(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探査地山を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を測定して地山の地質を探査する地質探査用震源装置であって、
起震容器と、この起震容器内に配置されて短時間に供給される電気エネルギーにより急激に溶融気化される溶融気化物質と、起震容器内に充填されて溶融気化物質の溶融気化により爆発あるいは急速燃焼される爆発性物質と、前記溶融気化物質に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置とを具備し、
探査地山での弾性波の振幅をＡ、震源位置から探査地山までの距離をＬ、弾性波の振幅Ａと距離Ｌに関する係数をα、弾性波の減衰係数をｎ、爆発性物質の容量と振幅に関する係数をｍとした場合、爆発性物質の容量ＱAを、
ＱA＝［（Ａ×Ｌn）／α］1/mとし、
この係数αを７７０≦α≦４０００とし、減衰係数ｎを１≦ｎ≦３とした
ことを特徴とする地質探査用震源装置。
【請求項２】
探査地山に必要な弾性波の振幅をＢとした場合に、爆発性物質の容量ＱBを、
［（Ｂ×Ｌ3）／α］1/m≧ＱB≧［（Ｂ×Ｌ）／α］1/mの範囲とし、
ｍを０．６６≦ｍ≦０．７５とした
ことを特徴とする請求項１記載の地質探査用震源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル施工時などにおいて、地質探査法による震源として、電気エネルギーを用いて弾性波を発生させる地質探査用震源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネル施工など、地山の掘削を必要とする作業の場合、その施工に影響を与えるような地質変化を予め探査する必要がある。従来、この探査方法には弾性波探査法と呼ばれるものがあり、この方法は、例えばトンネル側壁で発破を行い、その際に発生した弾性波が破砕帯や地質変化面、すなわち弾性波速度の変化面で反射あるいは屈折して戻ってきた弾性波を受震し、前方の地質を探査するものである。しかしこの方法では、火薬による発破作業を行なうため危険が伴うという問題がある。
【０００３】
そのため、震源に火薬の爆発に代えて、電気エネルギーにより金属などを溶融気化させる放電破壊装置を利用し、その膨張衝撃力で弾性波を発生させることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記放電破壊装置では、衝撃力により発生する弾性波の伝播範囲が狭く探査範囲が限定されるとともに、探査可能な範囲（距離）が正確に把握できず、必要な探査範囲をカバーできないという問題があった。
本発明は、上記課題を解決して、探査範囲を拡大できるとともに探査範囲に適正な弾性波を伝播させることができる地質探査用震源装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明における課題を解決するために請求項１記載の発明は、探査地山を伝播する弾性波を発生させ、その反射波または屈折波を測定して地山の地質を探査する地質探査用震源装置であって、起震容器と、この起震容器内に配置されて短時間に供給される電気エネルギーにより急激に溶融気化される溶融気化物質と、起震容器内に充填されて溶融気化物質の溶融気化により爆発あるいは急速燃焼される爆発性物質と、前記溶融気化物質に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置とを具備し、探査地山での弾性波の振幅をＡ、震源位置から探査地山までの距離をＬ、弾性波の振幅Ａと距離Ｌに関する係数をα、弾性波の減衰係数をｎ、爆発性物質の容量と振幅に関する係数をｍとした場合、爆発性物質の容量ＱAを、ＱA＝［（Ａ×Ｌn）／α］1/mとし、この係数αを７７０≦α≦４０００とし、減衰係数ｎを１≦ｎ≦３としたものである。
【０００６】
上記構成によれば、電気エネルギーによる溶融気化物質の溶融気化で爆発または高速燃焼される爆発性物質を使用するので、より大きい衝撃力が得られて探査範囲を拡大することができる。また必要最小限の爆発性物質の容量で適正な弾性波を発生させることができるので、不必要に大きい衝撃力を発生させることなく安全に作業することができ、またランニングコストの低減をはかることができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、上記構成において、探査地山に必要な弾性波の振幅をＢとした場合に、爆発性物質の容量ＱBを、［（Ｂ×Ｌ3）／α］1/m≧ＱB≧［（Ｂ×Ｌ）／α］1/mの範囲とし、ｍを０．６６≦ｍ≦０．７５としたものである。
上記構成によれば、爆発性物質の容量を上記範囲にすることにより、探査地山に必要な弾性波の振幅を確保することができ、正確な探査が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地質探査用震源装置を備えた地質探査装置の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、この地質探査装置１は、トンネル側壁２に形成した装着孔３に装着する震源装置４と、震源装置４に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給装置（以下単に「供給装置」と称す）５と、震源装置４による衝撃力により発生した弾性波の、探査範囲の地山からの反射弾性波を検出する加速度センサ（受震器）２１とで構成されている。
【０００９】
前記震源装置４は、起震容器６と、この起震容器６内に挿入されるとともに一対の電極７同士を接続する溶融気化物質である金属細線（例えば銅：Ｃｕが用いられる）８と、起震容器６内に封入されて金属細線８の溶融気化により起爆（短時間の燃焼も含む）されこの衝撃力により地山に弾性波を伝達する爆発性物質９（たとえばニトロ系化合物）９とから構成されている。
【００１０】
前記供給装置５は、電源１０にエネルギー制御回路１１を介して接続されたコンデンサ１２と、このコンデンサ１２に充電蓄積された電気エネルギーを放電するための放電スイッチ１３とを備えている。
ところで、爆発性物質９の容量ＱAと、弾性波の振幅Ａ0は、
Ａ0＝α×ＱAm…▲１▼式で表わされる。
ここでαは弾性波と距離に関する係数、ｍは容量と振幅に関する係数であり、０．６６≦ｍ≦０．７５の範囲にある。
また、地山を伝播する弾性波の振幅は減衰し、その減衰量は距離Ｌの１〜３乗に反比例する（Ｌ-n：１≦ｎ≦３）。したがって、震源装置４から探査地山までの距離Ｌにおける弾性波の振幅Ａは、
Ａ＝Ａ0×Ｌ-n…▲２▼式となる。
さらに▲１▼式と▲２▼式から、
Ａ＝α×ＱAm×Ｌ-n
α＝Ａ／（ＱAm×Ｌ-n）
α＝（Ａ×Ｌn）／ＱAm…▲３▼式となる。
【００１１】
また、距離Ｌにおける弾性波の所定の振幅Ａを得るための爆発性物質９の容量ＱAは、
ＱAm＝（Ａ×Ｌn）／α
ＱA＝［（Ａ×Ｌn）／α］1/m…▲４▼式となる。
つぎに、実験により得られた距離Ｌと振幅Ａの関係を図３に示す。ここで使用された爆発性物質９はニトロ系化合物であり、ｍ＝０．７５、ｎ＝１．５、ＱA＝１４０（ｇ）であることから、係数αは▲３▼式から、
α＝（Ａ0×Ｌ-1.5）／１４０0.75＝２５００となる。
【００１２】
したがって、探査地山までの距離Ｌと、探査に必要な弾性波の振幅Ａが決定されれば、爆発性物質９の容量を▲４▼式から求めることができる。
なお、ここでα＝２５００としたが、爆発性物質の容量と振幅に関する係数ｍを０．６６≦ｍ≦０．７５の範囲で選択するとともに、減衰係数ｎを１≦ｎ≦３の範囲で選択することにより、▲３▼式から求められる数値の範囲、すなわち７７０≦α≦４０００の範囲で係数αを変更することができ、好ましくはα＝２５００となる。
【００１３】
次いで加速度センサー２１の受震感度またはバックグランドのノイズレベルを考慮して、距離Ｌにおいて必要な弾性波の振幅Ｂは、
Ｂ≦α×ＱBm×Ｌ-n＝Ａであり、探査地山での減衰係数ｎが１≦ｎ≦３であることから、
α×ＱBm×Ｌ-3≦Ｂ≦α×ＱBm×Ｌ-1…▲５▼式
▲５▼式から爆発性物質９の容量ＱBを求めると、
（α×ＱBm×Ｌ-3）／Ｂ≦１≦（α×ＱBm×Ｌ-1）／Ｂ
α／（Ｂ×Ｌ3）≦１／ＱBm≦α／（Ｂ×Ｌ）
（Ｂ×Ｌ3）／α≧ＱBm≧（Ｂ×Ｌ）／α
［（Ｂ×Ｌ3）／α］1/m≧ＱB≧［（Ｂ×Ｌ）／α］1/m…▲６▼式となり、
α＝２５００、係数ｍを０．６６≦ｍ≦０．７５とすることで、震源装置４から距離Ｌだけ離れた探査地山において、加速度センサー２１により計測可能な弾性波の振幅が得るために必要な爆発性物質９の容量ＱBが求められることから、爆発性物質９の容量が多すぎてトンネルに悪影響を及ぼしたり、ランニングコストが高くなることなく、また反対に少なすぎて計測が不能になることがない最適な爆発性物質９の容量ＱBで探査が行える。なお、ここで減衰係数ｎは、１≦ｎ≦３の範囲であるが、ｎ＜１すなわち｛ＱB＜［（Ｂ×Ｌ）／α］1/m｝で弾性波を増幅する土質は存在せず、反対に３＜ｎすなわち｛［（Ｂ×Ｌ3）／α］1/m＜ＱB｝で弾性波を大幅に減衰させる土質はないためである。
【００１４】
図４は、▲６▼式に基づいて探査に適正な爆発性物質９の容量Ｑの範囲を求めたグラフである。なお、ここで使用する単位は、距離Ｌは（ｍ）、弾性波の振幅Ａ（gal＝cm/s2）、爆発性物質９の容量ＱA、ＱBの単位はccである。
上記の地質探査装置１を用いて地質探査を行なう場合、▲４▼式または▲６▼式で求められた爆発性物質９の容量を充填した震源装置４を装着孔３に装着して砂などで込め物１４をし、金属細線８に電極７を介して供給装置５を接続し、コンデンサ１２に電気エネルギーを必要量だけ充電蓄積した状態で放電スイッチ１３をオンし、極めて短時間で電気エネルギーを金属細線８に放電供給する。すると、金属細線８が急激に溶融気化して膨張し、その際の衝撃力等により爆発性物質９が起爆されて起震容器６が破壊され、この衝撃力が震源となって地山に弾性波が発生する。そして弾性波が、破砕帯や地質変化面で反射（または屈折でもよい）して戻ってきた反射弾性波を加速度センサ２１で受震することにより、前方の地質変化を探査することができる。
【００１５】
上記実施の形態によれば、金属細線８の溶融気化による衝撃力だけでなく、爆発性物質９の爆発力を利用して弾性波を発生させるので、大きい振幅の弾性波を容易に発生させることができ、しかも安全に作業を行うことができる。また、震源装置４から探査地山までの距離Ｌに対応して▲４▼式または▲６▼式で得られた範囲の爆発性物質９の容量を充填することで、探査地山に伝播される弾性波に必要な振幅を確保することができ、正確な探査が可能になるとともに、必要以上に爆発性物質９の容量を充填することもなく、ランニングコストの低減に寄与することができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態では、加速度センサ（受震器）２１で地山からの反射弾性波を検出するようにしたが、もちろん屈折弾性波であってもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、電気エネルギーによる溶融気化物質の溶融気化により爆発または高速燃焼される爆発性物質を使用するので、大きい衝撃力が得られて探査範囲を容易に拡大することができ、また必要最小限の爆発性物質の容量で弾性波を発生させることができるので、不必要に大きい衝撃力を発生させることなく安全に作業することができ、またランニングコストの低減をはかることができる。
【００１８】
また請求項２記載の発明によれば、爆発性物質の容量を上記範囲にすることにより、探査地山に必要な弾性波の振幅を確保することができ、正確な探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地質探査用震源装置を備えた地質探査装置の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同地質探査用震源装置の使用状態を示す断面図である。
【図３】同地質探査用震源装置の実験による弾性波の伝播距離と振幅の関係を示すグラフである。
【図４】同地質探査用震源装置の探査地山までの距離に対する必要な爆発性物質の容量を示すグラフである。
【符号の説明】
１    地質探査装置
２    トンネル側壁
３    装着孔
４    震源装置
５    電気エネルギー供給装置
６    起震容器
７    電極
８    金属細線
９    爆発性物質
１０    電源
１１    エネルギー制御回路
１２    コンデンサ
１３    放電スイッチ
２１    加速度センサ
【図１】
0003998366.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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