統合物理探査調査研究委員会報告書

統合物理探査による地盤物性評価と土木建設分野への適用

平成２９年１２月

物理探査学会
統合物理探査調査研究委員会

発刊にさいして

公益社団法人物理探査学会は平成 30 年に創設 70 周年を迎える．物理探査学会は物理探鉱技術協会として 1948 年に創立されて以来，物理探査に関する学問および技術の進歩・発展・普及に努めてきた．物理探査技術は，黎明期には石油や石炭，金属資源などの資源・エネルギー分野において主に使われてきた．その後さまざまな分野で用いられるようになり，現在では資源・土木・環境・防災・維持管理など幅広い分野で利用されている．
物理探査の手法も多岐にわたり，「 新版

物理探査適用の手引き－土木物理探査マニュア

ル－」（2008）では，屈折法地震探査，反射法地震探査，電気探査をはじめとする探査手法を全 19 項目に分類し，各探査手法について説明されている．
計測技術やデータ処理方法なども，ハードウェア・ソフトウェアの進歩とともに技術も発展しており，さまざまな分野や探査対象，探査条件などの多様なニーズに適用できるよう物理探査技術の向上を目指し研究・検討が進められている．
その一方で，探査結果によって得られるのは地盤物性値であり，実際の地盤状況を推定するためには地盤の解釈と評価が必要になってくる．物理探査学会では，土木研究所との共同研究による成果を「河川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」（ 2013）にまとめて出版するなど，物理探査法の標準化と評価方法の普及に努めてきた．この「河川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」では主に河川堤防に関する評価を実施しているが，他の土木建設分野にも適用できるようにするために，物理探査結果を用いた地質モデルの構築や評価方法，標準書式を研究することを目的として，統合物理探
査調査研究委員会を発足して，平成 26 年から平成 29 年にかけて検討を行ってきた．
今回，物理探査学会 70 周年記念事業の一環として，統合物理探査調査研究委員会の成果
報告書「統合物理探査による地盤物性評価と土木建設分野への適用」を上梓した．本書では統合物理探査として複数の物理探査を用いての地盤物性評価，統合物理探査の分野ごとの適用事例，標準書式とデータベース，物理探査の活用方法の提案などがまとめられており，物理探査技術者だけではなく，土木建設分野の計画・調査・設計・施工に携わる技術者に役立つ内容となっている．この報告書が，本書を手にとって頂いた皆様の実務・研究の一助になれば幸いである．
平成 30 年 2 月
物理探査学会会長
山中

浩明

まえがき

物理探査は，①現場での計測，②取得したデータの処理，解析，結果の図化③得られた
弾性波速度や比抵抗で表された地下構造の解釈，という 3 つの要素からなる．計測技術は，
電子計測技術やコンピュータ技術に基礎を置いており，近年のこれら技術の進歩により，大きなダイナミックレンジで高速サンプリングしたデータを取得することが可能となり，計測制度は大幅に向上した．そうして得られる大量のデータの収録も容易となり，データの処理・解析技術も，コンピュータの高速化，大容量化により大量のデータを処理し，2次元，3 次元の弾性波速度や比抵抗による地下構造が美しい図に表されるようになった．
ところが，近年になってもあまり発展せず，困難な問題があるのは解釈技術である．地盤を構成する物質は多様であり，その物理的性質は広い範囲にわたって変動する．測定，解析により弾性波速度構造や比抵抗構造が求められたとしても，その解釈には常に不確実性が伴う．このような物理探査の技術要素を考えると，前節で挙げた役割のうち，調査地全体からの不均質抽出は，測定，データ解析の問題であり，強度や透水性の推定は，主として解釈の問題ということになろう．物理探査を土木・環境問題にいままで以上に役立てるためには，この解釈技術の向上が必要であり，その突破口として統合物理探査という考え方が提案されてきた．これをさらに発展させる方策について検討するために，この統合
物理探査調査研究員会は設立された．
統合物理探査には，物理探査で求まる物性分布から設計・施工に必要な地盤定数を求めること，物理探査のような連続的に調査できる方法による地盤調査の高精度化，地盤調査の効率化への期待がある．物理探査学会が，このような期待に応えていくことは当然のことであるが，同時に，応用地質学や地盤工学，土木工学といった周辺領域に学究を広げていかなければならない．統合物理探査調査研究委員会は，そのさきがけとなった委員会であり，委員会のメンバーは，研究者，物理探査の実務に携わる技術者，施工会社における技術者と幅広い構成として，現役でご活躍の方を中心にご参加していいただいた．委員会
は，主として，統合物理探査に関わる現状調査，物理探査物性値による地盤評価の方法，
標準書式の検討を行なったが，さらに標準書式の延長上にある成果の電子納品について，物理探査学会案を作成し関連外部委員会との対応を担当した．委員会で研究された成果は，物理探査関係者のみのらず応用地質や地盤工学に係わる研究者や技術に役に立つものである．物理探査学会においても，従来の物理探査の枠を超えた活動であり，今後の物理探査の発展にとって不可欠な成果となった．5 年間にわたる委員会活動の成果をこのような形でまとめられた委員会メンバーに敬意を表したい．
平成 30 年 2 月
統合物理探査調査研究委員会設立発起人代表
茂木

透

はじめに

物理探査学会では，今まで，「新版物理探査の手引き－土木物理探査適用マニュアル」などを出版し，物理探査手法の標準化と普及に努めてきた．最近では，土木研究所との共同研究成果を「河川堤防安全性評価のための統合物理探査適用の手引き」（愛智出版刊）にまとめた．ここで，「統合物理探査」には，探査対象に対して，①複数の探査手法を組み合わせて信頼性の向上を図ること，複数の物性値で評価を行うこと，②単に探査を実施する
だけではなく地質調査プロジェクト全体の中で地盤の解釈と評価に探査結果を活かしていこうという２つの意味が込められている．
物理探査学会では，物理探査法としての検討，標準化に努めてきたが，探査結果による地盤解釈と評価の視点が弱かったといえる．物理探査の有用性をアピールするためには，
適切な物理探査の実施と適切な地盤評価，プロジェクト全体における物理探査の有効性を評価する方法の研究が不可欠である．
他学会（地盤工学会・応用地質学会など）では，物理探査技術の利用・地盤評価に視点を置いた研究委員会を企画実施している．また，その中では，物理探査学会の多くのメンバーが中心的な役割を果たしてきた．地盤分野における物理探査技術の普及・発展には探査技術の向上に加えて，利用技術と結果による地盤評価を含めた研究・検討が不可欠であり，物理探査学会が主導的に進める必要がある．
統合物理探査調査研究委員会は，地盤分野において，物理探査技術の適切な適用および計画・実施・適切な探査結果の評価，地盤の評価が実施されることによりプロジェクト全体における効果を検討し，物理探査技術が有用な調査技術として利用拡大されることを目的として，平成 25 年 1 月に発足した．
統合物理探査調査研究委員会では，この目的に沿って，3 つのワーキンググループに分け活動を行なってきた．各ワーキンググループの活動内容は，以下に示すとおりである．
・ワーキンググループ 1（調査対象別検討）
調査対象別にニーズを整理し，物理探査の適用法，統合物理探査の方法を調査・検討した．
対象別および目的別の統合物理探査法，設計・施工への活用方法の提案を行なった．
・ワーキンググループ 2（評価法検討）
探査物性値間あるいは他調査結果との相関，影響パラメータ，工学的指標への変換方法な
どの調査・検討を行なった．適用条件や要求精度など，統合物理探査の基礎となる部分の検討を行い，地質工学モデル作成における物理探査の利用方法を示した．
・ワーキンググループ 3（標準書式・データベース検討）
統合物理探査結果の利活用のための仕組みの検討，データベースの活用について検討した．
また，その基礎となる物理探査成果の標準書式，電子納品への検討および対応を行なった．
本報告書は，平成 25 年 1 月から平成 29 年 12 月までの活動期間において，検討・整理内
容を取りまとめたものである．統合物理探査調査研究委員会の当初の目的を達成できたと

は言いがたいかもしれないが，新たな視点で「物理探査の利用と物理探査による地盤の解釈」についてまとめられたといえる．本報告書が，今後の土木建設分野における物理探査の発展の礎となれば幸いである．
物理探査学会

統合物理探査調査研究委員会

平成 29 年 12 月

委員会名簿
委員会名簿
氏

名

所

属

委員長

三木

茂

基礎地盤コンサルタンツ株式会社

委員

井上敬資

農業・食品産業技術総合研究機構

委員

金田朋之

日本物理探鑛株式会社

委員

倉橋稔幸

土木研究所寒地土木研究所

委員

小西千里

応用地質株式会社委員

佐々木勝

基礎地盤コンサルタンツ株式会社

WG 長

鈴木浩一

電力中央研究所委員

鈴木敬一

川崎地質株式会社委員津野靖士

鉄道総合技術研究所

委員

林

宏一

応用地質株式会社

WG 長

升元一彦

鹿島建設株式会社委員

村田和則

サンコーコンサルタント株式会社

委員

山上順民

大成建設株式会社委員

山下善弘

応用地質株式会社

委員会活動記録
委員会活動一覧表
開催日
第 1 回委員会

平成 26 年 2 月 18 日

第 2 回委員会

平成 26 年 4 月 22 日

第 130 回学術講演会

平成 26 年 5 月 30 日

第 3 回委員会
第 4 回委員会
第 131 回学術講演会

平成 26 年 7 月 29 日
平成 26 年 9 月 25 日
平成 26 年 10 月 22 日

第 5 回委員会

平成 27 年 2 月 4 日

第 6 回委員会

平成 27 年 4 月 16 日

第 7 回委員会

平成 27 年 6 月 23 日

第 8 回委員会
第 133 回学術講演会
第 9 回委員会

平成 27 年 9 月 11 日
平成 27 年 9 月 25 日
平成 28 年 2 月 9 日

第 10 回委員会

平成 28 年 4 月 19 日

地球惑星科学連合会
2016 年大会
第 11 回委員会

平成 28 年 5 月 23 日
平成 28 年 7 月 8 日

第 12 回委員会

平成 28 年 10 月 20 日

第 13 回委員会

平成 28 年 12 月 22 日

物理探査学 会・深田地質研究所共 催シンポジ
ウム「物理 探査の評価と解釈の最前線」

平成 29 年 1 月 26 日

第 14 回委員会
第 15 回委員会

平成 29 年 9 月 22 日
平成 29 年 12 月 22 日

概要委員会の進め方とスケジュールについて委員事例報告，委員会のロードマップについて「統合物理探査調査研究委員会の立ち上げについて」発表
委員事例報告，WG 討議，報告
委員事例報告，WG 討議，報告「標準データ書式」セッション
平成 27 年度スケジュール，WG 討議，
報告
電子納品要領試案について，WG 討議，
報告
学術講演会セッションについて，WG 討議，報告
事例文献調査報告，WG 討議，報告「統合物理探査」セッション
委員事例報告，WG 討議，報告
報告書取りまとめについて，WG 討議，
報告「土木地質分野における統合物理探査」
発表
委員事例報告，報告書とりまとめ
共催シンポジウムについて，報告書案検
討
報告書案検討
本委員会より以下 3 件を発表
「統合物理探査と複数物理探査の事例
収集による適用傾向の分析」「物理探査法による地盤物性評価の最新動向」「S 波速度と比抵抗による土質判定の方法」
報告書案検討報告書最終取りまとめ

物理探査法の名称について
物理探査法を表す名称は，適用される分野などにより異なる場合がある．本報告書においては，原則として下表で示す名称を用いた．ただし，引用図表については原著で使用されている名称とした．
本報告書における名称
屈折法地震探査

反射法地震探査

二次元比抵抗探査

多チャンネル式表面波探査
電磁探査
電気探査
表面波探査
微動探査

該当する手法の名称・使用する場合
弾性波探査屈折法
弾性波探査
地震探査屈折法
弾性波探査反射法
地震探査反射法
反射法・反射法探査・浅層反射
高密度電気探査比抵抗映像法
比抵抗二次元探査
電気探査
高精度表面波探査
表面波探査
電磁気探査
電磁法探査
方法を区別しない場合，あるいは総称する場
合多チャンネル式表面波探査と起振器利用の表面波探査を区別しない場合，あるいは総称
する場合
微動アレイ探査と単点式の微動測定を区別しない場合，あるいは総称する場合

目

次

１．統合物理探査とは・・・・・・・・・・・・・・・・・・・鈴木浩一・三木茂・

1

1.1 建設分野における物理探査の適用と課題・・・・・・・・・・・・・・・・・

1

1.2 統合物理探査調査検討委員会発足の経緯

・・・・・・・・・・・・・・・・・

2

1.3 物理探査による地盤評価の現状・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

2

1.4 複数物理探査と統合物理探査

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

5

２．統合物理探査と地盤物性評価

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

7

・・・・・・・・・・・

7

・・・・・・・・・・・・・・・・・山下善弘・

7

2.1 物理探査結果と工学的に利用される地盤物性値の関係
2.1.1 弾性波速度と地盤物性値

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・井上敬資・ 10

2.1.2 比抵抗と地盤物性値

2.1.3 その他の物理探査結果と地盤物性値

・・・・・・・・・・・・鈴木敬一・ 16

2.1.4 室内物性値と原位置物性値の相違

・・・・・・・・・・・・・金田朋之・ 24・・・・・・・・・・金田朋之・ 27

2.1.5 物理探査結果とボーリング結果との相違
2.2 物性評価の方法

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・鈴木 浩一 ・ 29

2.2.1 岩石物理学に基づく複合解析の概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・ 29

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 31

2.2.2 岩石物理モデルの基礎

2.2.3 クロスプロット法に基づく方法

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 32

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 33

2.2.4 経験式に基づく方法

2.2.5 岩石物理モデルに基づく方法

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 33

2.2.6 弾性波速度分散性に基づく方法

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 35

2.3 物理探査による地盤物性評価の課題と展望

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 35

2.3.1 分解能の違い

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 36

2.3.2 キャリブレーション

2.3.3 物理探査結果の不確かさの評価
2.3.4 信頼性設計に対する貢献

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 37

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 38

2.3.5 資源分野での不確かさの取り扱い事例

３．統合物理探査の適用例
3.1 調査事例の分析

・・・・・・・・・・・小西千里・ 35

・・・・・・・・・・・・・・・・ 38

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 45

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・升元一彦・ 45

3.2 複数物理探査と統合物理探査の構造物毎の事例

・・・・・・・・・・・・・・ 47

3.2.1 トンネルの事例

・・・・・・・・・・・・・・・・山上順民・村田和則・ 47

3.2.2 盛土・堤防の事例

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・村田和則・ 55

3.2.3 斜面・地すべりの事例

・・・・・・・・・・・・・村田和則・升元一彦・ 60

3.2.4 資源・地下水探査の事例

・・・・・・・・・・・・佐々木勝・村田和則・ 62i3.2.5 空洞・埋設物調査の事例・・・・・・・・・・・・・・・・・佐々木勝・ 64

3.2.6 地震・防災の事例

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・津野靖士・ 64

3.2.7 地層処分の事例

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・升元一彦・ 65

3.2.8 遺跡調査の事例・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・山上順民・ 68

3.2.9 ダム基礎の事例

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・鈴木浩一・ 70

3.3 構造物のニーズに応じた統合物理探査の提案

４．統合物理探査とデータベース

・・・・・・・・・・升元一彦・ 73

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 76

4.1 標準書式・データベースと統合物理探査の関係

・・・・・・・・・・三木茂・ 76

4.1.1 統合物理探査における標準書式とデータベースの必要性 ・・・・・・・・ 76
4.1.2 物理探査学会における取り組み ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 76
4.1.3 標準書式の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 77
4.2 河川堤防探査における統合物理探査のデータベース例
4.3 データベースを利用した地盤物性評価
4.4 電子納品

・・・・・・佐々木勝・ 81

・・・・・・・・・・・・・佐々木勝・ 82

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・三木茂・ 84

4.4.1 物理探査電子納品の現状と重要性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 84
4.4.2 物理探査電子納品要領試案（物理探査学会案）の概要 ・・・・・・・・・ 85

５．統合物理探査の普及 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 90
5.1 地盤調査における統合物理探査の位置づけ・・・・・・・・・・・・・三木茂・ 90
5.2 地盤調査における物理探査活用の提案・・・・・・・・・・・・・・鈴木浩一・ 90
5.2.1 斜面防災 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 93
5.2.2 河川 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 94
5.2.3 空洞･埋設物 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 94
5.3 統合物理探査の効果の検討・・・・・・・・・・・・・・・・・・・小西千里・ 95
5.3.1 統合物理探査による地質リスクの回避 ・・・・・・・・・・・・・・・・・ 95
5.3.2 経済効果の試算 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 96
5.4 統合物理探査普及のために・・・・・・・・・・・・・・・・・・・三木茂・ 99

６．資料 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 資-1
文献調査リスト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 資-2

委員会関連発表論文 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 資-10
原稿執筆者および原稿執筆協力者 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 資-12ii

１．統合物理探査とは
1.1 建設分野における物理探査の適用と課題
建設分野，地質工学分野における物理探査における現状や問題点は，稲崎 （2001）で詳
しく分析検討されている．図 1.1.1 は，物理探査の問題点を，探査の計画から成果の報告
までのプロセスに沿って整理したものである．プロジェクトに対して，先ず，既往資料に基づき地質モデルを想定した探査計画が立案される．この段階では，ニーズや地質工学モ
デルを考慮せず，機械的に物理探査が適用されることがある．探査技術者が不在で探査手法や測線が計画されることもある．現場においては，データの品質がおろそかにされがちである．測定データを解析する段階においては，解析技術の高度化に伴い，解析がブラッ
クボックス化し，機械的に解析が実施される傾向がある．物性値モデルから地質工学モデ
ルを構築する段階では，探査技術者と地質技術者のコミュニケーションの不足が問題と なる．また，設計･施工への理解不足が，探査結果を活用できない状態を招くこともある．これらの背景には，地質調査の分業化，専門化が進行し，地質技術者と探査技術者の相互不理解が生じていることがあげられる．物理探査のブラックボックス化を助長しているとも言える．探査手法のみの標準化では問題は解決できず，物性モデルから地質工学モデルの構築を含めた対応が求められている．

図 1.1.1 物理探査のフローと問題点（三木・統合物理探査調査研究委員会, 2014）1

1.2 統合物理探査調査検討委員会発足の経緯
建設分野・地盤工学分野において物理探査結果が十分活用されていないことから，地盤工学会では，物理探査手法適用上の問題とその解決方法に関する検討を行った（物理探査
技術の地盤工学への利用に関する研究委員会, 1997）．また，日本応用地質学会では，「物理探査評価研究小委員会」を組織し，物理探査結果の地質工学解釈に関する検討を行った（日本応用地質学会, 2001）．
一方，物理探査学会では，2006 年に「河川堤防の統合物理探査適用検討委員会」を組織
し，2013 年に土木研究所との共編で「河川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」を出版した．同書では，河川堤防の安全性評価におけるニーズを基に，探査計画・
現場測定・解析・探査結果の整理・安全性評価までまとめている．単に物性値断面を得る
ことにとどまらず，地質工学モデルの構築に踏み込んでいることに特徴がある．また，複数の探査手法を適用することで，ニーズに答える方法を示している．
土木地質学，地盤工学の分野では，物理探査に対する不信感と同時に期待が大きい．物
理探査学会では，手法としての標準化に努めてきたが（標準化 検討委員会, 2008），探査結果を利用した地質モデルの構築，地盤解釈の視点が弱かったと言える．物理探査技術の普及や発展には探査技術の向上に加えて，利用技術，結果による地盤評価を含めた研究 ・討が不可欠であり，物理探査学会が主体的に進める必要がある．このような経緯のもと，「統
合物理探査調査研究委員会」は設立された．

1.3 物理探査による地盤評価の現状「河川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」では，統合物理探査として主に地震探査と電気探査を統合し，得られた弾性波速度と比抵抗から堤防の安全性を評価することを試みているが，本委員会では「統合」をもう少し広い意味で用いてい る．図1.3.1 に物理探査結果を建設分野のプロジェクト（設計･施工）に用いる上での問題 点を単純化して示す．問題点（A）は，波形記録や測定電位など物理探査で得られたデータから，
弾性波速度や比抵抗などの物性値やその分布を求める解析における精度や分解能に関するものである．問題点（B）は得られた物性値あるいはその分布から，地盤の強度定数（ c･φ）や透水係数などの設計･施工で必要となる情報を得ること，施工区分や施工方法の判断基礎となる地質工学モデルを構築することである．物性値モデルから地質工学モデルに翻訳すること，すなわち，解釈に関わる問題である．本章では以下，問題点をふたつに分けて議論する．
（A）解析に起因する問題
地震探査や電気探査など，地表における測定から地下の物性値を推定する多くの物理探
査の解には一意性がなく，単一の物理探査のデータだけから正しい地下構造を一意的に求めることは困難であることが多い．図 1.3.2 は，屈折法地震探査における簡単な一例であり，二層および三層構造とスムーズに速度が増加する構造の三つのモデルで走時曲線が完2全に一致する場合である．したがって，走時曲線から一意的に正しい速度構造を求めることは不可能である．ここで，図 1.3.3 に示すような標準貫入試験 N 値のデータがあれば，適切な解析を行うことができる．図 1.3.3(a)に示す N 値であれば二層構造，図 1.3.3(b)ではスムーズな構造で解析を行うことができる．異なるデータを「統合」することの必要性を示している．本委員会では，物理探査同士の統合に限らず，このように他の調 査結果
も含めてデータを統合することにより，物理探査結果の解析精度向上を目指している．

図 1.3.1 物理探査における解析と解釈の課題（三木・統合物理探査調査研究委員会, 2014）

図 1.3.2

屈折法地震探査における非一意性の例（Lay and Wallance, 1955）
N-Value
0 10 20 30 40 50

N-Value
0 10 20 30 40 5000

図 1.3.3

2

a

4

4

6

6
Depth (m)Depth (m)

2

8
10
12

b

8

10
12

14

14

16

16

18

18

20

20

二層構造(a)とスムーズな構造(b)を示唆する N 値の例
3

（B）解釈に起因する問題
物理探査で得られた物性値が，そのまま設計･施工に使えることは少ない．堤防調査であれば粘着力 c･内部摩擦角φや透水係数，トンネル調査では岩盤区分や一軸圧縮強度など，設計･施工に用いる諸量への変換，グループ分けをしなければならない．物理探査を建設分野に用いる上では，こちらの方がより重要な問題となる．弾性波速度や比抵抗は， c･φや透水係数と物理的に直接関係しない物性値であり，相関関係を明らかにしなければならな
い．一方，N 値や岩盤分類など建設分野で用いられている諸量には，施工対象に合わせた
簡易な指標値として経験的に決められたものが多く，物理的な意味は定かでないものが多い．この問題を解決する一つの方法は，地道にデータを蓄積し，物理探査で得られる物性
値と建設分野で用いられる諸量との関連性を統計的に整理・ 分類することである．地盤物
質の多様性やばらつきなどを考慮した作業が必要となるが，物理探査に最も求められている重要な課題である．
図 1.3.4 は海外の研究者が集めた S 波速度と液状化強度比の関係である．このデータには日本の液状化のデータも含まれているが，これは海外の研究者が来日して測定･収集したものである．物理探査学会はこのようなデータの蓄積を 近年あまり行っていない．物性値と建設分野で用いられる諸量との関連性をデータベース化していくことが重要な役割を占める．このように，物理探査結果を集めて整理し，そこから得られる統計的な関係を用いることも物理探査の「統合」である．

図 1.3.4

S 波速度と液状化強度比の関係（Andrus et al., 2004）4

1.4 複数物理探査と統合物理探査
ここでは，｢統合物理探査｣は 2 種類以上の探査法を実施し，得られた値を用いて新たに別の物性値を求める探査，｢複数物理探査｣は 2 種類以上の探査法を実施し，得られた値を用いて解釈する探査，と定義する．
「統合物理探査調査研究委員会」は，対象を河川堤防に限定していない ．建設分野の多くの対象について，物理探査の適切な適用および計画・ 実施，探査結果の評価，地質工学
モデルの構築，ニーズに即した地盤評価を目指している．プロジェクト全体における効果を検討し，物理探査が有用な調査技術として利用拡大されることを目的としている．

5

引用文献
Andrus, R. D., Stokoe, H. H., and C. H. Juang (2004) : Guide for Shear -wave-based liquefaction
potential evaluation, Earthquake Spectra, 20, 285–308.
物理探査技術の地盤工学 への利用に関する研究委 員会 （1997）：物理探査 技術の地盤工学への利用に関する研究報告書 ，地盤工学会．
物理探査学会標準化検討委員会 （2008）：新版物理探査適用の手引き，物理探査学会 ．.
土木研究所・物理探査学 会 （編）（2013）：河川堤 防 の統合物理探査 －安 全性評価 への適用の手引き－，愛智出版．
稲崎富士（2001）：地質 工学分野における物理探 査の適用・解釈を巡る諸 問題 ，日本応用地質学会平成 13 年度シンポジウム予稿集 ，61-70．
Lay, T. and Wallace, T. C. (1995) : Modern Global Seismology, Academic Press.
三木茂，統合物理探査 調査研究委員会 （2014）：統合物理探査調査研究 委員会の発足について，物理探査学会第 130 回学術講演会論文集，95-98．

日本応用地質学会（2001）：日本応用地質学会平成 13 年度シンポジウム予稿集 ．
高橋亨，物理探査書式 研究検討委員会 （2013）：物理探査データのアー カイブ化を目的とした標準書式案の検討について（その 2），物理探査学会第 129 回学術講演会論文集，213-232．

Zelt, C. A., Haines, S., Powers, M. H., Sheehan, J., Rohdewald, S., Link, C., Hayashi, K., Zhao, D.,
Zhou, H., Burton, B. L., Petersen, U. K., Bonal, D. D., Doll, W. E. (2013) : Blind test of methods
for obtaining 2-D near-surface seismic velocity models from first-arrival traveltimes, Journal ofEnvironmental and Engineering Geophysics, 18, 183–194.

6

２．統合物理探査と地盤物性評価
2.1 物理探査結果と工学的に利用される地盤物性値の関係
2.1.1 弾性波速度と地盤物性値
均質・等方な完全弾性体の弾性定数は体積弾性率（K）と剛性率（G）の 2 つであり，これらが決まれば P 波速度（V P）および S 波速度（V S ）は，密度を ρ とするとそれぞれ次式の通りに表すことができる．

VP 
VS 

4
K G
3



G

(2.1)

(2.2)



実際の地盤は不均質媒質であり，弾性定数や密度が異なる複数の媒質がさまざまな結合状態で存在している．さらには間隙や間隙流体の存在も弾性波速度に影響を及ぼすため，同種の地質や土質であっても異なる速度を示すことも多い．図 2.1.1 は弾性波速度が変化する要因と変化の傾向を模式的に示したものである（Takahashi, 2000）．通常，得られる弾性波速度にはこれら複数の要因が同時に表れる．このため不均質媒質の弾性波速度を理論的に得ることは容易ではない．不均質媒質における弾性波速度のばらつきは，例えば岩石では，多様 な間隙率 ， 微細構造お よび二次 的 鉱物の存在 などに起 因 する（ゲガ ーンほか ,2008）．土質では，P 波速度は大きさが不規則に分布する構成粒子や間隙水の体積弾性率，
S 波速度は粒子の大きさや形状およびそのしまり具合に支配される（今井ほか , 1975）．このように，物理探査結果で得られる地盤の弾性波速 度は，複合物質としての弾性応答の一つの表現として示される．
弾性波速度は，岩盤や土質地盤の評価，とりわけ一軸圧縮強度や N 値のような強度特性との関係が密接であることから（図 2.1.2；今井ほか, 1975: 大久保・寺崎, 1971），これらの基礎的評価へ有効に利用されている．弾性波速度の応用について，これまでも数多く工学的分野への応用研究や事例が蓄積されており，種々の岩盤や土質 地盤の速度測定事例が地盤物性評価へフィードバックされている（例えば，物理探査学会 , 1990）．工学分野での利用例として，土木地質調査の分野においてトンネル事前地質調査やダムの基礎地質調査などで屈折法地震探査により求められる P 波速度の値が地山分類に利用される（例えば，
日本応用地質学会, 1984）．切り取り斜面の評価では掘削性の判定や法面勾配の検討（日本道路協会, 1999）などに用いられる．土質地盤においては，S 波速度は N 値などの土質工7学で用いられる工学的物性値と強い相関があることが認められており，土質地盤の評価においては重要な物性値となっている．地震工学の分野では耐震設計における地盤の振動特性を表す卓越周期の算定に用いられる．地震動予測および耐震設計を目的とした地震動応
答計算では，S 波速度が重要な要素となる．また，弾性波速度は地盤の飽和度の変化とも密接に関係する性質を利用し，CO2 地中貯留におけるモニタリング評価（Saito et al., 2006）
や，メタンハイドレートの飽和率に関する評価（稲盛ほか, 2010）などにも用いられている．

図 2.1.1 弾性波速度が変化する要因と変化傾向の模式図 （Takahashi, 2000）

図 2.1.2

N 値と S 波速度との関係（今井ほか, 1975）
8最近の研究動向として，岩盤や土質地盤をモデル化して理論的な考察を行う手法である
岩石物理学の考え方を用いて，弾性波速度から地盤物性値を解釈する研究が進んでいる．
岩石物理学は，複合物質としての不均質媒質の物性を合理的に説明する手法である．例えば，図 2.1.3 は砂泥比の異なる岩石と堆積物の間隙率と P 波のデータに対し，間隙率ごとに理論的に想定される P 波速度の上限値と下限値を示したものである（ Avseth et al., 2010）．
間隙率が大きく懸濁状態にある堆積物の P 波速度は概ね下限値となることがわかる．また粘土含有率が小さいほど P 波速度が大きくなる傾向も確認できる．図 2.1.4 は同程度の間隙率であっても粒子のセメンテーションの違いによって弾性定数が大きく異なることを示したものである（Avseth et al., 2009）．図 2.1.5 は大きさと弾性定数が異なる大小二つの粒子の配置に変化する間隙率と弾性定数を表した二粒子岩石モデルの模式図である（ Dvorkin
and Gutierrez, 2001）．このモデルを用いて，例えば高橋・田中（ 2009）は，日本国内の堆積性軟岩を対象として，深度依存性を含む粘土含有率と間隙率の違いによる弾性波速度の変化を定量的に評価できることを示した．これらの理論的なアプローチとは別に，これまで蓄積された弾性波速度と地盤物性に関する知見をデータベース化し，弾性波速度の利用を高度化する研究も行われている．林ほか（2010）は，トンネル地質調査で実施された屈折法地震探査で得られた弾性波速度と，地山分類や過去の施工実績などを比較検討できる
データベースを構築した．また高橋・稲崎（2010）は，国土交通省が運営する国土地盤情報検索サイト“KuniJiban”の拡充を目的に，国土交通省がこれまでダ ムやトンネル建設等に伴って実施してきた調査で行った岩石試験データを収集している．このように理論的なアプローチとともに多くの事例が体系的に収集され容易に入手が可能になることにより，
地盤物性解釈のための弾性波速度利用の高度化が期待される．

図 2.1.3 砂泥比の異なる堆積岩と堆積物の間隙率と P 波速度の関係(Avseth et al., 2010)9図 2.1.4 粒子のセメンテーションの違いによる間隙率と弾性定数の関係（Avseth et al.,2009）

図 2.1.5 大小二つの粒子の配置により変化する間隙率を表した二粒子岩石モデルの模式図（Dvorkin and Gutierrez, 2001）

2.1.2 比抵抗と地盤物性値
比抵抗とは電気的特性を示す値で，地盤材料の電気の流れにくさを示す値である．電気の流れ易さを示す電気伝導度(S/m)の逆数であり，単位は Ω・m である．地盤の比抵抗は，地盤材料の細粒分含有率・間隙率・飽和度・間隙水の比抵抗・温度などによって値が変わる（表 2.1.1）ことから，地質区分や地盤状態の評価に利用されている（図 2.1.6）．同じ
比抵抗でも複数の地質区分が該当することから定性的な評価がなされることが多い．しかし，同じ地質でも比抵抗が広範囲に広がることから，間隙率や飽和度といった地盤の状態を表していることが期待される．物理探査で得られた比抵抗の値を用いて地盤状態を評価するためには，あらかじめ比抵抗と地盤物性値との関係を把握しておく必要があり，室内試験によって多くの経験式が提案されている．間隙率の大きい岩石に対してはアーチーの式が有名であり，岩石の比抵抗 ρ R について次式が提案されている（Archie,1942）．

10R  a  

m

S

n

 w

(2.3)

ここで，a，m，n は岩石の性質に依存する定数であり， φ は間隙率，S は水飽和度，ρ w
は間隙水の比抵抗である．これより，岩石の比抵抗は，間隙率の m 乗，水飽和度の n 乗に反比例し，間隙水の比抵抗に比例することが分かる．以下に比抵抗とさまざまな地盤物性との関係をまとめる．
表 2.1.1

岩石・土質の状態と比抵抗の関係（物理探査学会, 2008）

図 2.1.6 岩石と比抵抗の関係（物理探査学会, 1998）11

① 比抵抗と粘土（細粒分）含有量
図 2.1.7 に示すように岩石に粘土鉱物が含まれると比抵抗が低下することが知られている（例えば，高倉, 2009）．また，粘土鉱物の種類により，その低下する比抵抗の程度も変わり，粘土鉱物の陽イオン交換容量（CEC）の大きさと深く関連する．岩石や土質の区分は含まれる鉱物や細粒分量によって決まるため，物理探査で得られた比抵抗から地質区分等が行われている．
② 比抵抗と水飽和度
アーチーの式から岩石の比抵抗は水飽和度の n 乗に反比例することが分かり，図 2.1.8に示すように水飽和度が増加すると比抵抗が低下することが知られている（例えば，朴ほか, 1999）．間隙率に飽和度を乗じたものが体積含水率であることから，比抵抗値から工学的に利用される体積含水率を推定することができる．土木分野では水に関する問題が多く，地下水や水みちの調査への利用が期待されている．

図 2.1.7

比抵抗と粘土含有量（高倉, 2009)

図 2.1.8

比抵抗と水飽和度（朴ほか, 1999）12

③ 比抵抗と間隙率
地盤材料の間隙率が増加すると，地盤材料以外の割合が相対的に高くなり，それらの影
響が大きくなる．図 2.1.9 に示すように水飽和した試料の場合は，間隙率が 大きくなると比抵抗値は下がることが知られている（例えば，朴ほか , 1999）．また，飽和度が 1 の時，地層比抵抗係数 F が次式で定義される．

F 

R
W

 a 

m(2.4)

地層比抵抗係数は間隙率の関数であり，岩石の間隙の大きさや形状を反映している．
④ 比抵抗と間隙水
図 2.1.10 に示すように間隙水の比抵抗によって地盤材料の比抵抗が変わることが知られている．地盤に含まれる細粒分が少ない場合，間隙水の比抵抗増加と共に地盤の比抵抗は線形的に増加する．しかし細粒分が多くなると，線形関係から外れ，間隙水の比抵抗増加による地盤の比抵抗変化は小さくなり，一定に近づく（例えば，朴・松井, 1998）．これ
は細粒分（粘土鉱物）の増加によりイオン濃度の高い電気二重層が発達し， 電気伝導度が大きくなるからと考えられている（例えば，千葉・熊田, 1994）．粘土鉱物の影響を考慮した式として次式が提案されている（Katsube and Hume, 1983）.
1

R



1
F w



1

c

ここで，1/ρ c は粘土鉱物の電気二重層による電気伝導を表す．

図 2.1.9

水飽和した試料の間隙率と比抵抗（高倉, 2000）
13

(2.5)

図 2.1.10

間隙水の比抵抗と岩石の比抵抗（高倉, 2000）⑤ 比抵抗と温度
岩石・土質試料は，温度の影響を受けることが知られている （図 2.1.11）．これは地盤の比抵抗が間隙水の比抵抗の影響を大きく受けることによるためである．水の比抵抗の温度特性についてはいくつかの実験式が提案されており（図 2.1.12）温度増加とともに電気電導度が増加，すなわち比抵抗が低下する．したがって，温度増加とともに比抵抗が増加する金属材料と異なり，地盤の場合は温度増加とともに比抵抗は低下する．この関係は 地
熱開発や地中熱開発での利用や，気温変化による地表温度の変化の評価などで利用されている．
⑥ 比抵抗と透水係数
岩盤中を流れる水は電流と同様に割れ目等の間隙を流れると考えられることから，図2.1.13 に示すように比抵抗から透水係数（図中の透水量係数は，透水係数に層厚をかけた値）を推定することが試みられている（例えば，Katsube and Hume, 1987）．また，図 2.1.14に示すように河川堤防の透水係数を簡易に推定する方法も行われており，堤体材料の粒度や間隙率と透水係数の関係を利用し，比抵抗から粒径を推定し，透水係数を推 定することも行われている（例えば，岡崎ほか, 2014）．

14図 2.1.11

図 2.1.12

岩石の温度と比抵抗の関係（横山他, 1983）

間隙水の電気伝導度の温度度特性（高倉, 1995）

15図 2.1.13

岩盤における透水量係数と地層比抵抗係数の比（Katsube and Hume, 1987）

図 2.1.14

透水係数と開削面の見掛比抵抗（岡崎ほか, 2014）

2.1.3 その他の物理探査結果と地盤物性値
ここでは地中レーダや電磁探査に関わる比誘電率と導電率，重力探査に関わる密度，磁気探査に関わる帯磁率とキュリー温度，リモートセンシングに関わる赤外線スペクトルについて説明する．
① 物理探査に利用する電磁波
地中レーダと電磁探査について説明する前に電磁波について説明する．電磁波は電場と磁場の変化によって形成される波動である．波動には周波数（あるいは振動数）があり，1秒間に振動した回数をいう．図 2.1.15 に電磁波の波長 λ (m)と周波数（振動数）f(Hz)の関
16

係を示す．空気中の電磁波の伝搬速度を C とすると C＝f・λ の関係がある．空気中の電磁波の伝搬速度は C =2.998×10 8 (m/s)であることが知られている．C は定数であるから，波長λ が大きくなると周波数 f は小さくなり，λが大きくなると f は小さくなる．電磁波のう
ち低い方の周波数を「電波」という．電波法第二条第一項によれば“「電波」とは，三百万メガヘルツ以下の周波数の電磁波をいう”（原文ママ，総務省 HP：http://www.tele.soumu．
go.jp/horei/reiki_honbun/72001000001.html, 2017/11/2）．これより高い周波数は遠赤外線から可視光，放射線（ガンマ線）となる．地中レーダは電波のうち極超短波 （UHF）帯以下の電磁波を利用する．UHF 帯より高い周波数を利用した物理探査はリモートセンシング である．従って，地中レーダと電磁探査は「UHF 帯以下の電波を利用する探査」，リモートセンシングは「UHF 帯より高い周波数の電磁波を利用する探査」ということができる．紫外線より高い周波数はレントゲンで用いられる X 線，それより高いものをガンマ線という．
放射能探査では主にガンマ線を測定する．

図 2.1.15

電磁波の波長と周波数（振動数）（一般財団法人高度情報科学技術研究機構 HP
原 子 力 百 科 事 典 ： http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?
Title_Key=18-04-03-02, 2017/12/25）

17② 導電率と比誘電率
導電率は比抵抗の逆数として定義される．詳 細は 2.1.2 で説明した通りである．
比誘電率は，真空の誘電率 ε 0（ =8.854×10 -12 F/m）に対する比のことである．誘電率とは，電場中に置かれた物質の分極を生じる割合を表す．地中を構成する物質のうち，空気の比
誘電率は真空とほぼ同じであるから 1 である（厳密には 1 より大きいが有効数字 6 桁程度の精密な測定をしないと違いが出ないほどの大きさである）．鉱物粒子は 4～7 程度である．
これに比べて水は 81 と非常に大きい値を示す．よく知られているように，水分子は酸素原子の片側に水素原子が 2 個，偏って結合している．イオンの状態では水素が正，酸素が負であるから，水分子全体は水素側が正，酸素側が負となる分極を呈する．これが電場中に置かれると，水分子の分極によって個々の水分子の方向が揃う．そのため全体として大きな誘電率の値を示す．地中の構成物質としては，水の比誘電率が大きな値を示すことから，
比誘電率から土壌の体積含水率を測定するために利用されている （Topp et al., 1980）．
比誘電率 ε r は地中レーダ探査においては電磁波伝搬速度と関係している．媒質の電磁波
速度を v とすれば，

v

C

r

(2.6)

とあらわすことができる．
表 2.1.2 には岩石，土壌と主な物質の導電率と比誘電率の値を示す．同じ土壌でも，間隙の大きい粘土などでは自然の状態でも水を多く含むことから比誘電率の値は大きい．砂質の場合は，間隙が少ないため，湿潤状態でも比誘電率はあまり大きな値を示さない．乾燥状態では，水が鉱物粒子から離れるため比誘電率の値は小さくなる．
導電率が大きくなると電磁波の減衰が大きくなる，表 2.1.2 に海水の値を示したが，これは 4S/m と極めて高い値を示す．海水中の電磁波は，ほとんど伝搬しないのはこれが理由である．そのため河口付近や海岸付近では地盤中に海水 が浸入していると，地中レーダ探査が行えない場合もある．
導電率と誘電率は，電磁波の伝搬に関わる重要なパラメータである．導電率と誘電率は，複素数表示をすると一度にあらわすことができる．電磁探査では低い周波数 （0Hz 近くから数 10kHz）の電波を用いるため導電率が支配的になり，地中レーダ（10 数 MHz～数 GHz）
では高い周波数を用いるため比誘電率が支配的となる．式(2.6)は周波数が十分高く，導電率もあまり高くない場合の近似式である．泥炭のように導電率の高い媒質の場合，式 (2.6)
が適用できない場合もあるため注意が必要である．

18

表 2.1.2

岩石，土壌及び物質の導電率と比誘電率（物理探査学会, 2005）③ 密度
岩石の密度は，重力探査から推定することができる．弾性波速度などから求めることもできるが，その場合は別の情報を用いる必要がある．
重力探査からは，地下の密度構造を得ることができる．土壌や岩石の密度 を図 2.1.16に示す．乾燥した土壌は空気を多く含むため密度が小さく，湿潤すると密度は増加する．
岩石については堆積岩よりも火山岩の方が，密度が大きい傾向にある．石英を多く含む流紋岩よりも，有色鉱物の多い玄武岩の方が密度は高い．岩石の密度は，岩石中の割れ目や風化の度合いによって密度が大きく異なるため，物理探査データの解釈には，それらを考慮して解釈する必要がある．
19

図 2.1.16

岩石の密度（物理探査学会, 1998）④ 帯磁率とキュリー温度
帯磁率は磁気探査の結果から得ることができる，帯磁率は磁化率とも呼ばれる．誘電率と同様に外部磁場によって生じる磁気分極の度合いのことである．一般的に鉄・コバルト・
ニッケルなどの強磁性体を含む物質の帯磁率は大きい値を示す．岩石と帯磁率の関係 を図
2.1.17 に示す．堆積岩に比べて火成岩の帯磁率は大きく，火成岩でも有色鉱物が多い，あるいは深成岩ほど大きい傾向にある．
帯磁率と関わりの深い物理量としてキュリー温度がある．キュリー温度は強磁性体が磁性を失い，常磁性体に転移する温度である（図 2.1.18）．磁気探査の結果からは，キュリ
ー温度の深度分布も推定することができる．キュリー温度の地下での分布がわかれば，地下の熱分布（これを熱構造という）が把握できるため，地熱の貯留層の推定などに用いることができる．

20

図 2.1.17

図 2.1.18

岩石の帯磁率（物理探査学会, 1998）(a) 岩石のキュリー温度（小嶋・小嶋, 1972）． (b) チタノマグネタイトのキ
ュリー点（Nishitani and Kono, 1983）21

⑤ 赤外線スペクトル
衛星を使って行う物理探査にリモートセンシングがある．その手法のひとつに地表から放射される赤外線のスペクトル（波長による反射強度の違い，分光反射率）を利用して，地表の物質を推定することができる．例えば，土壌についていえば関東ロームと黒ボクでは色が異なる．同じ砂でも乾いたものと湿ったのでは，前者の方が明るく見える．肉眼でもある程度推定できるが，赤外線の領域の分光反射率についてセンサを用いて測定することである程度地表物質の推定が可能となる．可視光に近い近赤外線のスペクトルを，物質ごとに図 2.1.19 に示す．例えば石灰岩では全ての波長に対して反射率が高いが，特定の粘土鉱物があると，特定の波長の反射が弱くなる（吸収される）．これを利用して，同じ石灰岩でも風化したところと新鮮なところを区分することができる．
リモートセンシングでは広帯域の波長成分を測定できるので，可視光より波長の長い遠赤外線も利用することができる．図 2.1.20 に遠赤外反射スペクトルを示す．これを参照す
ると花崗岩のような酸性岩では短い波長の吸収が多く，蛇紋岩のような超塩基性岩では長い波長の吸収が大きい．

図 2.1.19

岩石・鉱物の近赤外反射スペクトル（浦井・山口, 1988）

22図 2.1.20

図 2.1.21

岩石・鉱物の遠赤外反射スペクトル（物理探査学会, 1998）

岩 石 の 種 類 と 線 量 率 （ 地 上 1m に お け る 換 算 値 ）（ Minato, 2002 ）（http://www1.s3.starcat.ne.jp/reslnote/fudou.html , 2017/12/25）⑥ 放射線
放射線を用いた物理探査に放射能探査がある．地下には自然のウランが存在し，これが放射性崩壊をすると，ラドンという別の元素に変化する．これが地下の断層などを伝わって地表に現れることがある．断層を横切るように放射能探査を行い，ラドン起源のガンマ23線を測定することにより断層の位置を推定することができる．
物理探査で放射線や放射能と岩石の種類などを研究した事例は多くない．近年，岩石の種類と空気吸収線量率(nGy/h)との関係を研究した事例が報告され，将来的に放射能探査で岩石の種類なども区分できる可能性がある．

2.1.4 室内物性値と原位置物性値の相違
ここでは主に，異なる手法で得られた物性値（室内物性値と原位置物性値）を設計値として用いる場合の注意点について整理する．
一般的な土木・建築分野の設計においては，表 2.1.3 に示す調査・試験が目的に応じて行われ，つぎの物性値が設計用の地盤定数として用いられることが多い．
・単位体積重量・粘着力
・せん断抵抗角・変形係数
・透水係数
これらの地盤定数は，物理探査や物理検層，原位置試験，および室内試験から求めることができるが，設計値として評価する場合には，つぎの点を考慮することが望まれる．
表 2.1.3

土木・建設分野の各種事業と調査手法の組み合わせ（全国地質調査業協会連合,
2013）

24

① 対象となるひずみ領域
ひ ず み と は ，「 物体 に 外 力 を 作 用 さ せ た と き の 物 体 に 生 じ る 変 形 量 と 初 期 状 態 と の 比」
（物理探査学会, 2005）のことであり，耐震設計をはじめ地震時の地盤問題を扱う際には，ひずみレベルに応じた物性値の変化が着眼点となる．
従って，地盤定数を求める場合は，対象とする地盤の問題に応じてひずみ領域が異なることに注意が必要となる（図 2.1.22）．また，調査・試験手法によってもひずみ領域は異なるので（図 2.1.23），対象となる問題に応じた調査・試験手法を選定することが重要となる．

図 2.1.22

動的問題で対象とするひずみレベルの範囲（地盤工学会, 1999）

図 2.1.23

地盤のひずみレベルと土の性質および試験法 （地盤工学会, 2009）25

② 寸法（サイズ，スケール）効果
寸法効果とは，「対象とする物質・物体の大きさ（寸法）により，強度を初めとする様々の物性が変化すること」であり，ほとんどの物質において見られる現象である（大久保ほか, 1996）．
例えば，室内試験で得られる物性値は，比較的小さな試験片（供試体）に関するものであるが，大きな岩盤内構造物の設計の際は，寸法（サイズ）による物性の変化を考慮して，室内試験で求めた物性値を勘案・調整することが必要になってくる．
③ 堆積年代・堆積環境による影響
堆積年代による影響は，土砂・軟岩と硬岩で異なる傾向を示す．軟岩の室内試験試 料は，応力解放により拘束圧が除荷されることで地盤の強度よりも小さい値が得られることが予想される．
また，堆積環境による影響としては，海水成と淡水成の違いによって一軸圧縮強度が異なる事例が報告されている（亀井, 1997）．この原因としては，淡水成試料のほうがより速く圧密が進行することが考えられ，土の強度・変形特性に堆積環境が影響していることを示している．
④ 試験結果のばらつきや誤差に関する評価
地盤定数の評価におけるプロセスと誤差要因については，例 えば図 2.1.24 が示されており（正垣･日下部, 1987），設計値を決定するまでには様々な要因が存在している（亀井 ,1997）．なお，2.3 では「不確かさを含む物理探査結果の評価」についてもまとめている．

図 2.1.24

地盤定数評価におけるプロセスと誤差要因（正垣・日下部, 1987 に加筆）

26

2.1.5 物理探査結果とボーリング結果との相違
物理探査は，土木地質調査において概略調査として利用され，ボーリング調査のような点での成果を補完する目的で実施される場合が多い．一方，ボーリング調査は，土木・建設分野で最も実施されている地質調査である．また，ボーリング孔を利用した原位置試験・検層やサンプリング及び室内試験を合わせて行うことで，各種構造物の目的に応じた地盤情報が獲得され，設計・施工に反映されている．物理探査結果とボーリング結果を比較する際には，最初に，それぞれの特徴を十分把握しておく必要がある．
物理探査は，地質や土質の物理量を測定して間接的に地盤性状を解析する調査技術であり，例えば，表 2.1.4 に示す物理探査法が土木・建設分野で利用されている．ボーリング
は，実際に地盤を掘削する調査なので地下の情報を直接的に入手することができる．
物理探査法や調査目的によって，対象とする深度や必要とされる分解能が異なるので，
ボーリング結果と比較する場合，それぞれの探査法の測定・解釈限界を理解した上で評価することが重要である．
ここでは，土木分野でよく利用されている屈折法地震探査結果とボーリング結果の比較
事例について紹介する．

表 2.1.4

物理探査の対応深さと探査効率（全国地質調査業協会連合会, 2007）27

①屈折法地震探査結果が示す精度と分解能
図 2.1.25 は屈折法地震探査測線上でボーリング調査を行った事例を示している．断面a)は，ボーリングが 3 本の場合（ボーリング間隔 50m）で，ボーリング結果による基盤面を点線で示し，弾性波探査による基盤面を赤実線で示した．一方，断面 b)はボーリングを
11 本行った場合（ボーリング間隔 10m）で，屈折法地震探査結果による基盤線は同様に赤実線で示している．
屈折法地震探査は受振点間隔 5～10m で行われるので，ボーリング 3 本の断面図 a)と比
較するとより空間分解能が高く基盤面位置が解析される．仮に，同一断面内に密な間隔で11 本のボーリングが行われている場合（断面 b），基盤面の形状はより細かく表現される．
この際，図 2.1.25 に示すようにボーリング結果から得られた基盤岩形状が屈折法地震探査
結果と一致しない箇所が存在することがある．
この場合，屈折法地震探査で得られた断面図が間違っているということではなく，屈折法地震探査の解析精度の「限界を超えたことはわからない」（不確実性が大きくなる）ということを理解しておく必要がある．屈折法地震探査は，解析の過程において探査に用いた弾性波の波長と比較して，著しく小さい起伏に対してはこれを平均化した断面図が描かれる．屈折法地震探査結果とボーリング結果が一致しない箇所が生じる原因の一つとして，
上記のように屈折法地震探査の解析精度を越えた箇所はその部分が平均化された構造として表されている状況があげられる．
② 探査結果およびボーリング結果が示す尺度
図 2.1.26 は，屈折法地震探査で解析された速度断面図と岩盤状況の概念図およびボー
リング位置（A 孔，B 孔）を示している．岩盤状況図は説明をしやすくするため，ボーリ
ング位置のほかに，速度層 V p ＝0.6km/s，1.2km/s，および 1.8km/s の上面を赤点線で示した．
速度層 V p ＝0.6～1.2km/s の風化部に注目すると，屈折法地震探査結果は深度方向に徐々に（一様に）速度が増加する傾向を示している．一方，ボーリング結果は， A 孔は土砂状
コア，B 孔は短柱状コア主体であり，A 孔と B 孔で異なる岩盤状況を示している．
この場合，どちらが「正しい・間違っている」ということではなく，調査の尺度が異なることを理解されたい．ボーリング調査は点の調査であるため，極端に地質性状が変化する
場合，局所的な影響を受けやすい傾向がある．一方，屈折法地震探査は面的な調査なので，探査区間の平均的な岩盤状態を表現していると考えられる．
このように，物理探査結果とボーリング結果を比較する場合，それぞれの特徴を十分理解しておくことで，有効な地盤情報を得ることができる．物理探査結果 は，地盤の物理量から間接的に地盤性状を表現したものであるので，探査精度や分解能を把握した上で，ボーリング結果が示す地質特性（風化の程度や地下水状態等）も考慮して評価されたい．

28

図 2.1.25

屈折法地震探査とボーリング結果の比較例（吉田, 2010）

図 2.1.26

屈折法地震探査結果の速度分布と岩盤状況の概念図

2.2 物性評価の方法
2.2.1 岩石物理学に基づく複合解析の概要
近年，物理探査結果の解釈技術として着目されている岩石物理学（ Mavko et al., 1998）
は，物理探査で得られる岩盤の弾性波速度や比抵抗などマクロな特性と間隙率や透水性といった工学的な特性との相互関係を，岩石粒子レベルのミクロなモデルに基づき理論的に説明する研究分野である．海外の石油や天然ガス鉱床の探査分野では，貯留層となる泥質砂岩を対象としたモデルに関する研究が精力的に行われている（Avseth et al., 2005）．図
2.2.1 に岩石物理学に基づく複合解析の基礎概念を示す．複合解析を行うためには，物理探査で得られる物性値（主として弾性波速度と比抵抗）と工学的に重要な力学強度や水理特性など他の物性値との相関性を示す物理モデルが必要不可欠である．現状では一部の岩種を扱うモデルしか構築されていないため，検層や岩石試料で得られた物理探査で得られる物性値と地質工学的物性値がそろったデータを収集･整理して，モデル化の研究を進める必要がある．これらを扱うデータベースとして｢ロックフィジックスデジタルライブラリ｣
29

（高橋ほか, 2008）が整備されている．
複合解析は 3 種類に大別され，それぞれ一長一短を持つ（図 2.2.2）．クロスプロット法
は，例えば間隙率を横軸，弾性波速度を縦軸にとって得られる線形関数あるいは累乗関数の回帰式を用いる手法である．現地より採取した岩石試料の物理試験データおよび物理検層による計測データ量が十分あり，その地点に適用を限定すれば，同法でもおおよその精度で解析を行うことができる．経験式に基づく方法はクロスプロット法より汎用性は高く数多く提案されているが，経験式を導出した岩種や地質条件を超えて利用することは難し
い．岩石物理学に基づく手法が最も信頼性はあるが，その理論を構築するには様々な岩石
試料に基づく膨大な実験データが必要となる．現状では一部の岩種に対するモデル化しか行われていない．
表 2.2.1（鈴木, 2014）に国内において複合解析が試みられた適用例に対し，調査目的，根拠となる理論，評価したい岩盤物性，対象岩種により整理した一覧を示す．

解 析 技 術 (A)

2次 元 ･3次 元
解析技術

物理探査法
・弾性波探査・電 気 ･電 磁 探 査・ 重 力 ･磁 気
etc.

解析断面
・弾 性 波 速 度
・電 気 比 抵 抗

解 釈 技 術 (B)

地盤物性値の相関性の解明・未固結地盤・多孔質地盤・割れ目系岩盤図 2.2.1

地盤物性値断面・間隙率・飽和度・粘土含有率地 質 構 造 の評 価
(定 性 的 )水理特性･力学強度特性の評価・地層処分場・ダム基礎岩盤
・山岳トンネル・大規模地下空洞
・地すべり斜面

地質工学モデルの 構 築 (定 量 的 )

・透水係数
・力学強度

岩石物理学に基づく複合解析の概念（鈴木, 2014）

室内 コア試 験

物理 検 層実験 データ比 抵 抗 ， Vp ， Vs ， 間 隙 率 ，含水 率 ，透 水 係数 など
岩石 物 理学 変 換式
①クロスプロット②経験 式③岩石 物 理モデル
物理 特 性の空 間 分布
1)水 理特 性2)力 学強 度 特性

物理 探 査結 果
1)比 抵抗 断 面
2)弾 性波 速 度断 面

図 2.2.2

物理探査における解析と解釈の問題（鈴木, 2014）30

表 2.2.1
著 者 (年 )複数の物理探査法を併用した地盤物性評価に関する論文リスト（鈴木, 2014）
件名

対象岩種

鈴 木 ほか， 電 気 探 査 法 ・IP 法 ・マイクロ重 力 探 査 法 による石 炭 灰 埋 立
2001
地 盤 の物 理 特 性 の評 価 について土 壌 （盛土）

窪 田 ほか，
2012
楠 見 ほか，
2006
楠 見 ほか，
2009
鈴 木 ほか，
2002

物 理 探 査 法 による地 中 送 電 線 周 辺 の固 有 熱 抵 抗 の評 価
土 壌 （未 固（その 5）－地 中 送 電 線 埋 設 地 点 への適 用 －結堆積物）
比 抵 抗 ･弾 性 波 速 度 の変 換 解 析 によるトンネル建 設 時 の岩
硬質岩盤
盤評価法
比 抵 抗 ･弾 性 波 併 用 探 査 による老 朽 化 法 面 の工 学 的 評 価
硬質岩盤法
風 化 花 崗 岩 表 層 の緩 みと斜 面 内 部 への降 雨 の浸 透 －物 理 風 化 花 崗
探 査 と実 測 データを用 いた検 討 －岩
電 気 比 抵 抗 －弾 性 波 速 度 モデルによる地 盤 工 学 的 特 性 の 火 山 岩 （地羽 竜 ，2001
評価
すべり地 ）羽 竜 ほか， 電 気 比 抵 抗 －弾 性 波 速 度 モデルによる変 形 係 数 及 び透 水
花崗岩
2003
係 数 の地 下 空 間 分 布 の推 定
ロックフィジックスをベースにした物 理 探 査 データの解 釈 技
高 橋 ほか，
堆積性軟術 に関 する研 究 －岩 石 物 性 データの収 集 と予 備 的 な岩 石
2008
岩 ，花 崗 岩
モデル解 析 －小 西 ほか，堆積性軟
堆 積 性 軟 岩 地 域 の Rock Physics model2007
岩
高 橋 ほか， ロックフィジックスをベースにした浅 層 物 理 探 査 データの解2009
釈 技 術 に関 する研 究 －堆 積 性 軟 岩 の岩 石 物 理 モデル－

堆積性軟岩

探 査 データ

評 価 したい物 性

比 抵 抗 , IP, 含 水 率 , 間 隙 率 ,密度
力学強度
比 抵 抗 , Vs 熱 抵 抗理論
実 験 式 （間 隙 率 ,or
含 水 率 －一 軸 圧 縮
強度）
実 験 式 （電 気 比 抵 抗－熱 抵 抗 , D 50 －Vs）

比 抵 抗 , Vp 含 水 率 , 間 隙 率
比 抵 抗 , Vp 含 水 率 , 間 隙 率

アーチーの式 ＋ウィリーの式比 抵 抗 , Vp 含 水 率 , 間 隙 率
比 抵 抗 , Vp 含 水 率 ，間 隙 率

Gassman-Biot model＋Buggeman-Hanai
変形係数, 透水係
model
比 抵 抗 , Vp
数
Friable Sand Model ,間隙率, 粘土含有
Vp, VsKuster-Toksoz モデ
率
ル
Vp

間隙率

Vp, Vs間隙率, 粘土含有率

Friable Sand Model

二 粒 子 岩 石 モデル
ロックフィジックスをベースにした物 理 探 査 データの解 釈 技
高 橋 ほか，
堆積性軟
間隙率, 粘土含有術 に関 する研 究 （その 2）－堆 積 性 軟 岩 の岩 石 モデル解 析
比 抵 抗 , Vs
2010
岩
率 →Ed, Es－
Takahashi An attempt at soil profiling on a river embankment using 盛 土 （河 川
比 抵 抗 ＋Vs 土 質 区 分
Friable Sand Modelet al., 2010 geophysical data
堤防）
安 藤 ほか， 二 粒 子 モデルを用 いた弾 性 波 速 度 と電 気 伝 導 度 の組 合 せ 堆 積 性 軟
比 抵 抗 , Vp, 間 隙 率 , 粘 土 含 有
2010
解釈
岩
(密 度 )
率, 地下水比 抵抗
下 山 ほか， ロックフィジクスを用 いた S 波 速 度 と比 抵 抗 の複 合 解 析 手 法 堆 積 性 軟
比 抵 抗 , Vs, 間 隙 率 , 粘 土 含 有
二 粒 子 岩 石 モデル
2012
の検 討
岩
(密 度 )
率, 地下水比 抵抗
鈴 木 ほか， 沿 岸 域 堆 積 軟 岩 地 点 での物 理 探 査 データの複 合 解 析 －堆積性軟
比 抵 抗 , Vs, 間 隙 率 , 粘 土 含 有
2012
微 動 アレイ探 査 および電 磁 探 査 結 果 への適 用 －岩(密 度 )
率, 地下水比 抵抗
西 山 ほか， 間 隙 流 体 の 挙 動 と 縦 波 弾 性 波 の 分 散 特 性 の 関 係 に 関 す 堆 積 岩 , 花 P 波 速 度 分
間隙率, 透水係数
2013
る研究
崗岩
散性
Squirt flow + Biot 理
論佐 々木 ，
P 波速度分
音 響 トモグラフィによるダム基 礎 の透 水 性 の推 定
硬質頁岩
間隙率, 透水係数
1999
散性2.2.2 岩石物理モデルの基礎
岩石の比抵抗モデルとして，アーチーの式（Archie, 1942）が 1940 年代より貯留岩における電気検層の解釈に使われてきた．弾性波速度モデルとして，岩石を構成する鉱物粒子，
間隙中の地下水および空気の混合体とし，各相を波動が伝播に要する時間の平均式としてウィリーの式（Wyllie, 1956）が提案された．これらは比較的簡易な経験式であり，比抵抗と弾性波速度から間隙率や含水率を算出し易い利点はあるが，適用可能な地質条件が限られることが知られている．
近年の岩石物理学に基づく手法の代表例として，堆積岩の P 波速度に関係する物性値を扱った｢二粒子岩石モデル｣（Dvorkin et al., 2002）がある．これは，図 2.2.3 に示すように岩石を大小二種類の球状粒子の集合体として表している．大粒子を砂粒子，小粒子を粘土粒子とみなしており，砂粒子のみでパッキングされた場合の間隙率を φ ss ，粘土粒子のみ
でパッキングされた場合の間隙率を φ sh としている．このモデルでは，粘土含有率の増加に伴い間隙率が一旦減少し，その後増加する様子を，砂粒子の間を粘土粒子が埋めていく
頁岩質砂岩（図中の a～c）と砂粒子が粘土粒子に取り囲まれた砂質頁岩（図中の c～e）の
2 通りの状態に分けて考えている．P 波速度は，同モデルに基づき間隙率および粘土含有率から算出できることを示している．
31

図 2.2.3

二粒子岩石モデルの概念（Dvorkin et al., 2002）

2.2.3 クロスプロット法に基づく方法
石炭灰埋め立て地の力学強度を評価することを目的に，電気探査，電気探査 IP 法，重力探査を組み合わせて複合解析を行った事例がある（鈴木ほか, 2001）．石炭灰の未燃分（炭素）の含有量により充電率が大きく異なる特性，および石炭火力発電所の燃焼炉と石炭の産地で区別して作成した供試体による物理試験や一軸圧縮強度試験結果から導かれた各種
物性間の相関性を示す実験式に基づき，力学強度の分布が算出されている（ 図 2.2.4）．また，都市部における地中送電線を埋設する未固結地盤の熱抵抗を評価することを目的に，
比抵抗と S 波速度を組み合わせて熱抵抗の分布を求めた事例もある（窪田ほか , 2012）．土
質ごとに供試体より求めた比抵抗と熱抵抗，および土質 （50%粒径）と S 波速度との相関性を示す実験式に基づき熱抵抗が算出可能であることを示している．しかし，これらの実験式の精度には問題があり，今後の室内試験データの蓄積と物理モデルの構築が望まれる．

図 2.2.4

クロスプロット法による複合解析例（石炭灰埋め立て地での適用事例）（鈴木ほか, 2001）32

2.2.4 経験式に基づく方法
国内では最初に，比抵抗と弾性波速度（P 波）を組み合わせて，比較的簡易に扱えるアーチーの式とウィリーの式に基づき，間隙率と含水率の分布を算出する試みがなされた（楠見ほか, 2006; 2009; 鈴木ほか, 2002）（図 2.2.5）．これらはトンネル掘削予定ルートや滑動斜面などにおいて，複合解析で得られた間隙率と含水率の分布から数値的指標に基づき岩盤等級を区分し，設計･施工に役立つ情報を提供することを目的としている．しかし，アーチーの式は淡水条件（Katsube et al., 1983），ウィリーの式は未固結堆積物や軟岩では適用が難しいため（南雲, 1957），本手法は海水域の比較的硬質な岩盤に限定される．
さらに一般的な適用性 を考慮し，弾性波速度 に関するモデルにガス マン-ビオの理論 式（Gassmann, 1951; Biot, 1956），比抵抗に関するモデルに Bruggeman-Hanai の理論式（Bussian,1983）に基づく複合解析が試みられている．花崗岩地点においては，岩石試料・物理検層・孔内透水試験データにより求められた比抵抗および弾性波速度と間隙率あるいは透水係数との関係式に基づき，電気探査と弾性波探査結果を組み合わせて間隙率や透水係数の分布が算出されている（羽竜, 2001; 羽竜ほか, 2003）．

2.2.5 岩石物理モデルに基づく方法
粒子間の膠着度の小さいモデルとして提案されている Friable Sand Model（Dvorkin, 1996）
を用いた計算値と，海外 2 地区と国内の泥質岩地点で行われた検層データによる測定値とを対比した研究例がある（小西ほか, 2007）．これら 3 地区のデータは地域も深度も異なるにもかかわらず，同じモデルで説明できることが示されている．また，花崗岩を対象に亀裂がランダムに分布する岩石を想定し，亀裂の形状を示すアスペクト比を考慮した
Kuster-Toksoz モデル（Kuster et al., 1974）を用いることにより，弾性波速度と間隙率の関係が説明できることを示した例もある（高橋ほか, 2008）．
国内の堆積性軟岩地点で得られた PS 検層データを用いて，拘束圧依存性を考慮できる
二粒子岩石モデルに基づき，間隙率と粘土含有率が精度良く予測できることを示している（高橋ほか, 2009）．また，変形係数（静的ヤング率)も算出できる可能を示している（高橋ほか, 2010）．
同じく二粒子岩石モデルに基づき，P 波速度あるいは S 波速度と比抵抗を組み合わせて，
地 下 水 の 電 気 伝 導 度 の 分 布 を 予 測 す る 研 究 も 行 わ れ て い る （ 安 藤 ほ か , 2009; 下 山 ほ か ,2012）．
浅部地盤への適用例としては，表面波探査や微動アレイ探査により得られる S 波速度構造と電気探査により得られる比抵抗構造を組み合わせたものであり．Friable Sand Model に
基 づ き ， 河 川 堤 防 の 土 質 区 分 を 定 量 的 に 評 価 す る 試 み で あ る （ Takahashi and Yamamoto,2010; 図 2.2.6）．また，沿岸域堆積性軟岩地点での塩淡境界を評価することを目的に，S波速度と比抵抗を組み合わせて，地下水の電気伝導度分布を算出する試みも行われている（鈴木ほか, 2012）．ただし，国内に分布する様々な堆積性軟 岩に対し二粒子岩石モデルが適用できる岩種は限られると考えられ，今後は一般的な岩種に対するモデル化の研究が重
要である．

33

＊ 調 査 地点 ：吹 付 け 斜面（ 和 歌 山県 国 道 42 号 線 ）＊ 地 質 ：（ 硬 質岩 盤 ）
泥 岩 ， 砂岩 泥 岩互 層， 砂 岩，礫 岩（ 四 万 十帯 田 辺層 群 ）P 波速度断面

間隙率断面

比抵抗断面
比抵抗断面
解析に用いた変換パラメータ

飽和度断面

図 2.2.5

岩種
地層係数 F の係数 a
間隙率 φ の指数 m
飽 和 度 Sr の 指 数 n
岩石実質部の弾性波速度
間隙水の弾性波速度
空気の弾性波速度
岩石実質部の比抵抗
間隙水の比抵抗
伝導性粒子の比抵抗

泥岩
0.1
1.2
0.8
6000
1500
330
10000
50
3000

経験式による複合解析例（硬質岩盤地点での適用事例）（楠見ほか, 2006）↑ S 波速度断面
未固結砂モデルFriable sand model (Dvorkin et al., 2002)↑比抵抗断面

S 波速度－比抵抗相関に基づく土質分類

図 2.2.6↑推定土質断面岩石物理モデルによる複合解析例（未固結地盤での適用事例）（Takahashi andYamamoto, 2010）34

2.2.6 弾性波速度分散性に基づく方法
複 数 の 物 理 探 査 法 を 組 み 合 わ せ ず 単 独 の 手 法 と し て ， Squirt flow 理 論 と ビ オ 理 論（Dvorkin et al., 1993; 西山ほか, 2013）に基づき，弾性波速度の分散性を利用して透水係数の分布を算出する音響トモグラフィが開発されている．圧電素子と疑似ランダム波を利用した振源により，通常の弾性波探査より１桁以上高い周波数を測定できるため，減衰率の測定と高分解能な探査を可能としている．地盤調査だけでなく高齢樹木の内部診断や鉄鋼材内の潜在亀裂の診断調査など他分野での実績も多い．一方，海外の堆積岩地点では透水係数分布を求めた事例は何件かある（Yamamoto et al., 1994; 1995）．国内での適用例はまだ少ないようであるが（佐々木, 1999），堆積岩地点の坑道内壁面より掘削された水平ボー
リングを利用して音響トモグラフィを実施し，壁面周辺のゆるみ域を可視化した事例はある（図 2.2.7；Suzuki et al., 2004）．

図 2.2.7

音響トモグラフィ法による P 波速度･減衰率･間隙率･透水係数の断面図（Suzuki
et al., 2004）

2.3 物理探査による地盤物性評価の課題と展望
物理探査結果から地盤物性を評価するにあたっては，物理探査の手法毎の分解能の違い，
解析方法に起因する分解能の違い，キャリブレーションにおける不均質の大きさの取り扱
い，といった「空間スケール」に起因する問題と，探査結果の不確かさと地盤本来のバラツキの取り扱い，信頼性設計に対する貢献といった「不確かさ」 にかかわる事項が考慮すべき項目としてあげられる．それらに関する現状の課題や今後の展望について以下に述べる．

2.3.1 分解能の違い
物理探査によって得られる地盤物性分布の分解能は，適用する探査手法によって異なる．
また，たとえ同じ探査手法を用いた場合でも，測定方法が異なれば分解能も異なる．さら35

に，逆解析の中で設定する地盤モデルによっても最終的な物性断面のセルサイズが異なってくる．したがって，複数の探査手法を用いる統合物理探査では，分解能が異なる複数の物性断面図をどのように取り扱うべきか，という課題がある．たとえば，ある探査では高密度でデータ取得し高分解能な物性断面が得られたにも関わらず，もう一方の探査ではデータ密度が疎なデータ取得しかできなかった場合を考えてみる．この場合，空間的な分解能は犠牲にして信頼性の高いデータだけを利用するという考え方もあるが，複数の物性間の相関関係や理論的な関係を用いて物性値を内挿する方法や，地 球統計学的な手法によって空間的に補間することで高分解能なデータを有効活用する方法が考えられる．このような考え方が今後は重要になってくる．

2.3.2 キャリブレーション
物理探査で得られる物性値は，測定結果から逆解析によって推定した値である．周知のとおり，逆解析によって得られる解は唯一解ではないため，正しい物性値を得るためには，
なんらかのキャリブレーションが必要となる．キャリブレーションデータとしては，ボーリング調査による柱状図・室内試験・原位置試験・検層結果等が用いられることが多いが，河川堤防調査においては，開削調査の結果を利用できる場合もある．このような，いわゆ
る Ground Truth データを利用することは正しい物性値を得るために必要であるうえ，取得
したデータの信頼性を向上させるためにも非常に重要である．しかしながら，キャリブレーションにも注意が必要である．すなわち，物理探査と室内試験では対象とする空間的なスケール（分解能）が異なるため，非常に不均質な地盤の場合には，室内試験で得られる10cm 程度の範囲の物性値と，物理探査で得られる数 m 程度の範囲の物性値が大きく異なる場合があるためである．たとえば，図 2.3.1（左）のように非常に不均質な物性分布を

図 2.3.1

室内試験と物理探査で評価する空間的なスケールの違い

36

考えた場合，ボーリングや室内試験では各セルの値を測定できるが，物理探査ではこれらを平均化した図 2.3.1（右）のような値が測定されていると考えることができる．この場
合，室内試験結果と物理探査結果を比較すると，ある場所では両者は整合しているが，別の場所では全く異なる値を示すことになる．この図はやや誇張した表現ではあるが，実際には類似したことが起こっていると思われる．両者の違いを意識し，同様なスケールでの比較ができることが望ましいが，そのためには，アップスケールやダウンスケールといった処理についての研究が今後さらに必要になると思われる．

2.3.3 物理探査結果の不確かさの評価
測定データの S/N，ノイズ状況，逆解析の非一意性，地盤の物性値と測定データの対応の非一意性といったさまざまな要因により，物理探査の結果には必ず不確かさが含まれる．
そのため，物理探査結果を利用する側である発注者や物理探査以外の技術者には，“不確かな（不審な）結果”として捉えられることがある．物理探査は役に立たない，という不信感を生まないためには，その不確かさを数値化して定量的に示すことが重要である．その際，単純に探査結果のばらつきを示すのではなく，探査結果の不確かさが本来の調査目的に対しどの程度の影響があるかを示すことが重要である．例えば地下水シミュレーションの場
合，地下水水頭の予測結果に対し，地盤モデルの元となる物理探査結果の感度を求めておくことで，予測に必要な探査結果の精度がわかり，さらに用いた結果の妥当性も示せるはずである．これは，実際の調査の目的に必要な不均質の大きさを知ることにもなり，2.3.2
で述べたキャリブレーションの問題とも関連する．
複雑な地盤解析を行う場合には，モンテカルロ法，Sequential Simulation といった方法で物理探査結果から予測される複数の入力地盤モデルを作成して，複数の解析結果から信 頼
幅等の評価を行うことも不確かさを含む物理探査結果の有効な利用法のひとつである．
比抵抗は土質とよい相関を示すことが知られているが，土質を粘土，砂，砂礫といったグループに区分しグループ毎の比抵抗の頻度分布をみると，多くの部分でオーバーラップ
していることがわかる（島ほか，1995）．これは，比抵抗という連続値に対し土質の区分数が少なすぎるせいもあるが，比抵抗を変化させる要素が他に多くあることが主たる原因である．一般には，物理探査によって得られる測定値から一意的に他の物性を予測することはできない．このことは，物理探査データが不確かさを含んでいるということに他ならな
い．このように不確かさを含む物理探査データがもつ情報は，たとえば信頼性行列とベイズの定理を用いて示すことができる（Caers, 2011）．信頼性行列（表 2.3.1）は事前のシミュレーションによって得られ，これにベイズの定理を用いることで機械学習の分類における混同行列（Confusion Matrix）（表 2.3.2）が得られる．表 2.3.2 の混同行列は探査結果から土質を推定した例で，砂と判定したものの 75%は正しく判定されており，粘土と判定したものは 81%正しく判定されたということを示している．このようにして，不確かさを含む結果から判定された土質判定の信頼度を数値的に表すこともできる．

37

表 2.3.1

表 2.3.2

探査結果の信頼性（信頼性行列）（Caers, 2011）

物理探査データがもつ情報（混同行列）（Caers, 2011）

2.3.4 信頼性設計に対する貢献
本城（2015）において「地盤工学における信頼性設計法に関する研究の展望と課題」がまとめられているが，信頼性設計において考慮すべき要素として次の 5 点が挙げられている．
① 地盤パラメータの空間的バラツキのモデル化② 空間的バラツキが構造物性能に与える影響評価③ 地盤パラメータの統計的推定誤差④ 地盤パラメータの変換誤差⑤ 設計法のモデル化誤差
上記の要素のうち，①と③は，少ないボーリング調査で得られる地盤パラメータを空間的に展開する方法，あるいはその空間分布推定にかかわる誤差評価のことと考えられるが，
もともとボーリングと比べるとはるかに空間的に広がりをもつデータを取得できるのが物理探査の利点であり，物理探査データを活用することによって，これらに関わる課題の解決に貢献できるはずである．②については，実務においてどの程度のバラツキを把握することが必要か，ということを意味している．扱う問題によっては，室内試験レベルの小さなスケールの不均質が重要な場合もあれば，場合によっては物理探査で扱うような比較的大きなスケールの不均質がわかれば十分な場合もあるため，ここでも物理探査による貢献が期待できる．④については，N 値と変形係数の関係が例として挙げられているが，物理探査で得られるパラメータから地盤工学に必要なパラメータに変換する場合でも同様の議論があると思われる．
このように，物理探査結果を活用することで，信頼性設計における課題の解決に貢献できると考えられる．

2.3.5 資源分野での不確かさの取り扱い事例
資源探査分野では，以前から不確かさを含めた解析結果が示されている．例えば，Mukerji
et al．
（2001）は，地震波探査のインバージョンによって得られた音響・弾性インピーダン
ス結果から岩相を判定する際，それぞれの岩相の存在確率として表 し，図 2.3.2 のように
38

80%以上の確率で石油を含む砂岩の分布位置を示している．また Grana and Rossa（2010）
や Grana et al.（2012）は地震波探査のインバージョンに地球統計学的な手法やベイズ統計，
さらに岩石物理のモデルを組み込んで地下の岩相分布や間隙率分布を得ている（ 図 2.3.3）．
一般的な地震探査の逆解析では，地震探査結果から地震波属性を逆解析によって求めた後，その地震波属性を他の貯留層特性へと変換するが，彼らの手法は逆方向からの解析である．
つまり，地球統計学によって貯留層特性分布（貯留層モデル）を得て，それを岩石物理モ
デルによって地震波特性へと変換し，地震波形を計算する．計算された地震波形と観測波
形が一致するまで貯留層モデルの修正をする逆解析を行う．この場合，不確かさは結果に
直接的に表れるわけではないが，最終的に得られた結果は，不確かさを考慮した最適結果ということになる．このような逆解析の方法は，土木分野でも積極的に取り入れていくべきである．

図 2.3.2

不確かさを含んだ探査結果の表示例（石油を含む砂岩がある確率が 80%以上の部
分を赤く表示）（Mukerji et al., 2001）

図 2.3.3

不確かさを含んだ探査結果の表示例（石油を含む砂岩がある確率が 80%以上の部
分を赤く表示）（Grana et al., 2012）
39

引用文献
安藤

誠 ･東

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44

３．統合物理探査の適用例
3.1 調査事例の分析
本章では，建設分野の調査対象別に，統合物理探査および複数物理探査を実施した調査
事例の収集を行い，その結果を基に統合物理探査や複数物理探査の適用性や課題等についての検討を行った．調査対象とする構造物は，以下の 14 項目とした．
1)

トンネル

2)

盛土・堤防

3)

斜面・地すべり4)

資源・地下水探査

5)

空洞・埋設物

6)

地震・防災

7)

地層処分

8)

遺跡

9)

ダム基礎

10) 環境調査
11) 橋梁基礎
12) 鉄道構造物
13) 原子力基礎
14) その他
複数探査，統合探査の調査事例として，既存の発表文献，発表を元に事例収集を行った．
公開のし易さから学会等での発表事例を対象とすることとして，土木学会年次学術講演会，
物探学会誌掲載論文，日本応用地質学会研究発表会，地盤工学会研究発表会，全地連「技術フォーラム」の 5 つを対象とし，2000 年以降の発表事例を調査対象とした．この結果，収集した事例は合計 160 件であり，そのうち統合物理探査は 30 件であった．収集した事例
集を，巻末に一覧表としてまとめる．今回収集した事例について，調査対象別に分類したグラフを図 3.1.1 に示す．事例の多い調査対象は，多い順にトンネル 18%，盛土・堤防 16%，
斜面・地すべり 11%，資源・地下水 9%，空洞・埋設物 9%となった．調査対象別の統合物
理探査の件数を表 3.1.1 に示す．事例が 10 件以上のものでは，盛土・堤防，地層処分，斜面・地すべりを対象とした事例が多く，トンネルや空洞・埋設物では件数に比べ統合物理探査の事例は少ないという結果であった．これらの中で比較的事例の多か った，トンネル，
盛土・堤防，斜面・地すべり，資源・地下水探査，空洞・埋設物，地震・防災地下水，地層処分，遺跡，ダム基礎に関して，構造物毎に調査実績の分析を行った．その内容を以下45

にまとめる．

原子力基礎
1%
鉄道構造物
1%

橋梁基礎
1%

トンネル
盛土・堤防

その他
11%

環境調査
2%

トンネル
18%

斜面・地すべり
資源・地下水探査

ダム基礎
4%

空洞・埋設物
遺跡
4%

地震・防災

盛土・堤防
16%

地層処分
6%

地層処分
遺跡
ダム基礎

地震・防災
7%

環境調査
斜面・地すべり11%

空洞・埋設物
9%

鉄道構造物
橋梁基礎

資源・地下水
探査
9%

原子力基礎
その他

図 3.1.1

2 種類以上の物理探査が適用された事例の調査対象別割合

表 3.1.1
対象
トンネル
盛土・堤防
斜面・地すべり
資源・地下水探査
空洞・埋設物
地震・防災
地層処分
遺跡
ダム基礎
環境調査
橋梁基礎
鉄道構造物
原子力基礎
その他
合計

調査対象別の統合物理探査の割合
事例数
29
25
17
15
14
12
10
6
6
3
2
2
1
18
160

46

統合物理探
査事例数
3
8
4
4
2
0
3
0
1
2
0
0
0
3
30

統合物理探査の割合(%)
10
32
24
27
14
0
30
0
17
67
0
0
0
17
19

3.2 複数物理探査と統合物理探査の構造物毎の事例
3.2.1 トンネルの事例(1) トンネルにおける物理探査
トンネルは，地下深部に位置する線状構造物であることを特徴とする．このため，地山条件調査として，下記の特徴が指摘されている．
① 地上の条件や地下深部に位置するなどの制約により直接的な情報が得にくい② 線状構造物であるため掘削対象区間を含む広範囲な地域を調査対象とする必要がある③ 日本の特性として，地質構造が複雑で構成岩石が変化に富む
このため，十分な調査成果が得られないまま，設計，施工が行われる場合や，十分な調査 を 実 施 し た つ もり で も 必 ず し も 全 長 にわ た っ て 満 足 で き る 精度 で 必 要 な 各 種 条 件 を把握できていない場合があり，結果的に計画の大幅な変更や工事費の増大，工期の延伸等，
不測の事態を招く場合が少なくなかった． このような調査の不足，不備による問題発生を未然に防ぎ，安全に予定通りの工事を進めるために，計画的かつ効率的に必要な基礎資料を得るように調査が実施される．
トンネルの地山条件調査は，計画から維持管理までの各段階で実施され る（図 3.2.1）．
また，各段階で適用される探査法を表 3.2.1 に示す．
路線選定時には，概査により，工区区分，掘削方法と掘削方式，工期・ 工費等を大きく左右する地山条件の全体的な把握を行う．物理探査法としては，リモートセンシング，弾
屈折法地震探査，二次元比抵抗探査が実施されることが多い．この段階で併用される調査法としては，地形調査や地表踏査が挙げられる．

47

48

表 3.2.1

対象構造物・事業進捗段階に応じた探査・調査 法（災害科学研究所 トンネル調査研究会, 2009）図 3.2.1

地山条件の調査の流れと調査手法および取得情報（土木学会, 1996）

49

設計や施工計画時には，支保工の設計の基礎的資料を得るため，詳細な地質構造や地山
区分，地山の物性等について，精査が必要となる．この段階で，設計に関与する地山性状を整理する．物理探査法としては，屈折法地震探査，二次元比抵抗探査の他，ボーリング
調査との組み合わせで弾性波トモグラフィ，比抵抗トモグラフィが実施されることが多い．
施工延長が長い，または土被りが大きいなどの理由で，この段階の調査では地山性状の十分な把握が困難な場合には，施工中の調査へと継続する．
施工段階では，施工前の調査結果に基づき，想定される地山の問題点や不明な点に対応した調査項目を整理した上で実施する．物理探査としては，坑内からの切羽前方探査が実施されることが多い．施工中に発生した問題点に対してもその解決を図るために必要に応じて迅速に追加調査を計画・実施する．
(2) トンネルにおける物理探査適用に関する文献調査結果
トンネルにおける統合および複数物理探査の事例は合わせて 28 件であった．そのうち，
約 3 割が P 波速度と比抵抗の組合せであった．P 波速度や比抵抗は地山分類や破砕帯の分布の把握に有効であることが要因と考えられる．P 波速度を求める方法としては，屈折法
地震探査が多く，比抵抗を求める手法としては二次元比抵抗探査 ，電磁探査の順で多かった．
トンネルにおける統合物理探査は 2 件のみであった．トンネルにおいて複数物理探査は多く実施されているにも関わらず，統合物理探査の適用に関する研究は進んでいないことが分かった．
以下にこの 2 例の概要を示す．
a) 弾性波・比抵抗を用いた統合探査事例
トンネルにおける弾性波・比抵抗複合探査としては，主に 2 つの方法が適用されている．
1 つ目は，松井（1995），松井ほか（1995）に示された岩盤の比抵抗と P 波速度がそれぞれ間隙率と一義的な関係にあることを用いて，比抵抗から換算弾性波速度を求め，これに基づき地山分類を行う方法である（図 3.2.2）．2 つ目は，中村（2003）に示された方法で，種々の岩石における比抵抗と間隙率，飽和度の関係を室内試験で把握し，現地で得られた
P 波速度と比抵抗の測定結果を換算して求めた間隙率と飽和度によって地山分類や湧水箇所の評価を行う方法である（図 3.2.3）．
2000～2006 年まで複数の発表が認められたが，2006～2015 年までの文献調査結果では，中村（2003）の変換解析をシステム化し現場検証を実施した楠見（2006）と，このシステ
ム化された方法を現場適用（検証は未実施）した大久保ほか（2010）の合計 2 件が認められた（式(3.1)，式(3.2)，図 3.2.4，表 3.2.2，図 3.2.5）．

50

図 3.2.2

図 3.2.3比抵抗と P 波速度の定量的評価による地盤分類フローチャート（松井, 1995）

比抵抗と P 波速度による地盤構造評価システムのフロー（中村ほか, 2003）51

1 1      S r   1  S r 



Vp
Vm
Vf
Va

（3.1）

ここに，V p ：岩盤の弾性波速度，V m ：供試体の弾性波速度，V f ：空隙水の弾性波速度，V a ：空隙空気の弾性波速度， φ ：空隙率，S r ：飽和度．

  m  Sr B    n
ここに，ρ：比抵抗値，m，n，B：地質の違いによる係数

図 3.2.4

飽和度と比抵抗の相関関係（大久保ほか, 2010）

表 3.2.2

測定パラメータ（大久保ほか, 2010）

52

（3.2）

図 3.2.5

地山の空隙率分布と体積含水率分布の予測解析結果 （大久保ほか, 2010）b) 削孔データ・P 波速度を用いた統合探査事例
切羽前方探査の 1 つとして，削孔検層が多くの山岳トンネルで活用されている．削孔検層では，削孔中の機械データを用いて，削孔に必要なエネルギーなどの定量的な物性値を求め，地山評価に適用されてきた．ここで得られるエネルギーなどの物性値は，削孔条件の影響を受けるため，硬軟の指標にはなるものの，直接的な地山物性値を把握することが出来なかった．宮嶋ほか（2014）は，削孔検層によって削孔した孔を利用して地山の P 波
速度を直接的に測定できるシステムを開発した（図 3.2.6）．本システムでは，削孔検層で53求めた破壊エネルギー係数と弾性波速度の相関性を事前に把握後，削孔検層で求めた破壊エネルギーを弾性波速度に読み換えた予測弾性波速度で地山を評価する．砂岩．頁岩が複雑に分布するトンネルにおいて適用し，補助工法の要否の判定が可能であることが報告された（図 3.2.7）．

図 3.2.6

削孔データによるトンネル切羽前方の地山等級予測技術 （宮嶋ほか, 2014）

図 3.2.7

到達側の坑口部における適用事例（宮嶋ほか, 2014）54

3.2.2 盛土・堤防の事例
盛土・堤防における統合および複数物理探査の事例は合わせて 20 件の調査事例があった．そのうち 6 割の調査が S 波速度と比抵抗を求める組み合わせであった．S 波速度は N
値と相関が高く，強度をよく反映していること，比抵抗は細粒分含有 率と相関が高く，土質構成をよく反映していることから，S 波速度を求める物理探査法が多く利用されていると考えられる．S 波速度を求める方法としては多チャンネル式表面波探査が多く，比抵抗を求める方法としては電気探査（二次元比抵抗探査・牽引式電気探査），電磁探査の順で多かった．多チャンネル式表面波探査と電気探査の組み合わせで行われた調査は全体のおよそ半数を占めている．
今回集めた統合物理探査の事例の中で最も多かったのが堤防の事例である．堤防における統合物理探査は，2013 年に河川堤防の統合物理探査（土木研究所・物理探査学会（編）,2013）が出版され，多くの河川堤防で実施されてきている．表面波探査と牽引式電気探査
により S 波速度と比抵抗を求め，両者のクロスプロット 図（図 3.2.8）を作成し，S 波速度，比抵抗にそれぞれ閾値を設定して 4 象限に区分することで安全性の評価を行うものである．
最新の研究では，クロスプロット評価のように 4 象限に区分して評価するのではなく，
岩石物理モデルを用いることで連続的な地盤物性値を算出し，安全性の評価を行う方法が提案されている．
小西ほか（2015）では S 波速度と比抵抗から粘土含有率と間隙率を推定し，これらの地盤物性から，ある危険度を定義し，危険度を連続値として評価している．同論文では，岩石物理モデルを用いることで，図 3.2.9 に示すような S 波速度および比抵抗と粘土含有率，間隙率の関係を表す理論的なクロスプット作成している．この図に実際に得られたデータをプロットすることで，その時の粘土含有率および間隙率を得ることができる．図 3.2.10
は実データを適用して得られた土質分布および緩みの指標を表している．
さらに，粘土含有率と間隙率から計算される危険度（ 式(3.3)）を定義することで，連続的な危険度評価を提案している（小西ほか, 2015）．

図 3.2.8

S 波速度と比抵抗のクロスプロットの定性的解釈（稲崎ほか, 2013）55

図 3.2.9S 波速度および比抵抗値と粘土含有率の理論的なクロスプロット図（左）， S 波
速 度 お よ び 比 抵 抗 値 と 間 隙 率 の 理 論 的 な ク ロ ス プ ロ ッ ト 図 （ 右 ）（ 小 西 ほ か ,2015）

図 3.2.10

実データを用いて得られた土質分布（上）および緩みの指標（下）（小西ほか,
2015）

さらに，粘土含有率と間隙率から計算される危険度（ 式(3.3)）を定義することで，連続的な危険度評価を提案している（小西ほか, 2015）．
Vulnerability = { ( 1 – C ) 2 × φ }×a（3.3）

C：粘土含有率， φ ：推定間隙率，a：定数
図 3.2.11 の上段は 4 象限に分類する評価方法を示し，下段は岩石物理モデルを用いた連側的な危険度評価を示している．
また，高橋ほか（2015）は，比抵抗と S 波速度を組み合わせて透水係数のプロファイルを算出する手法を提案している．同論文では，まず弾性波速度と間隙率の関係を表すため
56

にロックフィジックス分野で示されている未固結砂モデル（Avseth et al., 2005）を用いている．これは，図 3.2.12 で示すように，硬い砂粒子と柔らかい粘土粒子から構成さ れるものとし，粘土粒子の含有率を変化させる，あるいは間隙率を変化させることにより，異なる力学特性をもつ土壌を表している．次に，比抵抗は土の基質部と間隙水の両方を導電体と考える並列回路モデルの一つとして，Glover et al.の式（2000）を使用している．これより，S 波速度と間隙率ならびに比抵抗と間隙率の関係は，粘土含有率を一つの制御パラメータとして表しているので，この両モデルを組み合わせて S 波速度と比抵抗の関係式を得ることができる．
また，高橋ほか（2015）は，比抵抗と S 波速度を組み合わせて透水係数のプロファイルを算出する手法を提案している．同論文では，まず弾性波速度と間隙率の関係を表すためにロックフィジックス分野で示されている未固結砂モデル（Avseth et al., 2005）を用いている．これは，図 3.2.12 で示すように，硬い砂粒子と柔らかい粘土粒子から構成されるものとし，粘土粒子の含有率を変化させる，あるいは間隙率を変化させることにより，異なる力学特性をもつ土壌を表している．次に，比抵抗は土の基質部と間隙水の両方を導電体と考える並列回路モデルの一つとして，Glover et al.の式（2000）を使用している．これより，S 波速度と間隙率ならびに比抵抗と間隙率の関係は，粘土含有率を一つの制御パラメータとして表しているので，この両モデルを組み合わせて S 波速度と比抵抗の関係式を得ることができる．

図 3.2.11

4 象限に分類する離散値による危険度評価（上）と岩石物理モデルを用いた連側的な危険度評価（下）（小西ほか, 2015）57

実際に，河川堤防の不飽和土を想定して設定したパラメータ（表 3.2.3）を用いて，河川堤防調査でよく利用される S 波速度と比抵抗の間隙率との関係を計算し，それらを組み合わせて求めた S 波速度と比抵抗の関係を図 3.2.13 として示している．さらに，S 波速度と比抵抗により推定される間隙率と粒径から， Kozeny-Carman の式（Dvolkin et al., 2002）
を利用して透水係数のプロファイルを推定するフロー（図 3.2.14）を提案している．本フ
ローに基づき，物理探査法により得られる S 波速度と比抵抗の断面図から，粒径を推定し，透水係数のプロファイルを推定した結果を図 3.2.15，図 3.2.16 として示している．さらに，これらの結果は，堤防開削断面で採取した土質試料の室内試験による透水係数と一桁以内の精度で整合していることを示している．
この例のように，適切な物理モデルが与えられれば，複数の物理探査データから透水係数という工学的な物性値のプロファイルを推定することが可能となり，統合物理探査の活用が期待できる．

砂
粘図 3.2.12

表 3.2.3

土

未固結砂モデル（Avseth et al., 2005）

計算に使用した物理特性（高橋ほか, 2015）58図 3.2.13

S 波速度と間隙率の関係(a)と比抵抗と間隙率の関係(b)より求められる S 波速度と比抵抗の関係(c)（高橋ほか, 2015）

複数の物理探査データ

物理モデルの構築

間隙率

粒径

Kozeny-Carman の式

透水係数プロファイル

図 3.2.14

物理モデルに基づく複数の物理探査データによる透水係数プロファイルの推定フロー（高橋ほか, 2015）

59

(a)
(Ω m)
1000
342

(b)

117
40

(m)

S波屈折法解析結果：断面1

10

14
190

(c)
5
標

高

00

-5

5

10

5

10

20
15
Distance (m)

25

30

25

30

190.00
S波速度 170170.00150
150.00130130.00190.00110110.00170.00
90
90.00
70.00
70
150.0050.00
50130.0030.00
30
110.00
10.00
10

(d)
0

15
距

離

20

(m/sec)90.00(m/sec)
70.00
50.00
30.00
10.00

(m/sec)(m)

程

縮尺＝1/200

0
30

5

10

15

20

25

Soil Type

図 3.2.15

S 波速度断面(b)と比抵抗断面(c)より推定した堤体の土壌プロファイル(d)．堤
体断面のスケッチ(a)（高橋ほか, 2015）

図 3.2.16

S 波速度と比抵抗より求めた間隙率と粒子サイズに基づき算出された 透水係数
プロファイル（高橋ほか, 2015）

3.2.3 斜面・地すべりの事例
斜面・地すべりにおける統合および複数探査の事例は合わせて 14 件の調査事例があった．
そのうち，P 波速度と比抵抗を求める組み合わせが約 8 割を占めた．P 波速度から風化層
やすべり面の深度等の地質境界を，比抵抗から地下水位を推定し，地すべりの評価，対策を行っている．P 波速度は屈折法地震探査および屈折法トモグラフィにより求め，比抵抗は二次元比抵抗探査により求める方法が多く見られた．
統合物理探査の事例は 4 件であり，山本・楠見（2009）や楠見ほか（2009）によると，
ウィリーの式とアーチーの式を用いて，弾性波速度および比抵抗から逆解析（最適化手法）
により間隙率，飽和度を求める方法を提案している（図 3.2.17）．これにより得られる飽60

和度分布から地下水の存在を予測している．鈴木ほか（ 2002）では，同様にウィリーの式とアーチーの式を用いて間隙率，飽和度を求め，これから間隙率×飽和度として体積含水率 を 推 定 し て い る （ 図 3.2.18 ）． こ れ ら の 結 果 を 別 途 実 施 し た TDR （ Time Domain
Reflectometry）や簡易貫入試験の結果と比較した結果，両者は整合しており，その要因としては降雨による乾湿の繰り返しと斜面掘削時の応力開放による法面表層部の割れ目の増加によるものと推定している．
また，統合物理探査ではないものの，複数の物理探査結果に自己組織化マップ（Self-Organizing Maps; SOM）を適用することで複合的評価を行う試みがなされている（大藤ほか, 2011，増満ほか, 2014，増満ほか, 2016）．これは学習ニューラルネットワークの一種の手法で，増満ほか（2014）は，斜面での P 波速度分布，S 波速度分布，比抵抗分布を，
k-means 法により 5 つのクラスにクラスタリングを行っている（図 3.2.19）．各クラスが有する岩盤性状が推定でき，探査結果の複合的な評価手法として適用可能であることを示している．

P 波速度と比抵抗値に基づく間隙率，飽和度の評価例 （山本・楠見，2009）

(a)

(b)

Velocity
(m/s)

65
60
55
50
45
40
35
30
25

15

10

Hight (m)Height
(m)

2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400

Saturation
(%)

15

10

5

5

0

0

5

10

15

20

0

25

0

Distance (m)

5

10

15

20

25

Distance (m)(d)
Porosity
(%)

20
18
16
14
12
10
8
6
4

15

10

5

Hight (m)(m)
Height

35
30
25
20
15
10
5

Water
content
(%)

15

10

Depth
Height(m)
(m)

(c)

5

0

0

0

5

10

15

20

0

25

5

10

15

20

25

Distance (m)Distance (m)図 3.2.18

Hight (m)Height(m)

図 3.2.17

斜面の物理特性の解析断面図．(a)P 波速度断面，(b)水分飽和度断面，(c)間隙率断面，(d)含水率断面（鈴木ほか，2002）
61

図 3.2.19

探査結果の k-means 法によりクラス分類結果（増満ほか, 2014）

3.2.4 資源・地下水探査の事例(1) 資源探査における物理探査
資源探査における統合および複数探査の事例は合わせて 6 件の調査事例があった．探査の組合せは，すべての事例において異なり，同一の組合せは認められなかった．探査の目的と探査法の関係は，メタンハイドレートの調査では反射法地震探査，地熱開 発の調査では，電磁探査が多く用いられているなど，目的により探査法を選択していることが窺える．
資源探査による統合物理探査の事例は 2 件であり，多田ほか（2000）は，メタンハイド
レート含有量と弾性波速度との関係を求めるための基礎実験として，ケロシンと水の乳化液を用いた実験より得た P 波速度と S 波速度から，ビオ理論を用いて骨格粒子体積弾性率と孔隙率の関係を求めている（図 3.2.20）．
(2) 地下水調査における物理探査
地下水調査における複数探査の事例は，合わせて 7 件であった．組み合わせとしては，
電気探査と表面波探査，電気探査と 1m 深地温探査，電気探査と放射能探査がそれぞれ 3割を占めている．一般に地層中に水が存在すると比抵抗が低下すると 考えられていることから，全ての事例において，電気探査が利用されている．
電気探査と表面波探査の組み合わせの例として，鬼武（2009）では多チャンネル式表面波探査により岩盤層の上面を推定し（図 3.2.21），二次元比抵抗探査により，地下水流動層を推定している．高水位時と低水位時の二次元比抵抗探査結果を比較し，低水位時に高比抵抗値であった部分が，高水位時に低比抵抗に変化した箇所を地下水流動層と推定している（図 3.2.22）．両結果から，地下水流動箇所が岩盤層の上位に分布する土砂層であると推定している．
電気探査と 1m 深地温探査の組み合わせでは，電気探査により得られた比抵抗結果と，1m 深地温探査により得られた地下水流動路との関係性を検証しており，調和的な結果が62

報告されている．電気探査と放射能探査の組み合わせでは，両者から亀裂帯の分布を推定しており，調和した結果が得られている．
地下水調査における統合物理探査の事例は報告されていなかった．

図 3.2.20

ケロシンの体積割合（孔隙率）と骨格弾性率（左），ポアソン比（右）の関係（多田ほか，2000）

図 3.2.21

図 3.2.22

表面波探査による S 波速度断面図（鬼武，2009）

低水位時の比抵抗断面図（左）と高水位時の比抵抗断面図（右）（鬼武，2009）

63

3.2.5 空洞・埋設物調査の事例
空洞・埋設物における統合および複数探査の事例は合わせて 13 件の調査事例があった．
そのうち，約 7 割が比抵抗と反射深度断面を求める組合せであった．比抵抗を求める手法
としては二次元比抵抗探査が多く，反射深度断面を求める手法としては反射法地震探査と地中レーダが同数であった．これは空洞や埋設物による比抵抗変化と反射面の把握が有効であることが要因と考えられる．その他，屈折法地震探査や表面波探査，磁気探査なども多く用いられており，様々な組合せにより実施されている傾向がある．これは，目標物となる空洞・埋設物が深度，規模，地下水の有無，対象物の状態などにより有効な探査手法が変わるため，目的に応じた手法が選択されていることが考えられる．また，それだけ空洞・埋設物探査は難しい探査であるとも言える．また，空洞・埋設物調査による統合物理探査の事例はなく，これから研究が期待される分野である．

3.2.6 地震・防災の事例
地震・防災における複数探査について，合わせて 10 件の調査事例があった．調査手法としては，反射法地震探査や表面波探査，電気探査，微動探査，電磁探査が利用されており，
自然地震データを併用した文献も見受けられる．防災分野では，物理探査により地震時の強震動予測に重要なパラメーターである S 波速度構造を把握することを目的としている事例が多く，微動探査や反射法地震探査が主な調査方法として選択されている．統合物理探査の事例がなかったことは，上記 S 波速度構造の把握が調査のターゲットとなっているた
め，他の物性値と統合した解析が必要でないことが考えられる．一方で，防災分野では広域な強震動の予測が重要であることから，自然地震データを利用した多点同時逆解析が実施されている事例があった．Kurose and Yamanaka（2007）では，深部地下構造の S 波速度
構造を把握することを目的として，レシーバー関数と表面波位相速度の多点同時逆解析を行っている（図 3.2.23）．その結果，レシーバー関数あるいは表面波位相速度のみを利用した逆解析結果よりも，両手法を併用した逆解析結果の方が反射法地震探査やボーリング・
データと整合する結果が得られたとしている．
地震分野では，例えば麻植ほか（2007）は，深部探査に有効な電磁探査（MT 法）を布田川断層に適用し，比抵抗分布に基づく深部構造と微小地震分布との関係について検討した（図 3.2.24）．その結果，布田川－日奈久断層帯は地形的には連続した同一断層系のように見えるにもかかわらず，破砕構造，力学的物性，応力環境は大きく異なることを明らかにしている．

64

図 3.2.23

多点同時逆解析結果から得られた理論値と観測値の比較（Kurose and Yamanaka，
2007）

図 3.2.24

布田川断層での MT 法による比抵抗断面図と震源分布（麻植ほか，2007）

3.2.7 地層処分の事例
地層処分における統合および複数探査の事例は合わせて 10 件の調査事例があった．選択
されている探査法としては，弾性波・比抵抗・電磁波を用いた探査，ボーリング孔における検層と多岐にわたっている．これは地層処分における探査の目的が，今回の文献調査だ
けでも，地質構造の把握，塩淡境界の把握，坑道周辺の EDZ の調査，水みちの調査と多岐にわたっているためと考えられる．
トンネルなどの地下空洞掘削に伴い生じる掘削影響領域（EDZ: excavation disturbed zone）の評価は，空洞の長期安定性や空洞沿いの卓越した水みちを検討する上で重要である．EDZの調査例として，升元ほか（2003）は地中レーダによるプロファイル測定，CMP 測定と屈折法地震探査の結果から EDZ と飽和不飽和領域の範囲が異なっていることを示している（図 3.2.25）．また，スイス･モンテリ地下実験場の難透水性の泥岩 （Opalinus clay）が分布するトンネル内において，掘削後 14 年が経過した坑壁においてボーリング調査を実施し，坑壁周辺の劣化の状況をボーリングコアによる物理試験･化学分析，原位置での物理探査を組み合わせ，その物理･化学的風化のメカニズムを明らかにし，EDZ の影響範囲を予測した研究が行われている（鈴木ほか，2004）．本研究では，坑壁より上方～水平方向に掘削した 3 孔を使用した比抵抗トモグラフィ法および電気･音響検層によるトンネル断面方向の65比抵抗･音響速度分布（図 3.2.26）とコア試料による物理試験結果に基づき，岩盤の含水状況と EDZ の空間分布について評価した．その結果，推測されるトンネル周辺岩盤の EDZの分布を図 3.2.27 に示す．割れ目や風化状況より考えられる厚さ 1m 程度の

図 3.2.25

坑道壁面の EDZ，飽和不飽和領域の評価例（升元ほか, 2003）

10

10

50.1

4.0
3.6

39.8
31.6

8

3.2

8

2.8

25.1
20.0

6

2.0

15.8
Resistivity(ohm-m)4

2.4

6

Velocity(km/s)

4

2
BCP-2

2
BCP-2

BCP-3
0
BPC-B5BCP-3
0BPC-B5

Gallery

Gallery-2-20

図 3.2.26

2

4

6

8

10

0

2

4

6

8

10

物理探査法によるトンネル周辺岩盤の比抵抗および P 波速度分布．(a)比抵抗
トモグラフィによる比抵抗断面，(b)音響検層による P 波速度分布（速度異方性補正後）（鈴木ほか, 2004）
66

Fresh zone
(Low porosity)

Transient zone
High porosity
zone containing
fractures
Partiallysaturated zone
図 3.2.27

Gallery

物理探査結果より推測されるトンネル周辺岩盤の EDZ の分布（鈴木ほか, 2004）

ゆるみ域は図中の High porosity の領域に相当し，物理特性で若干の影響が現れる領域がTransient zone としてその周囲に数 m の厚さで存在していると推測される．壁面より数 10cmの領域には不飽和域が覆っていると考えられる．
地層処分特有の目的として，岩盤の透水係数を統合物理探査により求める試みがなされている．鈴木ほか（2006）は物理検層から変換式により透水係数を求めているが，室内コ
ア試験結果とはほぼ整合したが，原位置透水試験結果とは割れ目帯において整合しなかった（図 3.2.28）．これは原位置の透水試験では割れ目の影響を受けやすく，これを反映させた変換が難しいためと考えられた．また，吉村ほか（2009）が P 波速度の周波数分散特性に着目して，弾性波トモグラフィ結果から透水係数を計算しているが，定性的な傾向を得る段階にとどまっている．
また，地下 300m 程度までの地下水塩分濃度などの分布を地表からの物理探査で求める研究が行われている．鈴木ほか（2012）は微動アレイ探査と電磁探査 AMT/MT 法により得られる S 波速度分布，比抵抗分布を用いて二粒子岩石モデルによる複合解析により間隙率，粘土含有量，間隙水電気伝導度，等価 NaCl 濃度を求めている（図 3.2.29）．間隙水電気伝導度，等価 NaCl 濃度は深部に行くほど大きくなる傾向が見られ，平面的な分布の評価に展開できる可能性を示している．

67

図 3.2.28

図 3.2.29

物理探査結果に基づく透水係数への変換（鈴木ほか，2006）

複合解析による各物性値の深度分布（鈴木ほか，2012）

3.2.8 遺跡調査の事例
遺跡や遺物は，通常地下に埋まっており，発掘により調査が行われる．しかし，発掘すると完全な復旧ができないため，発掘は 1 種の破壊行為と認識される．このため，発掘の目的が学術調査の場合も，開発事業により破壊される遺跡の記録保存の場合も，文化財保護法（昭和 25 年，法律第 214 号）にのっとった手続きが必要である．
68

遺跡調査に対する物理探査の適用は，遺跡の破壊を最小限にとどめることができるという点に特長がある．遺跡の埋没深度は，一般に地下数 10cm から数 m の範囲であり，物理探査の中では探査深度が浅いと位置づけられるが，遺物による地下の変化は局所的なものが多く，十分な分解能をもつ探査手法が要求される．
また，遺跡には古墳，石室，水路跡，住居跡，貝塚，窯業，鉄製遺物など埋蔵状況の異なるものがある．このため，対象とする遺跡に適した探査法が適用されている（ 表 3.2.4）．
表 3.2.4

遺跡の埋蔵状況と探査上の着目点（物理探査学会, 1998）

文献調査の結果，最近 10 年での報告は確認されていない．また，複合探査の事例を確認されなかった．しかし，特筆すべきは，沖縄県の普天間飛行場返還の日米合意後，施設内の埋蔵文化財の迅速かつ効果的に調査し，跡地利用をすすめるために，沖縄県教育委員会の組織した委員会により，埋蔵文化財に対する物理探査のマニュアルが作成されているこ69とである（沖縄県教育委員会ほか, 2004）．

3.2.9 ダム基礎の事例
発電用のダム･堰は，竣工後 50 年以上経過したものが多い．特に，洪水吐ゲートを有す
るダム･堰の約 5 割はダム設計基準制定前に設置されており，工事記録等の資料も乏しく，
今後の経年に伴う弱部位の劣化進行が懸念されている．これらの高経年化水力土木設備の維持管理に役立つ診断･調査法の構築，今後の設備保全の高度化方策に関 し図 3.2.30 に示す堤体左右岸アバット部とダム基礎岩盤に潜在する劣化部の非破壊探査技術が必要とされている．
高経年化ダム構造物を対象に行われた物理探査法として，堤体直下の岩着部に予測される劣化部を調査することを目的に実施された事例が幾つかあげられる（例えば，鈴木ほか,
1991；1992：鈴木, 1998）．ダム左右岸には急斜面が広がり，天端部には様々な構造物が存在するため，通常地表面で行われる物理探査法の測線を充分な長さで設置することは困難である．そのため，堤体天端部あるいは監査廊より掘削したボーリング孔内にセンサを配置したジオトモグラフィ法を実施せざるを得ない．堤体天端より掘削した複数のボーリン
グ孔を使用した比抵抗および弾性波トモグラフィ法の適用例（鈴木, 1998）では，堤体部は低比抵抗・低速度，岩盤は高比抵抗・高速度として捉えており，両者の境界を比抵抗と弾性波速度分布から推定している（図 3.2.31）．岩盤の中で低比抵抗・低速度を示す箇所
は相対的に岩質の良くない箇所を示唆している．しかし，岩着部に想定される厚さ数 10 cm～1 m 規模の劣化部を把握するのは精度的に厳しいと考えられ，その存在は不明瞭となっている．これより，着岩部に潜在する劣化部を検出するためには，より分解能の高い物理探査法を実施する必要がある．

アバット部に潜在する空洞

堤体
アバット
の風化部

下部岩盤に潜在する破砕帯

図 3.2.30

岩着部に潜在する空洞

岩盤

岩着部に潜在する劣化部

高経年ダムの探査対象の概念図（鈴木ほか, 2017）70

図 3.2.31

比抵抗および弾性波トモグラフィ法による既設ダムでの適用例 （鈴木, 1998）

近年，2 か所の高経年化ダムにおいて，電磁波トモグラフィ法と音響トモグラフィ法を実施し，初動部の伝播速度だけでなく減衰率の断面を求めた事例がある（ 図 3.2.32，図3.2.33 参照；鈴木ほか, 2017）．これによると，堤体直下のダム基礎岩盤中にほぼ水平方向に広がる岩質の劣化した凝灰岩薄層（厚さ数 10cm）の連続性を検出している．さらに，電磁波トモグラフィによる減衰率断面より，着岩部にある劣化部の存在を推定している．

71

凡例
コンクリート
凝灰岩
凝灰角礫岩(基質主体部)
凝灰角礫岩(礫主体部)
岩相境界

図 3.2.32

既設ダムの地質概要（鈴木ほか, 2017）

基質主体

礫主体

礫主体

(a) 音響速度断面

基質主体(b) 音響減衰率断面(c) 電磁波速度断面図 3.2.33(d) 電磁波減衰率断面

音響および電磁波トモグラフィ法による解析結果 （鈴木ほか, 2017）72

3.3 構造物のニーズに応じた統合物理探査の提案
以上の調査実績の分析結果に基づき，構造物のニーズに応じた統合物理探査の適用についての検討を行う．
これまでも，探査対象や目的に対する物理探査法の組み合わせ例について整理が行われている（表 3.3.1）．一方，本章での分析の結果，探査の目的は構造物ごとにさらに細分化されていることが明確になった．構造物ごとの目的に応じて，文献で確認できた統合物理
探査の方法の整理を行った結果を表 3.2.2 に示す．単一の物理探査法では評価が難しい飽
和度や透水性を，統合物理探査では評価が可能であるため，これらの物性分布の把握がニーズとしてある構造物には積極的に活用が期待できると考えられる．盛土堤防や斜面地す
べりには適用が既に進められているが，トンネルにおいては湧水箇所の分布，地層処分における岩盤内の含水状態の評価といった方面での発展が考えられる．
表 3.3.1

探査対象・目的と物理探査手法の組み合わせ例（災害科学研究所 トンネル調査研究会，2009）

表 3.3.2

構造物別の目的に応じた統合物理探査手法の整理

構造物
トンネル

目的
安全で合理的な施工
補助工法の要否

地山分類
湧水箇所の把握
地山評価

盛土・堤防

安全性（危険度）評価

浸透性・液状化特性の把握
ひずみ変形特性の把握

斜面・地すべり

地すべり安定性評価
地すべり対策

地層境界の把握
地下水位の把握

メタンハイドレート含有率
資源・地下水探査
空洞・埋設物調査
地震・防災

地層処分

統合物理探査による出力間隙率分布
体積含水率分布相関図
クロスプロット
粘土含水率/間隙率分布
透水係数分布間隙率分布
飽和度分布
体積弾性率、孔隙率

地下水流動箇所－

空洞・埋設物深度－

地震時の強震動予測

S波速度構造掘削影響領域評価

力学的ゆるみ域
飽和不飽和領域の把握

岩盤の透水性評価
塩淡境界探査手法
弾性波探査＋比抵抗探査
削孔検層＋P波速度検層
表面波探査＋電気探査
屈折法探査＋電気探査
P波速度＋S波速度
電気探査+表面波探査
電気探査+地温探査/放射能探査
比抵抗探査＋弾性波反射法/地中レーダ（レシーバー関数と表面波位相微動探査/弾性波反射法探査
速度の多点同時逆解析）
間隙率分布
地中レーダ＋弾性波屈折探査
含水率分布
比抵抗トモグラフィ＋音響P波速度検層
透水係数分布
物理検層/弾性波トモグラフィ
等価NaCl濃度分布
微動アレイ探査＋電磁気探査

遺跡調査

非破壊による遺跡位置同定－

地中レーダ/電気探査

ダム基礎

基礎岩盤劣化部の非破壊による把握－

比抵抗トモグラフィ＋弾性波トモグラフィ
電磁波トモグラフィ＋音響トモグラフィ

73

引用文献
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75

４．統合物理探査とデータベース
4.1 標準書式・データベースと統合物理探査の関係
4.1.1 統合物理探査における標準書式とデータベースの必要性
蒔苗（2008）によると，公共物としての情報モデルに求められる特徴として，①データ構造の中立性，②相互利用性，③長期利用，④依存情報との関連性の考慮をあげている．
物理探査成果についても，公共物であることが大半であり，この要件を満す必要がある．
探査結果の書式化の利点は，探査成果の利用が容易となり，再解析やデータ整理が行えることにある．同じ地域や同種の地質で実施された探査結果と比較することは，探査結果の評価の向上に役立つと考えられる．一方，複数の調査業者が関係するプロジェクトにおいては，各業者が共通書式で探査データを共有することになり，業務の効率化につながる．
標準書式は，①データ構造の中立性，②相互利用性，③長期利用，④依存情報との関連性を実現するための手段であり，蓄積されたデータを広く二次利用するための基盤技術である．
統合物理探査においては，複数の探査結果で得られた物性値を，ボーリング調査や土質試験結果と併せて分析する必要がある．その際，取得した物性値や採取試料の位置や時期について照合しておく必要がある．また，解釈モデルの構築に際しては，複数の地域や地質について，物性値を取得した位置や時期を明確にして分析を行なう必要 がある．このためには，データ標準書式化とデータベースの構築は，不可欠な技術要素となる．さらに ，多くの研究者，技術者がデータ収集，分析を行なえる環境が構築されることが理想である．

4.1.2 物理探査学会における取り組み
物理探査学会では，物理探査成果の標準化，データベース化に関連した活動を行なってきた．関連した活動を表 4.1.1 に示す．
書式検討研究委員会では，探査断面表示の統一化，物理探査データのアーカイブ化と再利用を目的として，XML 書式をベースとした標準書式の検討を行い，（独）土木研究所と共同で二次元断面について書式案を示した（林ほか , 2010：稲崎ほか, 2011）．また，代表的な探査法について標準書式案（以下，標準書式）を示した（高橋・物理探査書式検討委
員会，2012）．また，標準書式は，河川堤防 における統合物理探査に利用されている（稲崎ほか, 2013）．一方，統合物理探査調査研究委員会では，書式検討研究委員会の成果を 引
き継ぎ，物理探査結果の利活用について検討を行った．また，物理探査成果の電子納品を目指し，物理探査電子納品試案（物理探査学会案）の作成・検討を行うととも に，物理探査電子納品の実施に向けた外部委員会への対応を行ってきた．

76

表 4.1.1
期

間物理探査学会関連

最近の物理探査学会の取り組み
委員会

備

考

「物理探査適用の手引き－土木物理探査マニ
ュアル 2008－」出版
土木研究所と共同で，河川堤防における統合物
理探査を検討，実務化．探査から解析・評価にいたる手続きを標準化．成果を「河 川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」として出版
トンネル弾性波探査の標準化．トンネル調査総合データベースを構築
土木研究所からの委託業務．物性断面の XML
化
代表的な物理探査手法について， XML タグ構
造の検討

H16～19

物理探査標準化検討委員会

H18～21

河川堤防の統合物理探査適用検討委員会

H21～24

トンネル探査研究委員会

H22～23

物理探査書式検討委員会

H23～24

物理探査学会書式検討委員会

H25～

物理探査学会・日本応用地質学
物理探査の標準化，信頼性，電子納品などにつ会・全地連 合同会議 （物理探査
いて懇談
学会・応用地質学会の連携作業）

H26～29

統合物理探査調査研究委員会

H27

河川堤防 GPR 研究委員会

H28～29

電子納品 WG

WG で電子納品要領試案作成開始
土木研究所からの 委託業 務 ．GPR 探査の 標準仕様の検討とデータベースシステムの試作
統合物理探査調査研究委員会の WG メンバーを補強し，専門に検討開始

4.1.3 標準書式の例
図 4.1.1 は，物理探査学会書式検討委員会で検討された標準書式の基本構造を模式的に示したものである．標準書式は，大きく標題情報データブロック，断面データブロック，探査測定解析データブロックから構成される．標題情報データブロックには，調査概要などが記述されている．断面データブロックには，探査結果としての物性断面が記述されている．これには，物理探査書式検討委員会で検討された書式を採用している．標準書式は
XML ベースで記述されおり，前述の①データ構造の中立性，②相互利用性，③長期利用および④依存情報との関連性の要件を満す構造となっ ている．すなわち，各データの相互関連性を確保しつつ，利用者の目的により，必要データを抽出できる構造となっている．例
えば，物性断面を必要する場合，断面データブロックのみを全体データから抽出すればよい．探査データを再解析する場合，断面データブロックと探査測定解析ブロックを抽出すれば良い．以下，各データブロックの概要を示す．
(1) 標題および断面データブロック
林ほか（2010）で検討された標題および断面データブロックのツリー構造を図 4.1.2 に示す．XML ファイルは，1 つのファイルに複数の断面（測線）を記録 できる構造となっているが，1 つのファイルに 1 断面のデータを収録することを基本としている．構造の概要を以下に示す．
77

図 4.1.1 標準書式の基本構造（三木ほか, 2014 ）

図 4.1.2 標題情報および断面データブロックのツリー構造（林ほか, 2010）78

ファイルには，「測線」エレメントを基本単位として，「標題情報」「断面」および後に示す「探査測定解析データ」が収録される構造となっている．「標題情報」には，件名や探査手法，探査実施者など調査業務に関する基本的なデータに加えて，測線位置や座標に関する情報が記述される．「断面」には，物性断面を描画するための地盤物性値が記述される．物性断面は格子状の要素と節点から構成され，物性値は節点か要素を選択して定義する構造となっている．このデータを読み取ることにより，断面の任意の位置における物性値を抽出することができる．
(2) 探査測定解析データブロック
探査測定解析データブロックの例を屈折法地震探査と二次元比抵抗探査について示す．
図 4.1.3(a)は，屈折法地震探査の標準書式のタグ名と記載例を示したものである．屈折法地震探査のデータは，測点の位置と区分を記述するブロック，測定走時を記述するブロックに加えて，T’曲線，パス計算結果（波線）および生測データの参照を記述するブロックから構成される．標準書式で記述されたデータにより，速度断面だけではなく，解析結果の状態を確認できるとともに，再解析が可能な構造となっている． なお，図中で *を付した部分については，解析形態や使用ソフトを考慮してデータ作成者選択として いる ．
図 4.1.3(b)は，二次元比抵抗探査の標準書式のタグ名と記載例を示したものである．二次元比抵抗探査のデータは，基本的には，屈折法地震探査と同じ構造を有しており，測点の位置と区分を記述するブロック，測定データを記述するブロックおよび生測データの参照を記述するブロックから構成される．また，モニタリングへの適用を考慮して，測定時刻についても記述できるが，通常の探査では，省略して良い．比抵抗断面だけではなく，再解析が可能な構造となっている．

79

(b) 二次元比抵抗探査のタグ名と記述例(a) 屈折法地震探査のタグ名と記述例
図 4.1.3

屈折法地震探査と二次元比抵抗探査のタグ名と記載例（三木ほか, 2014 ）80

4．2 河川堤防探査における統合物理探査のデータベース例「河川堤防の統合物理探査－安全性評価への適用の手引き－」（稲崎ほか，2013）では，
統合物理探査成果は，所定の XML 形式の電子ファイルとして納品し，河川堤防物性デー
タベースとして登録することが示されている．河川堤防物性データベースは，物理探査結
果断面，N 値・S 波速度・比抵抗，室内試験結果・S 波速度・比抵抗のデータベースから構成されており，河川堤防の統合物理探査の解釈に必要な分析を可能としている．
河川堤防の統合物理探査におけるデータベース例として，林ほか（2013），林ほか（2014）
により報告されている．林ほか（2013）におけるデータベースは，標準書式による統合物
理 探 査 結 果 に ボ ー リ ン グ 柱 状 図 お よ び 堤 防 の 概 略 点 検 結 果 を ま と め た デ ー タ ベ ー ス となっている．データベースの構成を図 4.2.1 に示す．
林ほか（2014）では，東日本大震災後，関東地方の延長 160km の河川堤防で実施された
統合物理探査において，標準書式やデータベースを用いて，統合的かつ統一的な解析・解釈を効率的に行うことを試みている．長大な河川堤防調 査における物理探査の解析・解釈には，一般の標準書式（土木研究所, 2010）では不十分であるため，標準書式の XML ファ
イルを拡張し，基本情報，距離標，ボーリング情報を加えた書式を構成して実施したことが示されている．課題として，当時標準書式の規定と利用が進んでいたのは 多チャンネル式表面波探査および牽引式電気探査だけであり，他の物理探査 法の標準書式の規定も行われなければならないことと，調査対象に応じてそれぞれの対象に特化した書式の拡張を検討する必要があることを挙げている．

図 4.2.1

統合物理探査データベースの基本構成（林ほか, 2013）81

4.3 データベースを利用した地盤物性評価
物理探査成果等のデータベースを用いて，分析や地盤物性評価に利用することが提案されている．
林ほか（2010）は，トンネル調査において弾性波探査により得られた P 波速度断面に対する地質解釈や地山分類などの問題点を整理し，データベースを用いてデータを収集・分析して解釈を補助するシステムを検討し，ソフトウェアの試作を行っている．
図 4.3.1 は，施工基面の弾性波速度を抜き出し，地山の種類，土被り厚を合せてデータベースで検索を行い，過去のトンネル支保区分の施工実績を集計しその割合を表示したものである．トンネル支保区分は設計と施工実績が乖離することが多く，より的確な支保区分の決定が求められている．トンネル地山分類に従えば，地山種類と弾性波速度でトンネ
ル支保区分は決定できるが，土被り厚や施工実績を考慮することで，弾性波探査結果の解釈を多面的に行おうとするものである．

図 4.3.1 データベースを用いた地山解釈図の例（林ほか, 2010）82高橋・稲崎（2010）は，国土交通省の国土地盤情報サイト「 KuniJiban」整備を目的として，ダムやトンネル建設等に伴って実施してきた約 1600 件の岩石試験データ（超音波速度，一軸圧縮強度，変形係数等）をデータベース化し，物性間の相関を示している ．図 4.3.2
は，構築されたデータベースから各種物性値と有効間隙率の関係を岩種ごとに整理さ れたものである．このようなデータベースは，２で示した岩石物理学による解釈の基礎データとなるもであり，土質試料，岩石資料を問わず整備，維持され，また公開されることが望まれる．また，変形係数などについては測定方法により物性値が異なった値となる場合がり，データベース化に際しては測定方法の記載を行う必要性を示している．

図 4.3.2

各種毎の各物性の有効間隙率との関係図（縦軸：各物性，横軸：有効間隙率，
上から火山岩，火山砕屑岩，深成岩，堆積岩．動弾性係数の図中，■：速度値からの推定，□：共振法による測定値）（高橋・稲崎, 2010）83

4.4 電子納品
4.1 において物理探査結果の標準書式の例を示したが，標準書式を定めただけではデー
タベースの構築は困難である．データベースを構築するためには， 物理探査結果について所定の品質が確保されており，品質が揃ったデータが探査方法や探査対象などに偏りがな
く収集可能であることが理想である．そこで，物理探査学会では ，表 4.1.1 に示したとおり，物理探査方法の標準化，物理探査結果データの標準書式化の 作業を進め，本委員会においても，物理探査の電子納品要領試案の作成を行なった（金田ほか, 2015）．ここでは，検討試案の概要を示す．

4.4.1 物理探査電子納品の現状と重要性
土木分野における土質・地質調査における主だった調査内容は，ボーリング調査，土質・岩石試験，物理探査および原位置試験である．図 4.4.1 は，これらの調査内容における調査方法およびデータの取り扱いについて示したものである．物理探査においては，方法が基準化されているのは速度検層のみであり，他の方法については物理探査学会における標準化にとどまっている．一方，他の調査内容については，基準化および規格化に及んでいる．また，それぞれの調査方法において，調査結果のデータシート化および XML などによる電子納品の方法が定められている．物理探査においては，調査結果として提出すべきもの，電子化の方法などは定められておらず，物理探査実施者の任意で行われているのが現状である．表 4.4.1 は，代表的な物理探査について，電子納品の状況をまとめたものである．物理探査結果の電子化は行われているが，納品する成果物やデータ形式については ，
ばらばらであり，また，データベース構築に必要な物性値については，利用可能な形式での納品は殆ど行なわれていない．また，測定生データが納品，保存されることも殆どない．
このように，物理探査方法の基準化・規格化，探査結果の統一的な扱いが進まないのは，以下の事由によるもと考えられる．
･

数多くの探査方法が存在し，同じ探査方法であってもバリエーションが多い･

調査対象，調査深度などにより，同じ探査方法であっても探査実施仕様が異なる･

大量のデータを扱う･

測定データが最終成果になることは少ない．データ処理，解析を経て最終成果を作成･

測定データから最終成果のデータシート化が困難

図 4.4.1

物理探査の現状84

表 4.4.1

代表的な物理探査の電子納品状況

一方，統一した形式で物理探査結果の電子納品を行なう利点・効果としては，以下があげられる．
･

探査実施者の明記による意識向上，技術向上，責任の明確化･

探査成果の品質向上･

測定生データ，探査成果のデジタル保存による第三者の見直し，再評価が可能･

探査成果のデータベース化，二次利用
電子納品において所定の書式で納品する調査内容は，全て調査実施者および担当 者を実名で記入することが規定されている．このことは，データの品質確保に有効に作用していると考えられる．物理探査については，実施者を実名記入することは少ない．物理探査結果の標準書式化およびその電子納品は，物理探査結果の品質確保およびデータベース化に大きく寄与するものと考えられる．

4.4.2 物理探査電子納品要領試案（物理探査学会案）の概要
物理探査電子納品要領試案（物理探査学会案）（以下，物理探査学会案）は，以下の基本概念の基に作成された．
① 「地質・土質調査成果電子納品要領（案）」との整合性② 電子納品成果作成の簡略化，重複納品の回避③ 物理探査物性断面データの XML 化④ 測定原データ（生データ）の納品⑤ データ整理，解析過程の明確化，追跡可能化①②は，現行の電子納品要領に整合させることで，物理探査の電子納品に伴う混乱， 作85

業の煩雑化を回避するものである．③の XML 化については，林ほか（2010）による書式を採用しており，既に河川堤防の統合物理探査（土木研究所・物理探査学会，2013）で実施されている電子納品と同じ書式としている．また，④測定生データを納品すること，⑤
データ整理，解析過程の明確化，追跡可能化とするファイル構成とすることで，第三者による再評価，再解析を可能としている．
表 4.4.2 に物理探査学会案の構成を示す．また，図 4.4.2 に物理探査学会案のフォルダ構成を示す．物理探査成果は，現行の電子納品における「BORING」フォルダ下の「GEOPHYS」
フォルダに，データごとに所定のフォルダに収録する構造としている．各フォルダに収録するデータの内容を表 4.4.3 に示す．
表 4.4.2

物理探査電子納品要領試案（物理探査学会案）

図 4.4.2

フォルダ構成86

表 4.4.3

各フォルダに収録する物理探査成果（物理探査学会案）

表 4.4.4 物理探査成果品の収録フォルダと形式の例（物理探査学会案）

87

表 4.4.4 は，代表的な物理探査について，納品する成果品種類と収録フォルダおよびファイル形式を示したものである．例えば，弾性波探査屈折法では，探査の最終成果となる
速度断面図は，XML 形式で「SECT」フォルダに収録する．中間成果となる走時曲線や波線図（パス計算結果）は「PROC」フォルダに PDF 形式，表形式で収録する．測定波形データは測定機器固有のファイル形式で，「ORGDADA/FLDDATA」に収録する．また，測定機 器 固 有 の フ ァ イ ル を 読 み 出 す た め の 手 続 き や フ ァ イ ル 書 式 を 記 録 し た 文 書 フ ァ イ ルを
「ORGDATA/DOC」に PDF 形式で収録する．測定生データと中間成果との関係，中間成果と最終成果の関係，現場測定時および解析時の記録などについては，「 ORGDADA/FLDINFO」に測線ごとに PDF 形式あるいは表形式で収録し，第三者による再解析を可能としている．
物理探査学会案は，地質地盤情報電子データ標準化小委員会で検討され，「物理探査電子納品要領（原案）」「物理探査電子納品要領

付属資料（原案）」として公開された（日本建設情報総合センター：http://www.jacic.or.jp/hyojun/2015shouiinnkai-03.html, 2017/10/23）．

88

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日本建設情報総合センタ ー ・地質地盤情報電子デ ータ標準化小委員会（2017）：物理探査電子
納品要領

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2017/10/23.
高橋

亨・稲崎富士（2010）：地盤物性データベース「KuniJiban」整備を目的とした岩石物性
データの収集と分析，物理探査学会第 123 回学術講演会論文集，9-12.

高橋

亨・物理探査書式検討研究委員会 (2012)：物理探査データのアーカイブ化を目的とした標準書式案の検討について，物理探査学会第 126 回学術講演会論文集，79-82．

89

５．統合物理探査の普及
5.1 地盤調査における統合物理探査の位置づけ
土木分野における物理探査において，屈折法地震探査は，弾性波速度が大きくなる基盤深度を得ること，地山の状態を空間的に連続的に把握すること，局所的な弱部を検知することなどを目的に利用されてきた．弾性波速度(V p )と地山の強度の相関が比較的良いことから，弾性波速度(V p )と地山区分を結びつけて利用されることが多い．すなわち，弾性波
速度は大まかな地山区分のひとつの指標として使用されてきたものであり，間隙率，飽和度，強度定数などの地山の工学的な物性値を得るために使用されてきたものではなかった．
しかし，地山の工学的な物性値を空間的に連続的に取得することへの期待は大きいといえる．
一方，電気探査は，帯水層を検出するための調査法として発展し，比抵抗と地質の関係を利用して定性的に帯水層を判定してきた．二次元比抵抗探査（例えば，島ほか, 1995）
が実用化されると，土木分野の利用が拡大し，地山の弱部の検出や地山状態の把握などに適用されるようになった．比抵抗を用いた地山区分も試みられたが（ 日本道路協会, 1996），
成果を得るには至っていない．比抵抗値が体積含水率に関係することから，弾性波速度と同様，間隙率や飽和度などの工学的な物性値を連続的に取得することへの期待は大きいといえる．
このような背景のもと，統合物理探査は，単なる異常箇所の検知や大まかな 地山区分ではなく，従来の探査で必ずしも明らかにできなかった部分をより定量的に把握するための方法として期待されている．その対象としては，地質区分・飽和度・間隙率・透水係数などである．従来，単一の物理探査として行われてきた物理探査と統合物理探査では，得ようとするものが質的に異なっていると考えられる．ここで留意しておかなければならない
ことは，従来の単一物理探査と統合物理探査で，期待している地盤情報の空間スケールが異なっている可能性があることである．例えば，従来 5m 間隔の測点で探査を行い，数 10m
単位で地山の区分を行なっていたものを，統合物理探査では，5m 間隔の工学的物性値を期待されているのかもしれない．
従来の一般的な仕様で実施した複数の物理探査として統 合物理探査を実施した場合，期待に応える成果となっていない懸念がある．統合物理探査の実施に際しては，従来以上に空間スケールを意識した探査計画，探査結果の解釈とすることが重要であると考えられる．

5.2 地盤調査における統合物理探査活用の提案
本節では，社団法人全国地質調査業協会連合会（2007）の報告書に基づき考察する．同
報告書では，防災･維持管理分野への物理探査の適用可能な対象分野として，以下 9 つの90

分野をあげている．
① 河川堤防（破堤の原因となる堤防土材の不均質や強度不足，浸透や漏水，堤防護岸や構造物周辺に存在する空洞）② ダム･貯水池･溜め池（ダム貯水池沿いの斜面の不安定化，堆砂による貯水量の低下，堤体劣化･堤体からの漏水）③ 海岸･港湾･空港･埋立地（海岸護岸や港湾埠頭，空港滑走路下に存在する緩みの検出，埋立地での液状化）④ 道路･鉄道･トンネル（道路･鉄道沿いの不安定斜面，道路･鉄道の盛土地盤の変状，トンネル覆工裏の空洞）⑤ 土地造成（地震時や降雨時の盛土崩壊，文化材の保護）⑥ ライフライン（地盤の不同沈下に伴う埋設管損傷，埋設管劣化に伴う空洞･緩み）⑦ 建築（コンクリートの強度低下，鉄筋間隔不足･鉄筋腐食）⑧ 地すべり･斜面（降雨時の表層崩壊，吹付け法面の劣化）⑨ 活断層･液状化（地震による液状化）
これらの分野には様々な物理探査法が適用されているものの，適用課題を｢探査結果の解釈｣と｢総合的判定｣とし，経験や技術力の差が表れ判定の信 頼性が問題になる点や，物理探査単独ではなく他の調査結果を含めて 総合的に判断する必要性を示している．また，維持管理分野で対象となる地表から十数 m の範囲において，数 cm～m オーダーの分解能で探査できる技術が空白となっている点を今後の技術的課題としてあげている ．
次に，防災･維持管理分野への物理探査法の適用性や市場化にあたっての課題と必要とする技術開発の方向を検討するため，物理探査法に対するニーズの把握作業を行っている ．
まず，国土交通省，農林水産省およびその関係機関他のネット上で目的･適用手法等のニーズ情報を収集し，次に収集資料を分野別･段階別に整理し，さらに物理探査適用検 討の対象の絞り込みを行っている．具体的には，表 5.2.1 に示す斜面防災，河川，空洞･埋設物の 3 分野，14 対象，47 目的のニーズ項目に整理し，図 5.2.1 に示す 3 分野，11 対象，7
項目に絞り込んでいる．次節より，各 3 分野につき主要ニーズに対して物理探査法の適用性について取りまとめた結果を示す．

91

表 5.2.1

図 5.2.1

物理探査適用のニーズ項目（全国地質調査業協会連合会, 2007）

ニーズ項目の絞り込みの流れ（全国地質調査業協会連合会, 2007）925.2.1 斜面防災
斜面防災における着眼点は図 5.2.2 の概念図に示す通りで，以下のニーズをあげている ．
･

岩盤斜面における風化構造･弱層部の把握･

地すべり･斜面崩壊における地すべり面の形状，地質構造の把握･

吹付け法面における吹付け背後の空洞位置等の把握
斜面防災に対する従来の物理探査法の役割は，対策工設計のための外力規模を算出する「災害発生規模の予知」を担う手法として，すべり面に関する地中の連続的な情報を 提供
し，調査全体の経済性を確保するという一定の成果をあげてきた ．一方で，広域の対象範囲から危険区域を迅速･正確に抽出する役割が物理探査法にも求められてきており，探査により取得される物理量と斜面危険度の因果関係に対し，直接の決め手に欠ける部分が残されている．今後，この問題は複数の物理探査データを組み合わせることにより，地盤判定の精度を向上させること，航空測量，GNSS のような衛星測量，空中写真判読技術等の地形解析技術との融合により解決できることが期待できるとしている ．統合物理探査において，S 波速度と比抵抗の 2 つの物性値が得られる複数の物理探査法を組み合わせて，間隙率･含水率･粘土含有率のプロファイルを算出することにより，風化構造･弱層部の把握，すべり面の含水率の変化をモニタリングすることなどで 精度向上が期待できる．

図 5.2.2

斜面防災における着目点（全国地質調査業協会連合会, 2007）935.2.2 河川
河川における着眼点は図 5.2.3 の概念図に示す通りで，以下のニーズをあげている ．
･

堤体の土質･弱層部，堤体の変状･緩み･空洞，漏水箇所の把握･

基礎地盤の土質，基礎地盤時間からの漏水箇所の把握･

河川構造物の変状･沈下，周辺地盤の緩み･空洞･漏水箇所の把握
河川堤防における代表的な物理探査法として，表面波探 査・電気探査・地中レーダ探査・

電磁探査（スリングラム法）がある．統合物理探査に期待される課題として，S 波速度と比抵抗の 2 つの物性値が得られる複数の物理探査法を組み合わせて，間隙率・含水率・粘土含有率・透水係数のプロファイルを算出することにより，土質区分の判定精度，緩み・弱層部の検知精度の向上が期待できる．

図 5.2.3

堤防調査における着目点（全国地質調査業協会連合会, 2007）

5.2.3 空洞･埋設物
空洞･埋設物を対象としたニーズは図 5.2.4 の概念図に示す通りで，以下のニーズをあげている．
･

路面下の空洞位置の把握･

トンネル覆工背面の空洞位置の把握･

港湾･海岸部の空洞位置，特殊地下壕の把握･

ライフライン沿いの地盤の不同沈下に伴う埋設管損傷，埋設管劣化に伴う空洞･緩み箇
所の把握
94空洞･埋設物を対象とした代表的な物理探査法として，地中レーダ探査，RC レーダ探査，
電磁誘導法があり，これらの探査法の埋設管種に対する適用性につい て表 5.2.2 に示している．この分野では，空洞や埋設物などの異常部の存在を判定することが主要なニーズではあるが，複数の物理探査データを組み合わせて，空洞が水で満たされているかどうか，埋設物を構成する素材などの種別まで判定する精度の向上が 期待される．

図 5.2.4
表 5.2.2

空洞･埋設物を対象としたニーズ（全国地質調査業協会連合会, 2007）
埋設管の探査器と探査対象の適用性（全国地質調査業協会連合会, 2007）
電磁誘導法

RC レーダ

地中レーダ

間接法

直接法

油配管

×

○

△

○

鋼管

○

○

△

○

塩ビ管

○

○

×

×

POS

×

△

△

○

動力･弱電

○

△

△

○

○：探知可能，△：今後の検証が更に必要，×：探知困難

5.3 統合物理探査の効果の検討
5.3.1 統合物理探査による地質リスクの回避
地質リスクとは，地質にかかわる事業リスクのことで，事業コスト損失そのものとその要因の不確実性をさす（地質リスク学会，2010）．渡邊ほか（2009）が行った地質リスク95

評価にかかわる既往研究の調査結果によれば，ボーリングや物理探査等の観測または測定結果によって直接得られる情報（一次情報）から，地質モデルのような二次情報へと解釈を行う過程で，値の精度，正確さやあいまいさ等の変更が行われており，その情報が伝達されていないという問題が指摘されている．また，一次情報のばらつきについては調査・試験方法の吟味や統計的操作等によってある程度除去可能であるが，それを二次情報へと加工・解釈する際の不確実性については定量的な処理方法がなく，技術者の経験や判断をまじえた総合的見地が必要とされている．
統合物理探査委員会は，まさに上記の一次情報から二次情報への解釈を正しく行うことを目指して設立されたものであり，その目的を達することが地質リスクの回避へとつながると考えることができる．地質リスクを回避もしくは低減するということは，事業コスト
損失を小さくすること，およびその分散（予測幅）を小さくすることといえる．事業コスト損失とその分散の低減に対し，物理探査がどのように寄与できるかを以下に述べる．
ボーリングやサウンディングといった特定位置における一次元の調査だけでは，各調査地点の間のデータがないために，事前情報などによって地盤構造や地盤物性を推測するほかない．このような情報不足によって，たとえばボーリング孔間に存在する断層の見落と
しや支持層深度の誤りといった地質リスクが生じる可能性がある．このような問題に対しては，統合物理探査に限らず，通常の物理探査であっても，ボーリング孔間になんらかの情報（データ）を追加するという形で地質リスクの回避に貢献できる．また，統合物理探査として複数の調査を行った場合には，1 種類の物性だけでは判別できないような地盤の特性を抽出することにより，推定誤差の低下が可能である．これは 不確実性の低減によって地質リスクを低減させていることになる．さらに，統合物理探査によって弾性波速度や比抵抗という物性値から地盤の土質推定や土質定数といった別の指標に解釈できれば，物理 探 査 結 果 を 有 効 に 設 計 へ 取 り 込 む こ と に よ っ て 事 業 コ ス ト 損 失 と 要 因 の 不 確 実 性 をともに低下させることが可能と考えられる．ただし，情報の追加によって地質リスクを低減したにも関わらず，追加した情報の不確かさのため，結果として事象の不確実性が増加する場合があることには留意する必要がある．

5.3.2 経済効果の試算
物理探査，ひいては地質調査が生み出す経済効果を測る指標のひとつとして，事前に調査を行っておけば顕在化を避けられた可能性のある地質・地盤リスクによる人的・物的被害や工事・対策費用の増大増加額が考えられる．言い換えれば，これは事前情報への投資不足により最善の意思決定を行えなかったことで発生した損 失ともいえる．ここではこういった観点での経済効果の試算として，(1)地質リスクマネジメントによる効果，(2)物理探査結果の情報価値（VOI: Value of Information）の 2 点についてまとめる．
(1) 地質リスクマネジメントによる効果
地質リスク学会では，地質リスクマネジメント事例を積極的に収集し，以下の 4 つの型に分類し，整理を行っている．

96

･

A 型：地質リスクを回避した事例･

B 型：地質リスクが発現した事例･

C 型：発現した地質リスクを最小限に回避した事例･

D 型：上記の A 型，B 型，C 型以外の事例
A 型とは，事前に地質リスクに対する検討・調査を十分に実施することによって地質リ

スクそのものを回避した事例である．物理探査は，その手法の特長から調査地域の概略調査に用いられることが多く，地質リスクが発現した後に実施することは少ないため，主にA 型の事例で物理探査が貢献できると考えられる．
「マネジメント効果」は，上記の型ごとに費用として算出される．たとえば， A 型はリス
クを未然に管理することによって当初工事費の縮減を達成したもので，効果は次式によって算出される．
マネジメント効果＝（当初工事費用①）－（変更費用③）－（リスク対策費用②）A 型の事例として，複合探査により重金属対策が必要な変成帯の分布を絞り込むことによって，不要な費用の計上を抑えることができた事例がある（尾高・高田， 2016）．この事例では，トンネル調査で通常実施される屈折法地震探査に加え二次元比抵抗探査 と追加のボーリングを実施することで，弾性波速度では区別できなかった変質帯と非変質帯の分布を詳細に把握している（図 5.3.1）．その結果，既往調査では 200m と想定されていた重金属対策が必要な変質帯の長さが 130m と見直され（図 5.3.2），トンネルの支保パターン
変更により 1000 万円の減額，70m 区間が重金属対策不要となったことにより，9775 万円
が減額となっている．

図 5.3.1

高密度電気探査結果（尾高・高田, 2016）97図 5.3.2

既往調査による断面図と更新された断面図（尾高・高田, 2016）

本事例で示した調査は，現時点では施工前段階であり，算出された費用やマネジメント
効果は想定のものではある．しかしながら，物理探査を実施することによって事業コスト
損失が防止できることを示している．
当初工事費用①：（200m 区間の掘削費と重金属対策費）

2 億 3030 万円

変更した工事費用③：

1 億 2255 万円

リスク対策費用②：（高密度電気探査とボーリングの費用）

800 万円

マネジメント効果：（①－③－②）

9975 万円(2) 物理探査結果の情報価値
物理探査結果のように不確かさを含む結果を用いてある判断を行うにあたっては，論理的整合性を持った意思決定過程が必須であり，合理性が求められる（佐藤 , 2012）．合理的な意思決定を行う方法のひとつとして，確率を用いた決定木 （Decision Tree）がある．決定木を用いた場合，期待値が最も大きくなる選択が最も合理的な判断であるとされる．情報の価値 VOI は，決定木に情報を加えた時と情報を加えなかった時の期待値の差として定義される．例えば，佐藤（2012）が示した油田開発の意思決定の例では，追加情報として得られる不確かさを含む掘削結果の VOI が示されている．VOI は事前確率（この例では巨大油田がある確率）によっても異なり，また掘削結果の確度（信頼性）によっても異なるが，それぞれの場合について計算されている．他にも，沿岸域での地下水利用に伴う地下水塩水化問題に対し電磁探査の VOI を求めた例がある（Nenna and Knight, 2014）．この
例では電磁探査結果の VOI が 0 以上となり，物理探査結果を取り込むことによって合理的な意思決定に貢献できたことが示されている．複数の物理探査法に関連する VOI の利用例
として，地質・地盤リスクとは異なるが，海洋油田開発における地震探査と電磁探査の販
98

売データについて，それらのデータの良否による金銭的価値を見積もった事例がある（Eidsvik et al., 2008）．VOI の値は 2 つの手法による加算になり，両手法の組み合わせが貯留層評価に有用な情報を提供する場合，VOI も大きくなる．
VOI は事前情報等によって異なるため，常に探査結果の VOI が 0 以上になるとは限らない．これは，仮に探査結果に価値がないと判断された場合には，計画の見直しが必要であるということを意味している．また，探査結果の VOI が探査に必要な費用を下回った場合には，物理探査を行うことは合理的な判断とはいえず，経済効果は少ないと言える．このような計算方法を取り入れることも今後必要である．

5.4 統合物理探査の普及のために
統合物理探査では，同一測線において複数の物理探査 法を実施することになる．調査コ
ストは増加することになるが，統合物理探査を実施することの効果を定量的に明示することは簡単ではない．一方，地質調査・地盤調査に関わる多くの技術者は，物理探査について十分な知識や経験を有していない．このため，統合物理 探査が目的に適って実施されて，今後より普及していくためには，物理探査技術に携わる者は以下の視点で活動を継続することが重要であるといえる．
① 物理探査の測定・解析技術の向上② 物理探査結果の解釈技術の向上③ 物理探査の効果評価法の検討④ 物理探査の有用性認知と普及① 物理探査の測定・解析技術の向上
統合物理探査に関わらず，測定・解析技術の維持，向上は常に必要であり，物理探査の信頼性の確保には不可欠である．また，新しい測定技術や解析技術の研究・実用化により精度向上，効率化を目指す必要がある．
② 物理探査結果の解釈技術の向上
統合物理探査は，複数の物理探査結果により地盤・地質解釈の向上を目指している．確たる根拠に基づき地盤・地質解釈を行なう方法の研究，地盤・地質解釈を行なうための物
理モデルおよび地質（地盤）モデルの研究，事例研究による検証と更新は不可欠である．
また，不確実要素を伴う地質や地盤を対象とする上で，バラツキやこれまでの知見の中で想定できるモデルでは説明が難しい特異な現象があらわれるのは不可避である．バラツキの大小や特異な現象の有無を判断する方法やその判断根拠について研究・習得していく必要がある．同時に，物理探査の適用範囲・適用限界についても検討しておかなければならない．一方，物理探査成果の標準書式化・データベース化による知見の共有は，解釈技術の向上において重要な基盤整備といえる．
③ 物理探査の効果評価法の検討
統合物理探査を実施した効果を示すことが普及には不可欠である．統合物理探査を実施
99

することで得られた地盤情報の価値，あるいは得られた地盤情報の精度向上による価値を定性的・定量的に評価する方法が必要である．このような検討・研究はこれまでほとんど行なわれておらず，今後の課題として取り組んでいく必要がある．
④ 物理探査の有用性認知と普及
統合物理探査が有効な地盤・地質調査法のひとつであっても，その有用性が認知されなければ，利用されない．また，信頼できる技術であっても，調査としてニーズがなければ利用されることはない．統合物理探査を物理探査技術から地盤・地質調査技術へと視野を広げ，幅広い技術者層，研究者層にわかりやすい言葉でその方法，有効性，適用限界を説明し続けることが重要である．このためには，①から②に示した物理探査技術の維持・向上に加えて，幅広い普及活動が重要である．

100

引用文献
Eidsvik J., Bhattacharjya D. and Mukerji T. (2008): Value of information of seismic amplitude and
CSEM resistivity, Geophysics, 73, 59-69.
Nenna V. and Knight, R. (2014): Demonstration of a value of information metric to assess the use ofgeophysical data for a groundwater application, Geophysics, 79, 51-60.
日本道路協会（1996）： トンネル地山の電気・電磁探査－二次元比抵抗探査手順（案）－．
尾高潤一郎・高田嘉典（ 2016）：複合探査により 地質リスクを評価した事 例，地質 リスクマネ
ジメント事例研究発表会講演論文集，論文 No.2．
佐藤光三 （2012）： 資源開発と不確実性下における意思決定，石油技術協会誌，77，第 2 号，128-136.
島裕雅・梶間和彦・神谷英樹（1995）： 比抵抗映像法，古今書院．

渡邊法美・佐橋義仁・小 笠原正継 ・尾園修治郎（ 2009）：日本の公共工事 地質リスクマネジメ
ントの現状と変革の方向性 ，建設マネジメント研究論文集， 16，215－230．
全国地質調査業協会連合会（ 2007）：防災･維持管理分野における物理探査の適用，地質調査関連技術図書シリーズ．

101

編集後記
物理探査は地盤調査の重要な一分野であることは多くの人が認めていることであるが，有効的に活用されているとは言いがたく，十分な信頼性を得ている状況ではない．物理探査関係者は，新しい探査方法・解析方法の開発，探査方法の標準化などを とおして物理探査の適用性および信頼性の向上に努めてきた．しかし，探査機器や探査方法，解析方法といった物理探査のハード面だけでは，物理探査へのニーズに対応しきれていない．一方，
ソフト面での対応である標準化は，物理探査の信頼性維持に貢献しているが，必ずしもニーズに対応するものにはなっていない．ソフト面では物理探査結果の解釈が不可避である
ことを実感している．そこで，統合物理探査は，物理探査のハード面とソフト面をつなぐものであり，探査方法と解釈を有機的に結合するものである．
物理探査が正しく評価され，一人前の調査方法として広く活用されるためには，まず，物理探査関係者が，探査方法と探査結果の解釈に向きあわなければならない．
このような観点から，本報告書では，物理探査の解釈について，解釈方法，事例，解釈基盤整備について調査検討結果をまとめた．また，物理探査結果の解釈について，今後あるべき姿を検討した．本報告書が，調査ニーズに即した探査方法の選択，探査仕様の設定，探査結果の解釈に関する参考書として，物理探査関係者のみならず地盤調査関係者に広く利活用されれば幸いである．
平成 29 年 12 月

102

資

料

資-1

文献調査リスト

資-2

資-3

資-4

資-5

資-6

資-7

資-8

資-9

委員会関連発表論文
物理探査学会学術講演会
三木茂・統合物理探査調査研究会（2014）：統合物理探査調査研究委員会の発足について，物理探査学会第 130 回学術講演会論文集，95-98.
三木茂・物理探査書式検討委員会・統合物理探査調査研究会（2014）：物理探査データ標準
書式のトンネルプロジェクトへの適用試案，物理探査学会第 131 回学術講演会論文集，
94-97.
金田朋之・三木茂・統合物理探査調査研究会（ 2015）：物理探査成果の電子納品，物理探査
学会第 133 回学術講演会論文集，88-89.
升元一彦・村田和則・佐々木勝・津野靖士・山上順民・三木茂（2015）：統合物理探査および複数物理探査の事例収集と調査対象別適用傾向の検討，物理探査学会第 133 回学術講演会論文集，90-92.
鈴木浩一（2015）：岩石物理学に基づく物理探査データに対する複合解析技術の動向，物理探査学会第 133 回学術講演会論文集，93-96.
小西千里（2015）：不確かさを含む物理探査結果の評価と意思決定について，物理探査学会
第 133 回学術講演会論文集，97-100.
横田俊之・山下善弘・高橋一徳・鈴木浩一・鈴木敬一・林宏一・稲崎富士（ 2015），河川堤
防施設に対する GPR 探査の標準仕様検討及びデータベース試作業務報告（ その１）－
業務概要－，物理探査学会第 133 回学術講演会論文集，101-104.
山下善弘，横田俊之，高橋一徳・鈴木浩一・鈴木敬一・林宏一・稲崎富士（ 2015），河川堤
防施設に対する GPR 探査の標準仕様検討及びデータベース試作業務報告（その２）－標準技術仕様案の検討と DB 試作－，物理探査学会第 133 回学術講演会論文集，105-108.

地球惑星科学連合大会
三木茂・升元一彦・鈴木浩一・統合物理探査調査研究委員会（2016）：「統合物理探査」セッション，MTT30-02.

物理探査学会・深田地質研究所共催シンポジウム「物理探査の評価と解釈の最前線」平成 29 年 1 月 26 日
升元一彦：統合物理探査と複数物理探査の事例収集による適用傾向の分析
資-10鈴木浩一：物理探査法による地盤物性評価の最新動向
小西千里：S 波速度と比抵抗による土質判定の方法

資-11

原稿執筆者および原稿執筆協力者

原稿執筆者（敬称略）
井上敬資

2.1.2

金田朋之

2.1.4，2.1.5，

小西千里

2.3，5.3

佐々木勝

3.2.4，3.2.5，4.2，4.3

鈴木浩一

１，2.2，3.2.9，5.2

鈴木敬一

2.1.3

津野靖士

3.2.6

升元一彦

3.1，3.2.3，3.2.7，3.3

三木

１，4.1，4.4，5.1，5.4

茂

村田和則

3.2.1，3.2.2，3.2.3，3.2.4

山上順民

3.2.1，3.2.8

山下善弘

2.1.1

原稿執筆者協力者（敬称略）
倉橋稔幸
林

宏一

茂木

透

物理探査学会

統合物理探査調査研究委員会報告書

統合物理探査による地盤物性評価と土木建設分野への適用
平成 30 年 3 月

非売品

資-12