地質と物理探査

地質を調べる方法としてはボーリング機械により、直接地質試料を採取する方法がよく知られていますが、人為的に発生させた物理現象の反応を測定し、これを解析する物理探査法もあります。

(1)物理探査の種類
物理探査の種類としては、
①弾性波探査
②電気探査
③電磁探査
④磁気探査
⑤重力探査
⑥放射能探査
⑦地温探査
等に区分されます。
下図の地盤調査における物理探査方法の一覧表を参照してください。
このうち地質調査でよく使われている弾性波探査と電気探査について説明します。

(2)弾性波探査
①屈折法
地すべりの調査技術として弾性波探査が用いられる場合には、そのほとんどがP波による屈折法探査です。
屈折法地震探査とも呼ばれ、地表または地中でのダイナマイトの発破などによって人工的に発生させた弾性波(縦波:P波、または横波:S波)が直接または屈折して地層中を伝播する状況を地表に設置した測定装置で観測し、その結果を解析して地下構造を調べます。
②反射法
反射波を利用するのが反射法探査です。
反射法探査は、火薬やハンマー等で起振させた反射波を多数の受振器で取得し、測定器で記録します。
屈折法探査と比較すると多くの起振点が必要となります。
③音波探査
音波探査は音響測深機よりも周波数の低い無指向性の音波を発振し、海底および海底下の地層境界で反射した反射波を記録し、海底下の地質構造を把握する方法です。
④常時微動測定
地盤の常時微動とは、地盤中を伝播する人工的または自然現象による種々の振動のうち、特定の振動源から直接的に影響を受けない状態で、さまざまな振動によって誘起される微小な地盤振動です。
常時微動測定は、この微小な地盤振動を測定して地盤種別の判定を行います。
⑤表面波探査
表面波探査は、地盤の地表付近を伝わる表面波(レイリー波)を多チャンネルで測定・解析することにより深度20m程度までの地盤のS波速度を二次元断面として画像化する方法です。
平坦面での調査手法として開発されているため、起伏の少ない箇所や法面の小段などでの実施に限られます。
⑥弾性波トモグラフィ
弾性波トモグラフィ探査とは、医学分野で用いられているX線CTの手法を地盤、岩盤の弾性波探査に応用し、より詳細な弾性波速度分布断面を求めようとする探査法です。
調査対象領域を取り囲むように測定を行ない、対象領域を通過してきた弾性波の初動走時の情報を用いて、領域内の速度分布を逆解析(インバージョン)手法により求めます。

(3)電気探査
①比抵抗法
土木の地質調査に用いられる電気探査では、比抵抗法が最も利用されています。
地すべりの調査でも比抵抗法が圧倒的に多く、中でも最近は2次元比抵抗法(2次元探査、高密度電気探査ともいう)が主流になってきました。
比抵抗法で把握できる地質状況は、地質分布、断層破砕帯・変質帯の有無、風化程度、地下水状況などで、測定の結果は、比抵抗値とその断面及び平面の分布図で示されます。
②IP法
IP法は、主に熱水変質や風化変質などで生じた鉱床の探査に利用されてきました。
IP法は地下の電気化学的情報が得られる数少ない物理探査の方法であり、地下構造を構成する物質の判定などにも用いることができますが、地下の比抵抗や充電率を正確に求めるためには、電気化学的に安定な非分極性電極を使用する必要があります。
③電位法
電位法は、SP法とも言い、地盤に普段に流れている電流によって生じる電位差の分布を測定する方法です。
地すべり地においては、地下水の移動に伴って発生する電位を測定して地下水経路を求めることに利用されています。
④比抵抗トモグラフィ
比抵抗トモグラフィは、地下の不均質性及び流体の状態を良好に反応するため、破砕帯・変質帯、貫入岩体や空洞の調査及び地下水経路や地盤改良効果判定等の調査に利用されています。
測定は、地表面とボーリング孔内に等間隔で電極を配置し、任意の電極から電流を流して、そのときの電位を他の電極で測定します。

地盤調査における物理探査方法の一覧表
 方法物理現象測定項目主な利用
弾性波探査屈折法弾性実体波弾性波速度地盤構成・物性
反射法弾性実体波反射係数地盤構成
音波探査音波反射係数海底地盤構成
常時微動測定地盤振動卓越周期地盤特性
表面波探査弾性表面波伝播速度浅部地盤特性・物性
浅層反射法弾性実体波反射係数地盤構成
弾性波トモグラフィー弾性実体波弾性波速度詳細地盤構成・物性
電気探査比抵抗法電流・電位差見掛け比抵抗地盤構成・地下水
IP法電気分極周波数効果・充電率熱水変質帯判別
電位法自然電位電位差変質帯判別
比抵抗トモグラフィー電流・電位差見掛け比抵抗詳細地盤構成
電磁探査MT法電流・電位見掛け比抵抗深部地盤構成
地下レーダー電磁波反射係数深部地盤構成
電磁波トモグラフィー電磁波電磁波速度・減衰詳細地盤構成
その他磁気探査静磁気・地磁気磁気異常磁性物質分布
重力探査重力重力異常地質構造
放射線探査放射能放射線強さ断層
地温探査地中熱地中温度水みち
リモートセンシング電磁波スペクトル地質構造

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