(57)【要約】【課題】高い精度でかつ低コストで、地盤中の物質を検出し、検出される物質の質や量などを推定する、物質検出装置、物質検出システム、物質検出方法を提供する。【解決手段】物質検出装置１は、地盤２の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対３、４と、交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対５、６と、第１周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段１０と、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段１１と、第２比抵抗値が第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤２の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定手段１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、
前記交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、
第１周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段と、
前記第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段と、
前記第１比抵抗値および前記第２比抵抗値に基づいて、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定手段と、を備える物質検出装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する、請求項１記載の物質検出装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記第１比抵抗値が前記第２比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する、請求項１記載の物質検出装置。
【請求項４】
前記複数の電流電極対と前記複数の電位電極対のそれぞれは、前記地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、
前記第１算出手段は、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第１比抵抗値を算出し、
前記第２算出手段は、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第２比抵抗値を算出し、
前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値よりも前記所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、前記推定手段が推定する請求項１記載の物質検出装置。
【請求項５】
前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記第２比抵抗値と前記第１比抵抗値との差分が、前記所定値未満である領域は、検出対象以外の物質を主として含んでいると、前記推定手段が推定する請求項４記載の物質検出装置。
【請求項６】
前記第１周波数と前記第２周波数との差分は、前記第１周波数の１０％以上である請求項１から５のいずれか記載の物質検出装置。
【請求項７】
前記地盤の比抵抗を示す比抵抗断面図を、前記第１比抵抗値を値によって色分けする第１色分け手段と、
前記比抵抗断面図を、前記第２比抵抗値を値によって色分けする第２色分け手段と、を更に備え、
前記推定手段は、前記第１色分け手段で色分けされた比抵抗断面図と前記第２色分け手段で色分けされた比抵抗断面図とにおいて、色味の異なる領域が検出対象の物質を含んでいると推定する請求項１から６のいずれか記載の物質検出装置。
【請求項８】
前記第１比抵抗値および前記第２比抵抗値の差分値に基づいて、存在が推定された検出対象の物質の質を予測する予測手段を更に備える請求項１から７のいずれか記載の物質検出装置。
【請求項９】
前記予測手段は、前記推定手段によって検出対象の物質を含むと推定された領域における第１比抵抗値および第２比抵抗値の少なくとも一方に基づいて、前記物質の質を予測する請求項８記載の物質検出装置。
【請求項１０】
前記予測手段は、前記第１比抵抗値および前記第２比抵抗値の少なくとも一方に基づいて、存在が推定された物質の量を予測する請求項８記載の物質検出装置。
【請求項１１】
前記第１算出手段、前記第２算出手段および推定手段は、第１処理手順もしくは第２処理手順と、に基づいて物質の存在を推定し、
前記第１処理手順は、
前記第１算出手段および前記第２算出手段は、前記複数の電流電極対および前記複数の電位電極対のそれぞれの組み合わせの全てにおいて、前記第１比抵抗値と前記第２比抵抗値とを算出する全体測定ステップと、
前記推定手段は、前記組み合わせの全てにおける第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較して、検出対象の物質の位置と範囲とを推定する全体推定ステップとを含み、
前記第２処理手順は、
前記第１算出手段および前記第２算出手段は、前記複数の電流電極対の内の第１電流電極対と前記複数の電位電極対の内の第１電位電極対との組み合わせである第１組み合わせにおいてのみ、前記第１比抵抗値と前記第２比抵抗値とを算出する単体算出ステップと、
前記推定手段は、第１組み合わせでの第１比抵抗値と第２比抵抗値とに基づいて、前記第１組み合わせが測定する領域のみでの検出対象の物質の有無を推定する単体推定ステップと、
前記単体算出ステップと前記単体推定ステップとを他の前記電流電極対と前記電位電極対との組み合わせにおいて繰り返す繰り返しステップと、を含む、請求項１から１０のいずれか記載の物質検出装置。
【請求項１２】
前記推定手段によって検出対象の物質の存在が推定された場合に、通知を出力する通知手段を更に備える請求項１から１１のいずれか記載の物質検出装置。
【請求項１３】
地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、
前記交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、
第１周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段と、
前記第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段と、
前記第１比抵抗値および前記第２比抵抗値に基づいて、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいることを推定する推定手段と、を備える物質検出システム。
【請求項１４】
前記推定手段は、前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する、
もしくは、前記推定手段は、前記第１比抵抗値が前記第２比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する、請求項１３記載の物質検出システム。
【請求項１５】
前記複数の電流電極対と前記複数の電位電極対のそれぞれは、前記地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、
前記第１算出手段は、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第１比抵抗値を算出し、
前記第２算出手段は、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第２比抵抗値を算出し、
前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値よりも前記所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、前記推定手段が推定する請求項１３記載の物質検出システム。
【請求項１６】
地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、
前記交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、を備え、
第１周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出ステップと、
前記第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する前記交流電流に基づく前記電流値と前記電圧値より、前記地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出ステップと、
前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、前記地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定ステップと、を備える物質検出方法。
【請求項１７】
前記複数の電流電極対と前記複数の電位電極対のそれぞれは、前記地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、
前記第１算出ステップは、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第１比抵抗値を算出し、
前記第２算出ステップは、前記複数の領域のそれぞれにおける前記第２比抵抗値を算出し、
前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記第２比抵抗値が前記第１比抵抗値よりも前記所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、前記推定ステップが推定する請求項１６記載の物質検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤中の地層状態を外部から推定し、特に地盤中に含まれる物質（鉱脈、水脈、空隙、その他）の存在を、高い精度で検出する物質検出装置、物質検出システム、物質検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生活用水としての井戸や工業用水としての地盤中の水脈を検出する要求は従来から多い。あるいは、地盤中の鉱脈、空隙などの物質を検出する要求も多い。例えば、金、銀、銅などの貴金属、希土類、マンガンやコバルトといったレアメタルやレアアース、原油、天然ガス、熱水などの化石燃料のような有用物質の検出への要求も高い。更には、漏水、空隙、液漏れといった、地盤中の問題を検出することも要求されている。
【０００３】
このような地盤中の物質（水脈、鉱脈、空隙、その他）を検出する手法には様々なものがあるが、装置が大掛かりであったり、コストが高かったり、精度が不十分であったりするなどの様々な問題が存在する。
【０００４】
検出しようとする物質を確実に検出するためには、物質（水脈や鉱脈等）が存在すると思われる場所にボーリングを行い、実際の物質を検出することが必要であるが、ボーリングには非常なコストが掛かる。このため、ボーリングを行なう前に高い精度で物質を検出する必要があった。
【０００５】
すなわち、地盤中の物質を表層から検出する装置やシステムが求められている。
【０００６】
このような地盤中の物質を表層から検出する装置やシステムについて、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。これら特許文献は、物質の中でも特に、水脈を意識した検出を目指す技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２５７３９５公報
【特許文献２】特開平４−７４９４号公報
【特許文献３】特開平３−２５７３９６号公報
【特許文献４】特開２００５−２６５６６４号公報
【特許文献５】特開２００３−３０２４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
地盤中の物質を検出する技術には、地盤中に通電させた電流信号から地盤の比抵抗値を算出し、比抵抗値によって、所望の物質の存在を推定する技術が用いられることが多い。例えば、所望の物質が水脈である場合には、比抵抗値が低い領域が水脈であると推定する技術が用いられる。砂岩や泥岩などの土層に比較して、水分量が多いほど、比抵抗値は小さいからである。あるいは、電波を地盤中に入力させ、反射してきた電波の位相や振幅などに基づいて、水脈や地質状態を検出することが行なわれる。
【０００９】
このような水脈検出技術と同様に、比抵抗値の分布やその値に基づく技術は、貴金属、希土類、レアメタル、レアアース、化石燃料などの有用物質を検出したり、空隙、漏水、液漏れなどの問題状態を検出したりできる。
【００１０】
特許文献１は、対となる電極同士を通電する電流によって地盤中の比抵抗値を測定し、比抵抗値に基づいて泥水の位置や厚みを推定する技術を開示する。更に、電極をマトリクス状に配置して３次元的に地盤の状態を検出する技術を開示する。
【００１１】
しかしながら、電流信号で測定される比抵抗値だけでは、高い精度で泥水の位置や厚みを推定することができない。地盤中の地質層の種類や形状によっては、本来の比抵抗値よりも小さい値で測定されてしまうこともあるからである。
【００１２】
特許文献２は、組となる電極同士を通電する電流と電圧の値から、地盤中の様子を推定し、土砂崩れなどの危険性を予測する技術を開示する。また、特許文献２は、電流を流す電極の組み合わせを切り替えてダイポール配置とすることで、比抵抗値の測定精度を向上させる技術を開示する。
【００１３】
しかしながら、ダイポール配置とした電極から得られる比抵抗値だけでは、特許文献１と同様に高い精度で水脈や鉱脈を検出することは困難である。
【００１４】
文献３は、地盤表面に電極を設置して電極より種々の周波数の電流を入力させて比抵抗値を測定する技術を開示する。電極に入力させる周波数の電流を入力させることで、電極の数を減らして測定負担を低減することを目的としている。
【００１５】
しかしながら、広い範囲の地盤を所定領域ごとに区分して測定できないか、もしくは測定したとしても一つの所定領域においては１種類の周波数による比抵抗値のみしか測定されない。このため、地層の種類や状態によっては、水脈や鉱脈でない部分を水脈や鉱脈と判断してしまう問題もある。このように、特許文献３は、特許文献１、２と同様に、高い精度での水脈検出が困難である。
【００１６】
また、特許文献１〜３の技術は、水脈や鉱脈の位置を検出することを優先するのか、水脈や鉱脈の大きさなどを検出するのを優先するのかなどのフレキシブルな検出ができない問題も有している。
【００１７】
特許文献４は、地盤中の水分を、地盤中を流れる電流値に基づいて測定する技術を開示する。
【００１８】
しかしながら、特許文献４は、測定された電流値と閾値との比較を行なうだけであって地盤の乾燥状態を検出するに過ぎない。このため、水脈や鉱脈を検出するだけの機能を有していない。
【００１９】
特許文献５は、入射させた電波と反射した電波の位相や振幅に基づいて地層の連続面や不連続面を測定する技術を開示する。特許文献５も、地盤中の水脈や鉱脈を検出することが困難である。
【００２０】
以上のように、従来技術は、（１）高い精度で物質を検出する、（２）検出対象の物質が水脈や鉱脈である場合に、検出された水脈や鉱脈の質や推量を推定できない、（３）物質の位置や大きさのいずれかを優先して検出するなどのフレキシブルな検出が困難である、（４）検出する物質の種類を判別できない、といった問題を有している。
【００２１】
本発明は、上記課題を解決し、高い精度でかつ低コストで、地盤中の物質（水脈や鉱脈等）を検出し、検出される物質の種類、質、量などを推定する、物質検出装置、物質検出システム、物質検出方法を提供することを目的とする。
【００２２】
なお、本発明における検出対象の物質は、鉱脈（希土類、貴金属、レアメタルなどの有用物質）、水脈、原油や天然ガスなどの化石燃料、空隙、漏水や液漏れなどの不具合など、地盤中における特異状態にある物質を幅広く含む。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題に鑑み、本発明の物質検出装置は、地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、第１周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段と、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段と、第２比抵抗値が第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定手段と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の物質検出装置は、２種類の周波数を有する交流電流によって得られる、地盤中における同一領域の２種類の比抵抗値に基づいて検出対象の物質を検出するので、高い精度で物質を検出できる。特に、本発明の物質検出装置は、物質が生じさせるインピーダンスを利用した物質検出を行なうので、２種類の比抵抗値の差分によって、高い精度で、物質を検出できる。
【００２５】
また、本発明の物質検出装置は、検出された物質の質や量を推定できるので、活用度の高い物質検出を行なえる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における物質検出装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における物質検出装置の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における測定状態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１における比抵抗値の測定状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１における物質検出装置の変形例を示すブロック図ある。
【図６】色分けされて得られた比抵抗断面図の例を示す説明図である。
【図７】色分けされて得られた比抵抗断面図の例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１における重畳された比抵抗図面である。
【図９】本発明の実施の形態１における物質検出装置のブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における物質検出方法を実現するコンピュータのブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における物質検出装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の第１の発明に係る物質検出装置は、地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、第１周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段と、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段と、第１比抵抗値および第２比抵抗値に基づいて、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定手段を備える。
【００２８】
本発明の第２の発明に係る物質検出装置では、第１の発明に加えて、第２比抵抗値が第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する。
【００２９】
本発明の第３の発明に係る物質検出装置では、第１の発明に加えて、推定手段は、第１比抵抗値が第２比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する。
【００３０】
これらの構成により、物質検出装置は、利用可能な量の物質を、高い精度で検出できる。加えて、電極やその他の装置は、従来技術に比較して少ない追加で済むのでコストも低減できる。
【００３１】
本発明の第４の発明に係る物質検出装置では、第１の発明に加えて、複数の電流電極対と複数の電位電極対のそれぞれは、地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、第１算出手段は、複数の領域のそれぞれにおける第１比抵抗値を算出し、第２算出手段は、複数の領域のそれぞれにおける第２比抵抗値を算出し、複数の領域のそれぞれにおいて、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、推定手段が推定する。
【００３２】
この構成により、物質検出装置は、利用可能な量の物質を高い精度で検出できる。特に、地盤中のどの領域に存在するかも含めて検出できる。
【００３３】
本発明の第５の発明に係る物質検出装置では、第４の発明に加えて、複数の領域のそれぞれにおいて、第２比抵抗値と第１比抵抗値との差分が、所定値未満である領域は、検出対象の物質以外を主として含んでいると、推定手段が推定する。
【００３４】
この構成により、物質検出装置は、所望の検出対象以外の物質を検出できる。あるいは、所望の検出対象以外の検出によって、所望の検出対象の物質の検出精度を高めることができる。
【００３５】
本発明の第６の発明に係る物質検出装置では、第１から第５のいずれかの発明に加えて、第１周波数と第２周波数との差分は、第１周波数の１０％以上である。
【００３６】
この構成により、物質検出装置は、高い精度で検出対象の物質の有無、位置、範囲を検出できる。
【００３７】
本発明の第７の発明に係る物質検出装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、地盤の比抵抗を示す比抵抗断面図を、第１比抵抗値を値によって色分けする第１色分け手段と、比抵抗断面図を、第２比抵抗値を値によって色分けする第２色分け手段と、を更に備え、推定手段は、第１色分け手段で色分けされた比抵抗断面図と第２色分け手段で色分けされた比抵抗断面図とにおいて、色味の異なる領域が検出対象の物質を含んでいると推定する。
【００３８】
この構成により、物質検出装置は、視覚的に把握しやすい検出結果を使用者に提供できる。また、容易に検出対象の物質を検出できる。
【００３９】
本発明の第８の発明に係る物質検出装置では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、第１比抵抗値および第２比抵抗値の差分値に基づいて、検出された物質の質を予測する予測手段を更に備える。
【００４０】
この構成により、物質検出装置は、物質の有無に加えて質まで予測できる。
【００４１】
本発明の第９の発明に係る物質検出装置では、第８の発明に加えて、予測手段は、推定手段によって検出対象の物質を含むと推定された領域における第１比抵抗値および第２比抵抗値の少なくとも一方に基づいて、物質の質を予測する。
【００４２】
この構成により、物質検出装置は、物質の質を高い精度で予測できる。質が予測される物質は、ボーリングによって採掘可能な鉱脈であるので、活用が促進される。
【００４３】
本発明の第１０の発明に係る物質検出装置では、第８の発明に加えて、予測手段は、第１比抵抗値および第２比抵抗値の少なくとも一方に基づいて、検出された物質の量を予測する。
【００４４】
この構成により、物質検出装置は、検出対象の物質の有無だけでなく、物質の量も予測できる。結果として、採掘の可否の判断が容易となる。
【００４５】
本発明の第１１の発明に係る物質検出装置では、第１から第１０のいずれかの発明に加えて、第１算出手段、第２算出手段および推定手段は、第１処理手順もしくは第２処理手順と、に基づいて物質の存在を推定し、第１処理手順は、第１算出手段および第２算出手段は、複数の電流電極対および複数の電位電極対のそれぞれの組み合わせの全てにおいて、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを算出する全体測定ステップと、推定手段は、組み合わせの全てにおける第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較して、物質の位置と範囲とを推定する全体推定ステップとを含み、第２処理手順は、第１算出手段および第２算出手段は、複数の電流電極対の内の第１電流電極対と複数の電位電極対の内の第１電位電極対との組み合わせである第１組み合わせにおいてのみ、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを算出する単体算出ステップと、推定手段は、第１組み合わせでの第１比抵抗値と第２比抵抗値とに基づいて、第１組み合わせが測定する領域のみでの検出対象の物質の有無を推定する単体推定ステップと、単体算出ステップと単体推定ステップとを他の電流電極対と電位電極対との組み合わせにおいて繰り返す繰り返しステップと、を含む。
【００４６】
この構成により、検出対象の物質の有無だけを早期に検出したい場合にも、物質の位置や範囲をまとめて検出したい場合にも適用できる。
【００４７】
本発明の第１２の発明に係る物質検出装置では、第１から第１１のいずれかの発明に加えて、推定手段によって物質の存在が推定された場合に、通知を出力する通知手段を更に備える。
【００４８】
この構成により、物質検出の結果を使用者が早期に把握できる。
【００４９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００５０】
なお、本明細書において地盤とは、地層等の積層によって形成された領域であり、交流電流は、パルス波、サイン波などの種々の交流状態の電流を含む。
【００５１】
検出対象の物質とは、鉱脈（希土類、貴金属、レアメタルなどの有用物質）、水脈、原油や天然ガスなどの化石燃料、空隙、漏水や液漏れなどの不具合など、地盤中における特異状態にある物質を幅広く含む。ここで、水脈とは、井戸などの用途に利用可能である一定量を蓄えてボーリングすることのできる状態を指し、重力水である状態を指す。また、鉱脈とは、希土類、貴金属、レアメタルなどの有用物質を採掘可能（技術的およびコスト的などの様々な面のいずれかにおいて）あるいは利用可能な状態で蓄積されている領域を指す。
【００５２】
（実施の形態１）
【００５３】
実施の形態１における物質検出装置について説明する。
【００５４】
まず、全体概要について説明する。
（全体概要）
【００５５】
図１は、本発明の実施の形態１における物質検出装置のブロック図である。図１は、物質検出装置１と地盤とを一緒に表している。また、物質検出装置１と、電流電極対、電位電極対とが別の枠で表されているが、物質検出装置１は、電流電極対や電位電極対を含んだ構成でも良いし、別とする構成でも良い。
【００５６】
物質検出装置１は、複数の電流電極対３、４と、複数の電位電極対５，６と、第１周波数の交流電流に基づく第１比抵抗値を算出する第１算出手段１０と、第２周波数の交流電流に基づく第２比抵抗値を算出する第２測定手段１１と、第１比抵抗値と第２比抵抗値との比較に基づいて検出対象の物質の存在を推定する推定手段１２と、を備える。
【００５７】
物質検出装置１は、種々の地層が積層されて形成される地盤２の表面に設置される。なお、表面に接触して設置されなければならないわけではなく、地盤の表面において作業ができることを意味する。地盤は、内部に礫岩、砂岩、泥岩などの地層を含みつつ、しゅう曲、はい曲、断層などの地層構造を含んでいる。このような地盤内部に、所望の物質が蓄積している領域が存在する。この物質は、採掘利用可能であり、ボーリングによって採掘できるレベルを有する量として蓄積されている場合もあれば、砂や岩同士の隙間を埋める程度の量として存在しているだけの場合もある。
【００５８】
実施の形態１の物質検出装置１は、前者である十分な量の物質の存在を検出する。
【００５９】
なお、図１に示される地盤２のある領域には、鉱脈９が存在する。鉱脈９は、検出対象の物質の蓄積状態の一例であり、鉱脈９は、鉱物のみの蓄積状態を示すのではなく、水（水脈）、化石燃料、ガス燃料、有用物質、空隙、液漏れ、水漏れなどの検出対象となる所望の物質の蓄積状態を幅広く含む。但し、説明の便宜上、物質検出装置１の検出対象を、図１等では鉱脈９として説明する。
【００６０】
電流電極対３，４は、地盤２に入力した交流電流の電流値を測定する。電流電極対３、４は、地盤２の表面に設置される。ここで、電流電極対３、４には、電流付与部１３が接続されており、電流付与部１３は、所定の周波数を有する交流電流を、電流電極対３、４を通じて地盤２に与える。電流電極対３、４は、このようにして地盤２に与えられた交流電流の電流値を測定する。
【００６１】
一方、電流電極対３、４に対応するように、電位電極対５，６が地盤２表面に設置される。電位電極対５は、電流電極対３に対応しており、電位電極対６は、電流電極対４に対応する。
【００６２】
電位電極対５、６は、電流電極対３，４から地盤２に入力された交流電流に対応する電圧値を測定する。すなわち、電流電極対３から地盤２に入力された交流電流に対応する電圧値を、電位電極対５が測定し、電流電極対４から地盤２に入力された交流電流に対応する電圧値を、電位電極対６が測定する。このとき、電圧計測部１４が、電位電極対５，６での温度を計測するようにしてもよい。
【００６３】
電流値と電圧値とが測定されることで、比抵抗値が算出される。
【００６４】
図１において示されるように、電流電極対３と電位電極対５との組み合わせは、地盤２の内部において電流電極対３と電位電極対５とが結ぶ円弧７に沿った領域の電流値と電圧値とを測定する。すなわち、電流電極対３と電位電極対５との組み合わせは、円弧７に沿った地盤２の領域における比抵抗値を算出できる。
【００６５】
同様に、電流電極対４と電位電極対６との組み合わせは、地盤２の内部において電流電極対４と電位電極対６とが結ぶ円弧８に沿った領域の電流値と電圧値とを測定する。すなわち、電流電極対４と電位電極対６との組み合わせは、円弧８に沿った地盤２の領域における比抵抗値を算出できる。
【００６６】
電流電極対と電位電極対の組み合わせを増やすことで、この円弧を地盤上に様々に設定でき、地盤２内部の比抵抗値を、幅広く算出できる。ここで、電流付与部１３は、所定の値を有する第１周波数と第１周波数よりも高い周波数である第２周波数のそれぞれを有する交流電流を付与する。
【００６７】
まず、電流付与部１３は、電流電極対３、４のそれぞれに、第１周波数で定まる周波数を有する交流電流を与えて、地盤２に入力させる。
【００６８】
第１周波数を有する交流電流が、電流電極対３、電流電極対４のそれぞれから地盤２に入力される。これに合わせて第１周波数を有する交流電流に対応する電圧値が、電位電極対５、電位電極対６のそれぞれで測定される。第１算出手段１０は、まず電流電極対３と電位電極対５の組み合わせにおいて測定される電流値と電圧値とから、円弧７に沿った領域の比抵抗値である第１比抵抗値を算出する。電流値と電圧値の比から抵抗が求められるからである。第１比抵抗値は、第１周波数に基づく比抵抗値である。
【００６９】
同様に、第１算出手段１０は、電流電極対４と電位電極対６との組み合わせにおいて測定される電流値と電圧値とから、円弧８に沿った領域の比抵抗値である第１比抵抗値を測定する。この第１比抵抗値も、第１周波数に基づく比抵抗値である。
【００７０】
次に、電流付与部１３は、第１周波数よりも高い周波数である第２周波数を有する交流電流を与えて、地盤２に入力させる。第２周波数を有する交流電流が、電流電極対３、電流電極対４のそれぞれから地盤２に入力される。これに合わせて、第２周波数を有する交流電流に対応する電圧値が、電位電極対５と電位電極対６のそれぞれで測定される。
【００７１】
第２算出手段１１は、まず電流電極対３と電位電極対５の組み合わせにおいて測定される電流値と電圧値とから、円弧７に沿った領域の比抵抗値である第２比抵抗値を算出する。電流値と電圧値の比から抵抗が求められるからである。第２比抵抗値は、第２周波数に基づく比抵抗値である。
【００７２】
同様に、第２算出手段１１は、電流電極対４と電位電極対６との組み合わせにおいて測定される電流値と電圧値とから、円弧８に沿った領域の比抵抗値である第２比抵抗値を測定する。この第２比抵抗値も、第２周波数に基づく比抵抗値である。
【００７３】
これらの算出の結果、円弧７に沿った領域での第１比抵抗値および第２比抵抗値と、円弧８に沿った領域での第１比抵抗値および第２比抵抗値とが算出される。推定手段１２は、円弧７に沿った領域（すなわち電流電極対３と電位電極対５との組み合わせが対応する地盤２の領域）における第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較する。円弧７に沿った領域に検出対象の物質が存在しなければ、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分はほとんど無い。言い換えれば、推定手段１２は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較して、差分が所定値未満であれば、円弧７に沿った領域は、検出対象の物質を含んでいないと推定する。
【００７４】
同様に、推定手段１２は、円弧８に沿った領域（すなわち電流電極対４と電位電極対６との組み合わせが対応する地盤２の領域）における第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較する。円弧８に沿った領域に検出対象の物質が存在すれば、第１比抵抗値と第２比抵抗値とに差分が存在する。言い換えれば、推定手段１２は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較して、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも大きい領域が存在すれば、その領域は検出対象の物質を含んでいると推定する。このとき、所定値以上の差分値があることを基準としても良い。
【００７５】
図１においては、円弧８に沿った領域に、鉱脈９が存在し、この鉱脈９が存在する領域においては、第２比抵抗値は第１比抵抗値よりも大きくなる。
【００７６】
岩盤や土砂で構成される地盤では、これらは固体であるので入力される交流電流の周波数によって比抵抗値が変化することはない（誤差はありうる）。これは、比抵抗値の要因であるインピーダンスは、固体物質に特有な定数で定まるからである。
【００７７】
一方、貴金属、希土類、化石燃料といった特殊な有用物質が蓄積している状態の鉱脈９は、比抵抗値の要因であるインピーダンスへの影響を生じさせるからである。鉱脈９は、磁界や自然電流を有していることが多く、これらは外界から与えられる交流電流（これが電流電極対から付与される）の含む周波数に依存して変化しうる。この変化によって、特殊な物質が蓄積する鉱脈９においては、第１周波数と第２周波数とで比抵抗値が異なるものと考えられる。特に鉱脈９が含有する特殊な物質が生じさせる変動可能なインピーダンスは、周波数に比例して高くなる傾向がある。このメカニズムによって、第１周波数よりも高い第２周波数の場合に、鉱脈９では比抵抗値が高くなるものと考えられる。
【００７８】
推定手段１２は、このメカニズムを利用して、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも高い領域は、鉱脈９（所望の検出対象の物質）を含んでいると推定する。
【００７９】
図１においては、複数の電流電極対および複数の電位電極対のそれぞれは、２つずつである場合を示しているが、実際の測定においては更に多くの電流電極対と電位電極対とを備えることで、地盤２の多くの領域の比抵抗値を算出できる。算出された第１比抵抗値と第２比抵抗値に基づいて、地盤２のいずれかの領域が鉱脈９を含んでいることを推定する。
【００８０】
もちろん、電流電極対と電位電極対とのそれぞれは、複数である必要はなく、単数の電流電極対と単数の電位電極対との組み合わせで、地盤２の特定の領域においてのみ鉱脈９の有無を検出することでもよい。この状態は、図２に示される。図２は、本発明の実施の形態１における物質検出装置の模式図である。
【００８１】
当然ながら、複数の電流電極対と電位電極対との組み合わせによって、地盤２を複数の領域に区分して、それぞれの区分された領域ごとでの第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分とから、鉱脈９を含む領域を検出してもよい。組となる電流電極対と電位電極対とは、描かれる円弧に沿った領域の第１比抵抗値と第２比抵抗値とを算出するが、円弧に沿った全ての領域を絶対的に意味するのではなく、これに沿った領域の少なくとも一部での第１比抵抗値と第２比抵抗値を測定することを意味する。
【００８２】
実施の形態１における物質検出装置１は、このように、第１比抵抗値と第２比抵抗値との比較に基づいて、地盤２内部に存在する鉱脈９を検出する。特に、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値が、所定値以上である場合には、鉱脈９が存在すると推定し、所定値未満である場合には、鉱脈９が存在しない（所望の検出対象以外の物質の地層である）と推定する。
【００８３】
なお、説明においては第１比抵抗値を先に算出することを前提としているが、第２比抵抗値を先に算出することでもよい。すなわち、まず第２周波数を有する交流電流を入力させて第２比抵抗値を算出し、次に第１周波数を有する交流電流を入力させて第１比抵抗値を算出しても良い。
【００８４】
次に、各部の詳細について説明する。
【００８５】
（電流電極対および電位電極対）
【００８６】
電流電極対および電位電極対について説明する。
【００８７】
電流電極対３，４は、電流付与部１３から付与される交流電流を、地盤２に入力し、入力された実際の電流値を測定する。交流電流は、パルス波、方形波、矩形波、サイン波など、種々の形態の電流を含む。なお、電流電極対は、電流を入力しつつその電流値を測定する。地盤２に入力される電流値は、電流付与部１３によって定まるので、電流電極対は、この付与される際の電流値を測定した電流値としてもよいし、地盤で測定される電流値を測定した電流値としてもよい。あるいは、電流付与部１３が地盤２に直接電流を入力する場合には、電流電極対は、入力される電流値を測定するだけとなる。
【００８８】
電流電極対３，４は、電流を与える電極の組であって、仕様や測定対象に応じて電流電極対の数が決定されればよい。
【００８９】
電流電極対（すなわち電位電極対）の個数が増加すれば、それだけ地盤中の深さ方向および幅方向を広く測定できるようになる。電位電極対５、６は、電流電極対３，４に対応するように設置される。電位電極対５，６は、電流電極対３，４に対応して、それぞれの電位を測定する。すなわち、電流電極対３と電位電極対５とが組となり、電流電極対３から入力される交流電流に対応する電圧値を、電位電極対５が測定する。このとき、電流電極対３は、入力される電流値を測定する。
【００９０】
電流電極対４と電位電極対６とが組となって、入力される電流値とこれに対応する電圧値を測定する。電流電極対と電位電極対とは、それぞれが組となって、地盤２に入力される電流値とこれに対応する電圧値とを測定し、測定結果を第１算出手段１０、第２算出手段１１とに出力し、後述の第１比抵抗値と第２比抵抗値との算出に用いられる。電位電極対５、６は、電圧計測部１４によって制御されて電圧値を測定しても良い。
【００９１】
図３は、本発明の実施の形態１における測定状態を示す説明図である。
【００９２】
図３は、電流電極対と電位電極対によって、地盤２を区分した複数の領域において電流値および電圧値が測定されている状態を示している。図３より明らかな通り、複数の電流電極対と電位電極対とが組み合わされることで、地盤２内部の深さ方向および幅方向に沿って区分されるそれぞれの領域における電流値と電圧値とが測定される。これらの各領域における電流値と電圧値とが測定されることで、それぞれの領域での比抵抗値が算出されることになる。
【００９３】
電流電極対および電位電極対は、一般的な電極が用いられれば良い。金属や合金で形成された電極の組み合わせで、電流電極対および電位電極対が構成される。
【００９４】
なお、物質検出装置１は、電流電極対および電位電極対を含んだ構成でもよいし、含まない構成でも良い。電流電極対および電位電極対は、物質検出装置１とは別に構成された上で、運搬されたり使用されたりしてもよい。
【００９５】
なお、地盤２は、鉱脈９を含んでいると予想される岩盤、礫岩、砂岩、泥岩などの地層を含む。
（第１算出手段および第２算出手段）
【００９６】
次に、第１算出手段１０および第２算出手段１１について説明する。
【００９７】
電流電極対は、所定の周波数値を有する第１周波数を有する交流電流と、第１周波数よりも高い周波数値である第２周波数を有する交流電流とを地盤２に入力する。
【００９８】
電流電極対は、第１周波数を有する交流電流の電流値を測定するとともに、電位電極対は、第１周波数を有する交流電流に対応する電圧値を測定する。同様に、電流電極対は、第２周波数を有する交流電流の電流値を測定するとともに、電位電極対は、第２周波数を有する交流電流に対応する電圧値を測定する。
【００９９】
第１算出手段１０は、第１周波数を有する交流電流に対して測定された電流値と電圧値とを用いて、地盤２の対応する領域の比抵抗値である第１比抵抗値を算出する。比抵抗値は、電流値と電圧値の比から求められる。
【０１００】
同様に、第２算出手段１１は、第２周波数を有する交流電流に対して測定された電流値と電圧値とを用いて、地盤２の対応する領域の比抵抗値である第２比抵抗値を算出する。第２算出手段１１は、電流値を電圧値で除算することを通じて第２比抵抗値を算出する。
【０１０１】
図４は、電流値と電圧値とに基づいて測定された比抵抗値の状態を、地盤２の断面に合わせて示したものである。複数の電流電極対と電位電極対とによって、地盤２の深さ方向と幅方向にそれぞれ重畳しながら、電流値、電圧値および比抵抗値とが測定される状態が示されている。図４は、本発明の実施の形態１における比抵抗値の測定状態を示す説明図である。
【０１０２】
第１算出手段１０および第２算出手段１１は、算出した第１比抵抗値と第２比抵抗値とを、推定手段１２に出力する。推定手段１２において、鉱脈９の有無を推定するのに用いられるからである。
【０１０３】
なお、第１算出手段１０および第２算出手段１１は、比抵抗値を算出するに当たって、除算や乗算機能を用いるので、これらは専用の電子回路、専用のハードウェアで構成されることが好適である。また、汎用コンピュータの処理機能が用いられて構成されても良い。物質検出装置１が、専用装置である場合には、この専用装置内部に含まれる処理回路やプロセッサ（あるいはこのプロセッサを用いるソフトウェア）が、比抵抗値を算出する。あるいは、物質検出装置１が、汎用コンピュータで構成される場合には、汎用コンピュータが実行するソフトウェアが比抵抗値を算出する。
【０１０４】
ここで、第１算出手段１０は、第１周波数を有する交流電流に対応する全ての電流電極対と電位電極対での第１比抵抗値を全て算出し、その後第２算出手段１１が、第２周波数を有する交流電流に対応する全ての電流電極対と電位電極対での第２比抵抗値を全て算出する、処理手順をとる。すなわち、全ての電流電極対に第１周波数を有する交流電流を与えた上で、全ての電流電極対と電位電極対との組み合わせにおける第１比抵抗値を最初に算出し、その後で、全ての電流電極対に第２周波数を有する交流電流を与えた上で、全ての電流電極対と電位電極対との組み合わせにおける第２比抵抗値を算出する処理手順である。
【０１０５】
逆に、一つの電流電極対に第１周波数を有する交流電流を与え、この電流電極対と組となる電位電極対とから第１算出手段１０が第１比抵抗値を算出し、次に、同じ電流電極対に第２周波数を有する交流電流を与え、この電流電極対と組となる電位電極対とから第２算出手段１１が第２比抵抗値を算出する。この電流電極対と電位電極対の一つの組み合わせにおいて第１比抵抗値と第２比抵抗値を算出することを、全ての電流電極対と電位電極対の組み合わせにおいて実行する処理手順でも良い。
【０１０６】
このように、第１算出手段１０と第２算出手段１１とは、算出対象の地盤２の全てにおいて第１比抵抗値を算出した後に第２比抵抗値を算出してもよいし、地盤２を区分したそれぞれの領域において、第１比抵抗値と第２比抵抗値を算出して、これらを全ての領域で実行しても良い。
【０１０７】
仕様や測定の容易性に基づいて、これらの処理手順が切り分けられれば良い。
【０１０８】
また、第２周波数は第１周波数よりも高い周波数を有するが、その差分は、測定される地盤の種類や広さによって定められればよい。
【０１０９】
一例として、第１周波数と第２周波数との差分は、第１周波数の１０％以上である。この程度の差分があれば、鉱脈９を含む領域における第１比抵抗値と第２比抵抗値とに明らかな差分が出やすいからである。例えば、第１周波数が４０Ｈｚである場合には、第２周波数は４５Ｈｚ程度である。
【０１１０】
もちろん、差分が第１周波数の１０％以上であることは一例であって、これ以外であることを除外するものではない。
（推定手段）
【０１１１】
次に推定手段１２について説明する。
【０１１２】
推定手段１２は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とに基づいて、地盤２のある領域が検出対象の物質を含んでいるか含んでいないかを推定する。すなわち、推定手段１２は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較しながら、検出対象の物質の有無を推定する。例えば、推定手段１２は、地盤２に対応する第１比抵抗値と第２比抵抗値とを重畳した上で、第１比抵抗値と第２比抵抗値とがほぼ一致する領域や差分を生じさせる領域を検出する。
【０１１３】
第１算出手段１０および第２算出手段１１の算出によって、地盤２を区分した複数の領域それぞれにおける第１比抵抗値と第２比抵抗値とを、推定手段１２は、利用できる。岩石や土砂層などであれば、第１比抵抗値と第２比抵抗値とが差分を有することはほとんど無い。交流電流の周波数の相違によって、比抵抗値が変化することは無いからである。
【０１１４】
一方、第１比抵抗値と第２比抵抗値とが差分を生じる領域が、地盤２において検出されることがある。推定手段１２は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とが所定値以上の差分を有する領域は、検出対象の物質（採掘可能な量の物質）を含んでいると推定する。なお、このとき第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも大きいことを前提とした上で、差分が所定値以上である場合に、検出対象の物質を含んでいると推定手段１２は、推定する。
【０１１５】
なお、ここでは、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも大きいことを前提とした上で、差分が所定値以上である場合に、検出対象の物質を含んでいると推定手段１２は、推定する。しかし、逆に、第１比抵抗値が第２比抵抗値より大きいことを前提とした上で差分が所定値以上である場合に、検出対象の物質を含んでいると、推定手段１２は、推定しても良い。推定手段１２は、第１周波数に対応する第１比抵抗値と第２周波数に対応する第２比抵抗値との差分に基づいて、検出対象の物質を検出するが、第１比抵抗値および第２比抵抗値のいずれが大きいことを前提とするかは、検出対象の物質の種類に基づく。
【０１１６】
すなわち、異なる２つの周波数を用いる実施の形態１の物質検出装置１は、第１周波数と第２周波数との、いずれを大きな周波数として扱っても良い。
【０１１７】
もちろん、第１周波数および第２周波数以外に、第３周波数や第Ｎ周波数を用いても良い（すなわち、第１比抵抗値、第２比抵抗値、第３比抵抗値・・・第Ｎ比抵抗値を用いても良い）。検出対象となる物質によって、物質検出装置１は、使用する周波数や周波数同士の関係を適宜定めれば良い。
【０１１８】
また、推定手段１２は、第１算出手段１０から第１比抵抗値を受け取り、第２算出手段１１から第２比抵抗値を受け取った上で、第１比抵抗値と第２比抵抗値との比較に基づいて検出対象の物質の存在を推定するだけでなく、比抵抗値によって色分けされた地盤の断面図に基づいて検出対象の物質の存在を推定しても良い。
【０１１９】
図５は、本発明の実施の形態１における物質検出装置の変形例を示すブロック図ある。図５に示される物質検出装置１は、第１色分け手段２０と第２色分け手段２１を備える。
【０１２０】
第１色分け手段２０は、地盤２の比抵抗値を示す比抵抗断面図を、第１比抵抗値によって色分けする。すなわち、地盤２を断面状態に表した図面において、第１比抵抗値によって定まる複数の色味によって色分けする。このような色分けがなされることで、地盤２の断面における第１比抵抗値の大小の分布を、視覚的に把握することができる。
【０１２１】
第２色分け手段２１は、地盤２の比抵抗値を示す比抵抗断面図を、第２比抵抗値によって色分けする。すなわち、地盤２を断面状態に表した図面において、第２比抵抗値によって定まる複数の色味によって色分けする。このような色分けがなされることで、地盤２の断面における第２比抵抗値の大小の分布を、視覚的に把握できる。
【０１２２】
図６、図７は、色分けされて得られた比抵抗断面図の例を示す説明図である。
【０１２３】
図６は、低い周波数である第１周波数に対応する第１比抵抗値によって色分けした比抵抗断面図を示している。すなわち、第１色分け手段２０によって作成された比抵抗断面図が、図６に示されている。作成における仕様に基づいた色分けによって、比抵抗断面図を見るだけで第１比抵抗値の状態を容易に把握できる。
【０１２４】
図７は、第１周波数よりも高い第２周波数に対応する第２比抵抗値によって色分けした比抵抗断面図を示している。すなわち、第２色分け手段２１によって作成された比抵抗断面図が、図７に示されている。作成における仕様に基づいた色分けによって、比抵抗断面図を見るだけで第２比抵抗値の状態を容易に把握できる。
【０１２５】
図６、図７においては、比抵抗値の大きな領域ほど濃い色味で色分けされている。
【０１２６】
第１色分け手段２０および第２色分け手段２１は、色分けによって作成した比抵抗断面図（図６、図７に示される図）を推定手段１２に出力する。
【０１２７】
推定手段１２は、図６と図７とに示される比抵抗断面図を重畳することで、地盤２の断面における第１比抵抗値と第２比抵抗値とを容易に比較できる。第１比抵抗値に基づく図６の比抵抗断面図を、第１比抵抗断面図とし、第２比抵抗値に基づく図７の比抵抗断面図を、第２比抵抗断面図とすると、推定手段１２は、第１比抵抗断面図と第２比抵抗断面図を重畳する。第１比抵抗断面図における色味と第２比抵抗断面図における色味が同じ領域は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とがほぼ同じ値であるので、検出対象の物質以外を主として含む領域である。一方、第１比抵抗断面図における色味と第２比抵抗断面図における色味が異なる領域は、第１比抵抗値と第２比抵抗値とが相違するので、検出対象の物質を含む領域である。
【０１２８】
推定手段１２は、第１比抵抗断面図と第２比抵抗断面図とを重畳した図面を作成し、この図面より検出対象の物質の有無を推定してもよい。図８は、本発明の実施の形態１における重畳された比抵抗図面である。
【０１２９】
図８から明らかな通り、第１比抵抗値と第２比抵抗値とがほぼ同じ領域と異なる領域とで色分けされる。この色分けにおいて、丸枠で囲まれた領域は、検出対象の物質を含んでいると推定される。
【０１３０】
推定手段１２は、このように、第１色分け手段２０が作成する第１比抵抗断面図と第２色分け手段２１が作成する第２比抵抗断面図とを重畳した図面によって、検出対象の物質を含む領域を推定してもよい。
【０１３１】
なお、第１比抵抗値と第２比抵抗値の比較における差分値は、仕様に応じて定められる所定値と比較されれば良く、推定手段１２は、差分値が所定値以上で検出対象の物質を含むと推定し、差分値が所定値未満で検出対象の物質以外を主として含むと推定する。ここで、所定値は、仕様に応じて適宜定められる。例えば、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分を比率として定めても良いし、数値として定めても良い。例として、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値が第１比抵抗値の１０％以上となる値を所定値として定めても良い。
【０１３２】
また、第１算出手段１０、第２算出手段１１、推定手段１２と（物質検出装置１）は、第１処理手順もしくは第２処理手順に基づいて、検出対象の物質を推定する。
【０１３３】
第１処理手順は、複数の電流電極対と電位電極対が構成する組み合わせの全てにおいて、最初に第１比抵抗値を算出し、次に第２比抵抗値を算出して、全ての領域における第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較することで、検出対象の物質を推定する。このように検出対象となる全ての領域において最初に第１比抵抗値を算出し次に第２比抵抗値を算出した上で検出対象の物質を推定することで、地盤２の中で検出対象の物質の蓄積されている位置、範囲を推定できる。
【０１３４】
第２処理手順は、複数の電流電極対と電位電極対のうちの一組において、第１比抵抗値と第２比抵抗値とを算出し、まずこの一組が対応する領域での第１比抵抗値と第２比抵抗値とを比較する。次に、この作業を全ての電流電極対と電位電極対との組み合わせにおいて実行する。第２処理手順によって、検出対象とする地盤２の全てに対して検出対象の物質の推定を行なわなくても、早期に検出対象の物質の有無を判断できる。つまり、第２処理手順では、電流電極対と電位電極対の一組のみで、第１比抵抗値と第２比抵抗値を測定する単体算出ステップを行ない、この一組の電流電極対と電位電極対がカバーする領域における推定である単体推定ステップを行なう。この単体算出ステップと単体推定ステップとが、全ての電流電極対と電位電極対との組み合わせで繰り返される。
【０１３５】
このように、物質検出装置１が、第１処理手順を用いる場合には、検出対象の物質の位置、範囲、体積などの全てが一度に推定され、第２処理手順を用いる場合には、検出対象の物質の有無がまず推定されて、その後で範囲や体積などの情報が推定される。このため、種々の情報を一度に得たい場合には、物質検出装置１が第１処理手順を実行するように操作し、最初に検出対象の物質の有無のみを検出することを優先する場合には、物質検出装置１が第２処理手順を実行するように操作することが好ましい。
【０１３６】
このように物質検出装置１は、第１処理手順や第２処理手順の切り替えといったフレキシブルな使い方ができる。
（通知手段）
【０１３７】
物質検出装置１は、検出対象の物質の存在が推定された場合に通知を出力する通知手段を更に備えても良い。
【０１３８】
図９は、本発明の実施の形態１における物質検出装置のブロック図である。図９に示される物質検出装置１は、通知手段３０を備えている。通知手段３０は、音声、データ、電子メール、発光、映像など種々の手段によって、使用者に検出対象の物質の存在が推定されたことを通知する。
【０１３９】
通知手段３０は、必須の構成要件ではないが、使用者の便宜に対応できる。
【０１４０】
以上、実施の形態１における物質検出装置は、地盤を区分した複数の領域において、検出対象の物質を含む領域を検出できる。特に、２種類の周波数に基づく比抵抗値によって検出対象の物質の存在を推定するため、高い精度で検出できる。この第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分が生じるのは、鉱脈として堆積している物質が有するインピーダンスが、比抵抗値に加算されるためと考えられ、ボーリングに利用可能な一定量がまとまった鉱脈のみを効率的に検出できる。
【０１４１】
（実施の形態２）
【０１４２】
実施の形態１においては、物質検出機能を、物質検出装置として実施する方法を説明したが、物質検出システムや物質検出方法として提供することも可能である。
【０１４３】
物質検出システムは、図１、図２に示される物質検出装置１が、システムとして実現されるものである。図１、図２に基づいて説明する。
【０１４４】
物質検出システムは、地盤２の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対３、４と、交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対５，６と、第１周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出手段１０と、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出手段１１と、第２比抵抗値が第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定手段１２と、を備える。
【０１４５】
物質検出システムは、各要素が個別の装置で構成されていたり、複合された装置で構成されていたりして、測定する場所に運搬されて使用される。
【０１４６】
また、複数の電流電極対と複数の電位電極対のそれぞれは、地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、第１算出手段は、複数の領域のそれぞれにおける第１比抵抗値を算出し、第２算出手段は、複数の領域のそれぞれにおける第２比抵抗値を算出し、複数の領域のそれぞれにおいて、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、推定手段が推定する。
【０１４７】
所定値や推定の方法などは、実施の形態１で説明したのと同様である。また、実施の形態１で説明した通り、第１周波数と第２周波数のみだけでなく、第３周波数や第Ｎ周波数が用いられても良い。すなわち、第１比抵抗値、第２比抵抗値、第３比抵抗値、第Ｎ比抵抗値が用いられても良い。
【０１４８】
また、ここでは、第１周波数よりも第２周波数が高く（第１比抵抗値よりも第２比抵抗値が大きい）ことを前提としているが、逆であったりたすきになっていたりしてもよい。すなわち、第１周波数よりも第２周波数が高いが、第２比抵抗値よりも第１比抵抗値が大きいことを前提としても良い。
【０１４９】
また、物質検出装置や物質検出システムは、汎用コンピュータで処理される物質検出方法や物質検出プログラムとして実現されても良い。
【０１５０】
物質検出方法は、地盤の所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、を備え、第１周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第１比抵抗値を算出する第１算出ステップと、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流に基づく電流値と電圧値より、地盤の所定領域の比抵抗を示す第２比抵抗値を算出する第２算出ステップと、第２比抵抗値が第１比抵抗値より大きいと共にその差分が所定値以上である場合に、地盤の所定領域が検出対象の物質を含んでいると推定する推定ステップと、を備える。
【０１５１】
また、複数の電流電極対と複数の電位電極対のそれぞれは、地盤を複数の領域に区分したそれぞれの領域における電流値と電圧値とを測定し、第１算出ステップは、複数の領域のそれぞれにおける第１比抵抗値を算出し、第２算出ステップは、複数の領域のそれぞれにおける第２比抵抗値を算出し、複数の領域のそれぞれにおいて、第２比抵抗値が第１比抵抗値よりも所定値以上大きい領域は、検出対象の物質を含んでいると、推定ステップが推定する。
【０１５２】
比抵抗値の算出や検出対象の物質の存在の推定における具体的な処理は、実施の形態１で説明したのと同様である。なお、電流電極対や電位電極対を始めとしたハードウェアは、別途備えられる。
【０１５３】
また、汎用コンピュータで物質検出方法が実行される場合には、図１０に示されるように、中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」という。図面も同じ）とこれに接続されるＲＯＭやＲＡＭから読み込まれたプログラムによって実現される。図１０は、本発明の実施の形態２における物質検出方法を実現するコンピュータのブロック図である。
【０１５４】
汎用コンピュータ５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、メモリ５４、専用回路５５を備える。ＲＯＭ５２は、物質検出方法を実行するプログラムのオブジェクトが記憶されており、ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２からプログラムを読み出して専用回路５５などの処理も用いながら物質検出を実行する。
【０１５５】
処理においては、ＣＰＵ５１は、必要なデータをＲＡＭやメモリに記憶させたり読み出したりする。このような読み書きを通じて、汎用コンピュータ５０は、物質検出を実行する。なお、汎用コンピュータ５０は、他の装置と共に動作すればよい。例えば、電流電極対や電位電極対は別途備えられる。
【０１５６】
以上のように、物質検出装置は、物質検出システムや物質検出方法として実現されても良い。また、物質検出システムや物質検出方法（物質検出方法を実現するコンピュータープログラムやそのプログラムの記憶媒体）は、実施の形態１、３で説明される物質検出装置が備える機能を、必要に応じて含む。
【０１５７】
（実施の形態３）
【０１５８】
次に、実施の形態３について説明する。
【０１５９】
実施の形態３では、物質検出装置が備える更なる機能や構成について説明する。図１１は、本発明の実施の形態３における物質検出装置のブロック図である。
（質の予測）
【０１６０】
物質検出装置６０は、予測手段６１を更に備える。予測手段６１は、物質検出装置６０に含まれてもよいし、外部に備えられても良い。
予測手段６１は、推定手段１２での推定結果、第１比抵抗値および第２比抵抗値を用いて、検出された物質の質を予測する。推定手段１２は、第１比抵抗値よりも第２比抵抗値が大きくかつ第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分が所定値以上である領域が検出対象の物質を含んでいると推定する。このとき、第１比抵抗値、第２比抵抗値およびこれらの差分値に基づいて、質も予測可能である。予測手段６１は、第１比抵抗値および第２比抵抗値の少なくとも一方に基づいて質を予測する。
【０１６１】
例えば、第１比抵抗値や第２比抵抗値が、所定値よりも高かったり低かったりする場合には、検出対象の物質は、余分な成分を含んでいる可能性がある。あるいは、特定の比抵抗値を有する場合には、特定の物質の純度が高い可能性がある。
【０１６２】
また、予測手段６１は、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値に基づいて、質を予測しても良い。差分値が非常に大きい場合には、物質の有するインピーダンスが大きい可能性があり、大きなインピーダンスを生じさせる物質が多く含まれている可能性がある。このような場合にも、予測手段６１は、物質の質を予測できる。例えば、鉱脈が金属成分を含んでいる場合には、鉱脈に該当する領域での第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値が大きくなりやすいと考えられる。
【０１６３】
予測手段６１は、このように推定手段１２での推定結果、第１比抵抗値および第２比抵抗値を用いて、検出された物質の質を予測する。
【０１６４】
質が予測されることで、検出された物質の活用度が予め予測できることになる。例えば、検出対象が水脈である場合に、この水脈が塩分を含んでいると予測されると、井戸としては不適であると判断できる。ミネラル分を多く含んでいると予測された水脈は、ミネラルウォーターを得ることに適していると判断できる。あるいは、金属成分を含んでいると予測された水脈は、飲用や工場用途にも不適であると判断できる。
【０１６５】
また、第１比抵抗値と第２比抵抗値の差分だけではなく、物質の存在が推定された領域とその周囲の領域との第１比抵抗値や第２比抵抗値の差分によっても、予測手段６１は、物質の質を予測できる。
【０１６６】
あるいは、物質を含む鉱脈以外と推定される領域での第１比抵抗値と第２比抵抗値から、物質の質を予測しても良い。例えば、鉱脈の周囲部分が粘土層である場合には、粘土層の年度成分が鉱脈に溶け込んでいる可能性が高く、純度が低いと判断できる。
【０１６７】
また、通知手段（図１１には図示せず）は、予測手段６１の結果を推定手段１２の結果と合わせて使用者に通知しても良い。
（物質量の予測）
【０１６８】
予測手段６１は、検出された物質の量を予測することもできる。
【０１６９】
予測手段６１は、鉱脈９として推定した領域に対応する第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値に基づいて、物質量を推定する。
【０１７０】
第１比抵抗値と第２比抵抗値とにおいて差分が生じるのは、鉱脈９が含む物質によるインピーダンスのかさ上げと考えられる。インピーダンスは、物質量の増加に従って増加すると考えられる。このため、第１周波数より高い周波数である第２周波数を有する交流電流を与えた場合には、より大きなインピーダンスのかさ上げによって第２比抵抗値は大きくなると考えられる。このため、物質量の大きい鉱脈９においては、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値がより大きくなると考えられる。
【０１７１】
予測手段６１は、この現象を利用して鉱脈９の物質量を予測する。経験的に、第１比抵抗値と第２比抵抗値との差分値と物質量との関係式や関係テーブルを作成しておき、予測手段６１がこれらの関係式や関係テーブルを備えておくことで、予測手段６１は、高い精度でかつ高速に推定された鉱脈９の物質量を予測できる。
【０１７２】
予測手段６１は、通知手段を通じて予測された物質量を、使用者に通知できる。
【０１７３】
予測手段６１は、物質検出装置６０によって推定された過去の経験的データから作成される関係式や関係テーブルを様々に備えておくことで、鉱脈９に関する多種多様な情報を予測できる。
【０１７４】
なお、予測手段６１は、推定手段１２に含まれても良いし、図１１のように別に備えられても良い。もちろん、予測手段６１も、ハードウェアで構成されても、ソフトウェアで構成されても、ハードウェアとソフトウェアの混在で構成されても良い。
【０１７５】
また、実施の形態１、２、３で説明された、第１算出手段１０、第２算出手段１１、推定手段１２、電流付与部１３、通知手段３０は、ハードウェアで構成されても、ソフトウェアで構成されても、ハードウェアとソフトウェアの混在で構成されても良い。もちろん、専用装置で実現されても汎用コンピュータで実現されても良い。
【０１７６】
なお、実施の形態１〜３で説明された物質検出装置、物質検出システム、物質検出方法は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。
【符号の説明】
【０１７７】
１    物質検出装置
２    地盤
３、４    電流電極対
５、６    電位電極対
７、８    円弧
９    鉱脈
１０    第１算出手段
１１    第２算出手段
１２    推定手段
１３    電流付与部
１４    電圧計測部
２０    第１色分け手段
２１    第２色分け手段
【図１】
2012117914.tif 000003
【図２】
2012117914.tif 000004
【図３】
2012117914.tif 000005
【図４】
2012117914.tif 000006
【図５】
2012117914.tif 000007
【図６】
2012117914.tif 000008
【図７】
2012117914.tif 000009
【図８】
2012117914.tif 000010
【図９】
2012117914.tif 000011
【図１０】
2012117914.tif 000012
【図１１】
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