達特性に基づいて演算されるものであることが好ましい。
【００１２】
また、上記の地下汚染分布監視方法において、第１の時刻における前記断層映像と、前記第１の時刻より後の第２の時刻における前記断層映像との差分を演算する手順を有することが好ましい。
【００１３】
また、上記の地下汚染分布監視方法において、汚染浄化処理を行いながら、汚染物質の分布の変化を監視するものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の地下汚染物質探査方法および地下汚染分布監視方法の概要を示す図である。地盤１０において、地下汚染物質の探査あるいは地下汚染分布の監視を行う領域に所定間隔でボーリング孔１１，１２を掘削する。これらのボーリング孔１１，１２には、送信アンテナ２および受信アンテナ３を配置する。
【００１５】
ボアホールレーダトモグラフィ装置１は、送信アンテナ２から放射した電磁波を受信アンテナ３によって受信することにより、ボーリング孔１１，１２間における電磁波の伝達特性を測定して、ボーリング孔１１，１２間の地盤の構造を解析するための装置である。ボーリング孔１１，１２間の地盤の構造を、断層映像として視覚的に容易に認識可能に出力することができる。
【００１６】
送信アンテナ２から放射される電磁波は、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの連続波、パルス波等が使用される。地盤における汚染物質の探査および監視に際して、注目すべき電磁的特性としては、地盤の誘電率（複素誘電率）、導電率およびそれらに依存する電磁波伝搬速度、電磁波減衰率がある。例えば、トリクロロエチレン等の有機塩類の多くは比誘電率が２程度であり、水の比誘電率８１とは大きな差違がある。また、これらの有機塩類はほとんど絶縁性の物質であり、電解質を含む地下水や地盤とは導電率に大きな差違がある。
【００１７】
すなわち、汚染物質が有機塩類の場合には、汚染部分４の導電率が他の部分よりも小さくなる。これに対して、汚染物質が硝酸塩、亜硝酸塩のような硝酸性窒素化合物や重金属塩である場合には、汚染部分４の導電率が他の部分よりも大きくなる。また、汚染物質が種々の物質の混合物である場合には、複素誘電率が周波数依存性（誘電分散）示すことを利用して、複数の周波数あるいは広帯域の周波数の伝達特性を測定し、それにより正確な汚染状態の測定が可能となる。
【００１８】
これらの事実により、有機塩類により汚染された汚染部分４と他の地盤部分とは、地盤の誘電率、導電率に検出可能な差違を生じることになる。電磁波の伝搬速度、減衰率等により、ボーリング孔１１，１２間の地盤１０の構造を表す断層映像を演算し表示すれば、図１に示すような汚染部分４を明瞭に示す映像が得られることになる。この断層映像から地下汚染物質の探査あるいは監視を行うことにより、従来のボーリング孔を多数掘削してサンプルを採取する方法に比較して極めて容易にこれらの探査あるいは監視を行うことができる。すなわち、探査あるいは監視のための時間および費用を大幅に削減することが可能となった。
【００１９】
実際に、ボアホールレーダトモグラフィ装置１によって地盤の断層映像を得るには、図１に示すように、送信アンテナ２および受信アンテナ３をそれぞれ複数の位置に逐次変更して、そのそれぞれの位置の間の電磁波の伝達特性を測定する。その伝達特性のデータにより、ボーリング孔１１，１２間の鉛直面内の断層映像を得ることができる。電磁波の伝搬速度、減衰率等の伝達特性から、地盤の断層映像を得るための演算方法は、逆解析アルゴリズムと呼ばれ公知である。
【００２０】
なお、図１では、ボーリング孔１１，１２内の送信アンテナ２および受信アンテナ３によって、鉛直面内の断層映像を得るようにしているが、このようなボーリング孔の組を複数組掘削すれば、水平面内の断層映像を得ることもできる。例えば、図２に示すように、ボーリング孔１１，１２に加えて、ボーリング孔１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを掘削し、これらのボーリング孔の相互の間での電磁波の伝達特性を測定することにより水平面内の断層映像を得ることができる。
【００２１】
また、図１では、ボーリング孔１１からボーリング孔１２へ透過した電磁波の伝達特性を測定して断層映像を得るようにしているが、送信アンテナ２および受信アンテナ３を同じボーリング孔に配置して、地盤からの反射電磁波の伝達特性により断層映像を得るようにすることもできる。
【００２２】
図３は、地盤１０の汚染部分４の位置等が判明したときに、汚染浄化処理を行いながら地下汚染分布を監視する場合の概要を示す図である。汚染物質による地盤１０の汚染部分４が確認された場合には、次の段階として汚染部分４の浄化処理を行って汚染物質を取り除かなければならない。図３に示すように、汚染部分４に到達するように抽出井を掘削して、汚染物質を含む土壌ガスや地下水を汲み上げる。そして、その土壌ガスや地下水を汚染浄化装置５によって処理し、汚染物質を除去する。汚染物質を除去して浄化した地下水等は、再び地盤１０中に戻すようにしている。
【００２３】
以上のような汚染浄化処理を行いながら、ボアホールレーダトモグラフィ装置１によって、図１と同様に、ボーリング孔１１，１２間の地盤の構造を断層映像として出力し、時間経過に伴う断層映像の変化を追跡する。このときに、時刻Ｔ１における断層映像Ｐ１と、時刻Ｔ１よりも後の時刻Ｔ２における断層映像Ｐ２との差分映像ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１を演算して表示することが好ましい。
【００２４】
差分映像ΔＰは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の地盤内成分や構造の変化分を表すものなので、汚染浄化処理による影響のみを選択的に抽出することができる。すなわち、地盤内の固定した構造等による変化しない映像成分を消すことができ、より明瞭に汚染浄化処理の効果を監視することができる。
【００２５】
このようにして、汚染部分４の範囲の大きさの変化や、汚染物質の濃度の変化を極めて迅速に把握することができる。すなわち、汚染状態をほぼリアルタイムでモニターすることができる。したがって、汚染浄化装置５の浄化方法の有効性や、動作状況を迅速かつ正確に把握し評価することができる。これにより、的確で効果的な浄化方法を採用することができ、汚染浄化処理の工期短縮および大幅な費用削減が可能となった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００２７】
ボーリング孔内に配置した送信器および受信器により、電磁波の伝達特性から地下の断層映像を得て、その断層映像から地下汚染物質の探査を行うようにしたので、従来のボーリング孔を多数掘削してサンプルを採取する方法に比較して極めて容易に地下汚染物質の探査を行うことができる。すなわち、探査のための時間および費用を大幅に削減することが可能となった。
【００２８】
ボーリング孔内に配置した送信器および受信器により、電磁波の伝達特性から地下の断層映像を得て、その断層映像から地下汚染分布の監視を行うようにしたので、汚染状態の変化を極めて迅速かつ正確に把握することができ、汚染浄化方法の有効性や、汚染浄化装置の動作状況を迅速かつ正確に把握し評価することができる。これにより、的確で効果的な浄化方法を採用することができ、汚染浄化処理の工期短縮および大幅な費用削減が可能となった。
【００２９】
第１の時刻における断層映像と第２の時刻における断層映像との差分を演算するようにしたので、汚染浄化処理による影響のみを選択的に抽出することができる。すなわち、地盤内の固定した構造等による変化しない映像成分を消すことができ、より明瞭に汚染浄化処理の効果を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の地下汚染物質探査方法および地下汚染分布監視方法の概要を示す図である。
【図２】図２は、水平面内の断層映像を得るためのボーリング孔の水平面内の配置の例を示す図である。
【図３】図３は、汚染浄化処理を行いながら地下汚染分布を監視する場合の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…ボアホールレーダトモグラフィ装置
２…送信アンテナ
３…受信アンテナ
４…汚染部分
５…汚染浄化装置
１０…地盤
１１，１２…ボーリング孔
【図１】
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【図２】
2004138531.tif 000004
【図３】
2004138531.tif 000005