「技術フォーラム 2020 Web 技術発表会」【23】

沖縄県内の石灰岩層における空洞探査事例
日本物理探鑛(株)1. はじめに〇金城亜祐美，植山隆義，高久和彦，河村茂樹（2） 解析方法

琉球列島には、新生代第四期更新世に堆積したサンゴ測定で得られた電位データを用いて、地下の二次元的礁をはじめとする石灰質堆積物からなる琉球石灰岩が広な比抵抗分布を逆解析によって求める。理論電位計算にく分布している。これらは特徴的な生砕物からなる多孔は有限要素法を用い、理論計算値と測定値との差が小さ質な岩石で、その内部には鍾乳洞を含む多くの空洞が形くなるように、最小二乗法によって繰り返し比抵抗モデ成されている1）。こういった地下に分布する空洞は、太平ルを修正する。そして、理論計算値と測定値との差が収

洋戦争中には防空壕として利用され、また現在では観光束したときの比抵抗モデルを最終結果とする。

洞としての需要も多い。さらに史跡としての文化的側面でも重要な保護対象となっている。しかしながら、地下

4. 事例と結果

空洞は公共事業に伴う施工の際に陥没や沈下等の被害を沖縄県内において、石灰岩の影響とされる沈下及び空誘発することがあり、空洞の有無や規模の把握が施工前

洞が確認された場所にて、二次元比抵抗探査を行った。の段階で必要となる。

（1） 事例１

本論文では、琉球石灰岩層における空洞探査に電気探査を適用した事例について報告する。

離島にて、ケーブル埋設の工事中に発見された空洞により、施工工程に遅延が生じた例があり、類似工事前に電気探査による空洞調査を行った。近傍に既存人工トン

2. 琉球石灰岩の特徴
琉球石灰岩は多孔質で不均質であることから、N 値は0～50以上と幅広く、強度的なバラツキも大きい。そのたネル（図-1）があり、当調査の本測線で得られた比抵抗断面図の解釈に役立てるため、既存人工トンネルの横断方向に測線を設定しての試験調査も実施した。

め、設計・施工時に問題となる事例が多く、取り扱いが難しい地層であるといえる。また、その内部に生じる鍾乳洞は、方位・標高・規模等に規則性がないことが多い。
石灰岩の電気的性質として、健硬な石灰岩の比抵抗は107Ωm 程度にも達するが、軟弱な石灰岩では50Ωm 程度の比抵抗値を示すこともある2）。

3. 電気探査（二次元比抵抗探査）
二次元比抵抗探査は、土や岩石等の電気的性質の違いを図-1 トンネル入り口利用し、平面的・空間的な比抵抗分布から地下の構造や状態を推定するために用いられており、以下のような適まず、既存人工トンネル横断測線での比抵抗断面図を用性・特徴を有する。

図-2に示す。低比抵抗部を寒色で、また高比抵抗部を暖・ 探査対象：地下水、地下空洞、地すべり、断層・風色で表している。

化変質帯等の地質構造調査など。
・ 長所：危険物を使用しない、比抵抗分布から地下水や空洞といった地下の状態を把握できることから適用範囲が広い、可探深度が300m 程度である。
・ 短所：同じ比抵抗値をもつ地質の判別はできない、トンネル舗装路面上では電極設置孔の掘削が非効率である、深部ほど分解能が低下する。
（1） 探査方法
探査測線上に一定間隔に電極を設置し、それらの電極を切換装置によって切換えて、多くの電流電極と電位電極の組み合わせについて電位測定を行う。本事例では電極配置として、測定時の作業性が良いこと、及び用地の制限から二極法を用いている。

図-2 （事例1）既存人工トンネルの比抵抗断面図

「技術フォーラム 2020 Web 技術発表会」
図-2にはトンネルの入り口の位置及び延長方向から推1.5m 程の空洞が確認された。そこで、空洞の規模を調査定されるトンネル位置を□で示している。トンネルは比するために複数測線で二次元比抵抗探査を行った。

抵抗5000Ωm 以上の高比抵抗領域内にあることがわか

図-4は、そのうちの一測線の比抵抗断面図である。こる。このように、人工的な空洞で、壁面が風化により劣の結果と既存ボーリング調査結果との対比を行った。

化していない状態であれば、空洞は高比抵抗領域として①は1000Ωm 以上の高比抵抗領域で、中央部の□で示現れることが多い。

した箇所で空洞が確認されている。その下部に位置する

次に、本測線での比抵抗断面図を図-3に示す。比抵抗②は40～70Ωm 程度の低比抵抗領域で、砂質シルト及びの色分けは図-2と同じである。図中には特徴的な領域を風化石灰岩からなる。測線距離14～24m は旧河道埋戻し①～④で示している。

位置にあたり、その地表部及び②の低比抵抗領域は、含Resistivity

40

西Elevation (m)② ③2010水比が高く、風化により粘土化が進んでいるものと推定

(Ωm)

東

30④5000される。同様の低比抵抗・高比抵抗領域の組み合わせが、

1000③及び④に認められる。これらが空洞及び風化による劣化部である可能性がある。特に、④は中央部の比抵抗が50020Ωm 以下とかなり低く、また地表部の低比抵抗帯との1000連続性が認められ、空洞化への進行が懸念される。

①-105010-205. まとめと課題
石灰岩中の空洞の有無や規模の把握を目的として電気-30100908070605040302010探査を実施した場合、空洞の成因や空洞内及び周囲の状

0Distance (m)態や地質的性状によって、探査結果である比抵抗分布が図-3 （事例1）本測線の比抵抗断面図

高比抵抗となる場合もあれば、低比抵抗となる場合もあり、一意的な結果は得られない。空洞調査における電気①は概ね100～400Ωm 程度の範囲で比抵抗が緩やかに探査は概査と位置づけ、空洞の可能性がある箇所を抽出漸移しており、空洞の可能性は低いものと考えられる。

し、調査ボーリングによって確認することが望ましい。

②は100Ωm 以下の低比抵抗領域であるが、道路部分でしかし、観光・文化的に価値のある鍾乳洞等では調査ボ電極を設置していない欠測区間であり、偽像として表れーリングの実施が困難な場合もある。空洞調査の確度をたものである。

向上させるためには、表面波探査のような他種の物理探③は700～2000Ωm 程度の比較的比抵抗が高い領域で査を組み合わせて実地することが考えられる。組み合わあるが、特に高比抵抗の領域が地表付近に分布しているせの選定と手法の順番の精査を行い、必要最低限の調査

ことから、空洞の可能性は低いものと考えられる。に限定することで、精度の向上と費用面や調査日数を短④は人工トンネルに似た1000Ωm 以上の高比抵抗値を縮し、より信頼性の高い空洞調査の実現が望まれる。

示す。この地点周辺には、石灰岩と石灰質ドロマイトが分布しており3）、それらの地質境界である可能性がある。

《引用・参考文献》

また、人工トンネルと類似した高比抵抗領域であること

1） 産業技術総合研究所地質調査総合センター：那覇及びから、空隙・空洞が存在する可能性も示唆される。ただ

沖縄市南部地域の地質, p.20, 2006.

し、④は測線端部に位置しており、探査結果の精度はや

2） Telford et al. : Typical values of electrical constants ofrocks and minerals, Applied Geophysics, p.290, 1990.

や低い。

3） Suzuki et al. : Sedimentary Geology, 183, 181-202,（2） 事例2
沖縄中部において、建物建設工事に伴うボーリング調2006.

査の際に、10箇所のうち3箇所で石灰岩層内に最大厚さ20Resistivity (Ωm)

旧河川位置 既存ボーリング箇所

③空洞

5000

既設排水

1000

Elevation (m)10①0500
100-10②50④10-20010203040506070

8090100

Distance (m)110

図-4 （事例 2）比抵抗断面図

120130140150160170