ＮＧＰ

地盤の性状をグラフィカルに 表示する電気探査比抵抗法

比抵抗二次元探査

日本物理探鑛株式会社

● 比抵抗二次元探査とは地下水の分布している地盤や、風化岩と基盤岩あるいは堆積層と基盤岩の境界、さらに良好な岩盤と断層破砕帯では、電流の流れ方に大きな違いが認められます。したがって、地盤に電流を流して電流の流れ方の違いを測定すれば、地下水の有無、地すべり面の形状、さらにトンネルやダム等の施工面における地山状況を事前に推定することができます。
電気探査は地盤の電気的性質、つまり地盤に電流を流した際の『比抵抗（電気の流れにくさ）』や電気化学的な『分極現象』を測定し、地盤物性を把握する代表的な物理探査法であり、調査の目的によって採用される手法が異なります。土木地質調査に適用される手法は比抵抗法と称される方法が主に利用されています。比抵抗法は地盤に直流電流（あるいは交替電流）を流し、電流の流れにくさの分布状況から地盤性状を把握する代表的な電気探査法です。
従来はコストを考慮すると一次元、つまり深さ方向あるいは等深度方向の概略の比抵抗分布しか求められませんでしたが、計算機の発達により、二次元の正確な比抵抗分布を短時間で安価に求められるようになりました。
弊社では現地測定装置や解析ソフトウェアに最新のシステムを開発・導入し、簡便な二極法のみに限定せず、三極法（ポール・ダイポール配置）、四極法、さらに比抵抗トモグラフィに至るまで、高精度の電気探査比抵抗法に取り組んでいます。

● 比抵抗二次元探査の特徴★電極配置として二極法、三極法(ポール・ダイポール配置)、四極法(ダイポール・ダ イ
ポール配置、ウェンナー配置等)に限らず、任意の配置に対応できます。
★現地での測定作業では振動・騒音を発生することがないため環境上の問題がなく、 また火薬類等の危険物を使用しないため作業上の制約がありません。
★有限要素法を用いた解析法を採用しているため、地形の影響を考慮することができ、高精度の解析結果が得られます。
★解析結果として、二次元比抵抗断面をカラー・コンター図として出力するため、地 質構造や性状等の把握が容易に行えます。
★トンネルやダムにおける地質調査のほか、地すべり・地下水・温泉・地下空洞・埋 設物等の調査に利用でき、広い適用性をもっています。

● 比抵抗二次元探査の測定
I
C2二極法（ポール・ポール配置）

比抵抗法では、一対の電流電極 C1、VC1P2P1a>10a>10aa
見掛比抵抗表示点
I三極法（ポール・ダイポール配置）

C1

P1>10aC1

ダイポール・ダイポール配置

IP2naaC2V

P1ana

P2a

見掛比抵抗表示点
IC1

ウェンナー配置VP1aP2a

流し、他の一対の電位電極 P1、P2 の間の電位差を測定します。電位差から見掛比抵抗が求められ、その変化から地下構造(比抵抗分布)を推定することができます。

VC2C2 の間に直流電流(あるいは交替直流)を比抵抗法の測定時に選択すべき要素としては、電極配置や電極間隔等があります。これらは、探査の対象・目的および探査範囲に応じて使い分けられます。
比抵抗二次元探査では、電極配置として二極法、ダイポール・ダイポール配置、ウェンナー配置あるいは三極法が用いられています。主に用いられているのは二極法で、一度遠電極を設置してしまえば作業能率がよく、また信号強度が大きいといった特徴があります。

C2a

見掛比抵抗表示点

電気探査装置遠電極(C 2)
電極切換器
地表用テークアウトケーブル

高精度・高分解能に二次元比抵抗分布を求めるためには、測点をできるだけ高密度に配置して大量遠電極(P 2) のデータを収集する必要があります。そこで、比抵抗二次元探査の測定では、測線に沿って多数の電極をあらかじめ一定間隔に設置します。そして、切換装置により電電極棒極を自動的に切換え、数多くの電極の組合わせについて電位差を自動測定します。

● 比抵抗二次元探査の解析
測定データ

測量データ

データ編集・補正
有限要素法のメッシュ作成
初期モデル作成

理論電位計算
逆解析
計算

測定値－理論値

最小二乗法による逆解析

計算終了条件

No

モデル修正

Yes

比抵抗断面図

メッシュ図

現地測定の結果得られた見掛比抵抗データの表示方法としては見掛比抵抗擬似断面が用いられてきました。しかし、擬似断面は便宜的に見掛比抵抗を断面に表示したもので、電極配置に特有の擬似的な異常が現れることがあり、これだけから比抵抗の二次元分布を推定するには限界があります。したがって、真の比抵抗分布を求めるためには二次元逆解析が必要です。
比抵抗二次元探査の解析では、地表に配置した電極を使って測定した電位データから、地下の二次元的な比抵抗分布を求めます。逆解析計算では、比抵抗分布の初期モデルを作成し、測定電極配置に対する理論電位計算を有限要素法を用いて行います。この理論計算値と測定値との差が小さくなるよ
うに、最小二乗法を用いて比抵抗モデルの修正を行います。
修正したモデルを用いて同様の計算をモデルが収束するまで繰り返し行い、最終的な比抵抗分布モデルを得ます。
理論電位計算には有限要素法を用いているため地形補正の必要がなく、複雑な地形や多様な電極配置に対応することができます。

トンネル地質調査①
比抵抗(Ω･m)

Vp=0.7～0.9km/s

地表踏査による断層破砕帯区間

標高(m)Vp=2.9～3.1km/s

Vp=0.7～0.9km/s

Vp=5.1km/s

Vp=1.3～1.5km/s

Vp=2.6～2.8km/s

F.L.

Vp=4.5km/s

低速度
破砕帯

断層
断層

断層

断層

測線距離(m)

トンネル計画線の土被りの小さい区間において、地質状況を精査する目的で探査を実施した。地質は変質度が高く緑泥石化した輝緑岩が広く分布し、亀裂や断層破砕帯に沿って蛇紋岩が認められる。概ね 160Ω･m 以下の低比抵抗部が３箇所に認められ、粘土化が著しい破砕帯の不良岩盤と判断される。これらの低比抵抗部は弾性波探査結果で低速度帯として検出された区間と一致し、調査ボーリングからも整合的な結果が得られた。

標高(m)

トンネル地質調査②

比抵抗(Ω･m)

安山岩凝灰角礫岩

安山岩

F.L.

凝灰角礫岩

測線距離(m)

トンネル計画線直下の地質構造および性状を把握する目的で比抵抗二次元探査を実施した。地質は主に第四紀更新世の安山岩溶岩と凝灰角礫岩から成り、一部に玄武岩が分布している。当該地域では多数の調査ボーリングが実施されており、これらの成果と比抵抗分布を対比すると、安山岩溶岩は概ね 200Ω･m 以上の高比抵抗部に該当し、凝灰角礫岩を覆って安山岩溶岩が分布する地質構造を想定することができた。

断層調査
比抵抗(Ω･m)
不飽和ゾーン
不飽和ゾーン

標高(m)

不飽和ゾーン

F1
地下水の多い部分（飽和ゾーン）
地下水の多い部分（飽和ゾーン）

地下水の多い部分（飽和ゾーン）

地下水の多い部分（飽和ゾーン）

測線距離(m)

トンネルを対象とした地質構造調査を目的として実施した。基盤岩として中生代末の新期領家深成岩類に属する粗粒花崗閃緑岩～花崗岩が分布し、明瞭な線状模様（リニアメント）に直交するように測線を配置した。測線距離325m 付近の谷部には、このリニアメントの主部と考えられる断層破砕帯 F1 が地表地質踏査で確認されており、粘土化～変質軟化帯の幅 0.6～0.9m、地形的に推定される断層の推定幅 5～6m で、傾斜は北へ 65°であった。当探 査では 1000Ω･m 以上の高比抵抗値を示す基盤岩中に 400Ω･m 以下の低比抵抗部が認められ、ターゲットとした断 層破砕帯 F1 以外に同傾向のものが小規模なものも含めて４箇所と逆傾斜のものが１箇所検出された。

岩盤性状調査標高(m)

比抵抗(Ω･m)

測線距離(m)

既存の導水路管に沿って周辺地山の地質状況を把握する目的で比抵抗二次元探査を実施した。付近のボーリング結果から地下水位は低いことが判明している。地質は花崗岩からなり、健岩部の比抵抗値は 1000Ω･m 以上の高い値を示している。測線の始点側には断層破砕帯が存在し、比抵抗値が 500Ω･m 以下に低下している。岩盤接着工の効果判定

施工
前深度(m)

比抵抗(Ω･m)

踏査で確認された
破砕帯、弱層部

測線距離(m)比抵抗(Ω･m)

注入工施工箇所

施工後深度(m)(直上で注入工実施)

測線距離(m)変化率(%)

注入工施工箇所

変化率

深度(m)

(直上で注入工実施)

変化率⊿R =

モルタル充填域

R2-R1×100(%)
R1

ただし、R1 は施工前の比抵抗R2 は施工後の比抵抗

測線距離(m)

節理が発達した岩盤斜面における岩盤接着工の効果判定に比抵抗二次元探査を用いた例である。測線は斜面に対して横方向に設定しており、斜面を上から見下ろした方向の断面を示している。地質は硬質頁岩から成り、表層部は施工前後ともに 20000Ω･m 以上の高比抵抗を示すが、表層部以深において施工後に比抵抗が低下した領域では、空隙にモルタルが充填されたものと考えられる。岩盤状況やモルタル注入箇所を考慮し、変化率断面で60%以下を示す領域をモルタル充填域と判定した。

空洞調査①比抵抗(Ω･m)

埋土

標高(m)

石灰岩層(未固結部)
石灰岩層（未固結部）

石灰岩

洞内堆積物

測線距離(m)

琉球石灰岩地域において、空洞の分布を把握する目的で探査を実施した。地下水位は標高 0m 付近にある。地表より深さ 2～3m は埋土で、比抵抗値は概ね 200Ω･m 以下の低い値を示す。測線の両端には人工的な構造物があり、端部はその影響を受けて比抵抗が低下しているものと考えられる。調査ボーリングの結果、比抵抗分布図中央に見られる 1000Ω･m 以上の高比抵抗部は緻密な石灰岩に対応し、比抵抗値の急変部に洞内堆積物が確認された。

空洞調査②比抵抗(Ω･m)

崖錐性の土砂石灰岩固結部

標高(m)

防空壕
石灰岩固結部

高含水比領域

測線距離(m)

測線距離 17～19m 付近の深度 4m 付近に見られる眼球状の低比抵抗領域が、現存する防空壕に相当する。地
表 付近の高比抵抗部は固結した石灰岩や崖錐性の土砂、測線距離 29m～終点にかけての高比抵抗部は固結した 石灰岩と考えられ、低比抵抗部（100Ω･m 以下）は含水比の高い地山と推測される。

空洞調査③比抵抗(Ω･m)

岩盤線
地下水滞留層標高(m)

小規模な（半径 1m 程度）
窪地がみられる

凹凸状の岩盤形態で溝 部分
では 5～9m 程度の 未固結層

亀裂の多い部分もしくは 空洞の可能性あり空洞の可能性あり

測線距離(m)

石灰岩が広く分布する地域で、空洞（鍾乳洞）の分布を把握するために比抵抗二次元探査を実施した。石灰岩中の空洞は地下水の溶食により形成される。空洞周辺の地盤は亀裂が発達し、含水比も高く粘土状を呈するものと推測される。よって、500Ω･m 以上を呈する石灰岩中の低比抵抗領域 2 箇所について、空洞の可能性ありと判定した。

河川改修に伴う地質調査
比抵抗(Ω･m)

深度(m)

礫
砂
礫泥岩
砂、ローム

測線距離(m)

河川改修に伴い地質調査を行なったものである。砂・礫から成る現河床堆積物の下位に段丘礫層、扇状地性堆積物、軽石流堆積物および泥岩が分布する。比抵抗値 100Ω･m 以下を示す領域は基盤の泥岩に対比され、測線
距離 60～70m 付近に浸食崖または断層が分布すると推定した。

火山ガスおよび地下水調査

地下
水の流れ

0

比抵抗二次元探査測線

250m

電位差(mV)-160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20

02040600

80 100 120 140 16050100200m

自然電位測定による等電位線図
比抵抗(ohm-m)
地すべり面または断層面
粘土化、破砕が著しい

標 高 (m)

地下水

測 線 距 離 (m)比抵抗二次元探査による比抵抗断面
八甲田山において、火山ガスの発生原因の解明および防災対策の立案を目的として調査を実施した。高濃度ガスの発生源と考えられる地下水の平面的流れを把握する目的で自然電位測定を行った。等電位線図における負の電位異常域の分布から、北方向および西方向に地下水が流れているものと判断した。
地下水が流れていると予想した地域において、地下水の流下方向に直行するほぼ南北方向の測線を設定して比抵抗二次元探査を実施した。比抵抗断面において、測線距離 160m 付近に顕著な地質構造的境界が認められ、地すべりまたは断層を介在して地下水が上昇した結果であると想定した。この測線上で実施した調査ボーリングの結果より、地すべりまたは断層によるものと考えられる粘土が確認された。

地下水調査①

比抵抗(Ω･m)
地下水滞留部（亀裂多い）

２号井地下水滞留部

基盤岩

標高(m)

崖錐堆積物
基盤岩

新鮮・堅固な岩盤

測線距離(m)

トンネル掘削工事に伴い渇水問題が発生したため、補償水源となる地下水脈を探す目的で比抵抗二次元探査を実施した。地質は、地表～深さ 10m 程度までは崖錐堆積物の玉石混じり砂礫、それ以深は主に石炭紀の岩盤である。探査の結果、地下水と思われる 80Ω･m 以下の低比抵抗部が測線距離 110m 付近と 200～210m 付近の２箇所に 現れた。探査後の井戸ボーリングによると、砂礫層と岩盤の境界付近に地下水が認められ、探査結果の低比抵抗 部とよく整合した。

地下水調査②比抵抗(Ω･m)

含水量の少ない(不飽和)風化土
泥質片岩

不飽和ゾーン

ボーリング 削孔水浸透部
コンクリート
擁壁の影響

盛土

都野津層群
地下水面

標高(m)

泥質片岩
高比抵抗ゾーン 新
鮮・硬質泥質片岩
あるいはチャート、輝緑凝灰岩

チャートか？
谷底堆積物
泥質片岩の傾斜方向

泥質片岩

岩質良好な泥質片岩
あるいはチャート
低比抵抗ゾーン 亀裂
多い～粘土質部（含水量多い）測線距離(m)

丘陵地山地部における水源地調査の目的で実施した。基盤岩として三郡変成帯の泥質片岩～千枚岩を主体とし、一部チャートが分布している。この基盤岩を覆って谷部には谷底堆積物が自然地盤として分布するが、その上に最大厚さ約 9m の人工盛土が造成されている。測線始点側の切土部での岩盤の比抵抗測定およびボーリングNo.5 孔での電気検層の結果から、岩盤部で 300～500Ω･m 程度の比抵抗値が得られている。当初は盛土下位の谷底堆積物中の地下水を候補に挙げていたが、探査の結果、測線距離 50m～55m、標高 65m 付近の基盤岩中に80Ω･m 以下の低比抵抗ゾーンが認められ、地下水滞留部として有望と考えられる。

電極棒設置状況
測線設定で打設した測点杭の位置に電極棒を ハンマで打込んでいる。
電極棒には取扱いが容易なステンレス製の金 属棒を用いている。

電極棒および地表用テークアウトケーブル展開状況
一定間隔に多数の電極棒を設置し、地表用テークアウトケーブルを介して測定機器に接続する。 ア
スファルト道路上では、コアカッターでアスファルトに孔をあけ、電極棒を打設している。

測定機器（左）および測定状況（右）（左）左側が電気探査装置本体、右側の２台が電極切換器である。
（右）測定データは電気探査装置に内蔵されているプリンタから記録紙に出力し、データの品質 をチェックできるようになっている。

NGP 日 本 物 理 探 鑛 株 式 会 社
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2018.7