地質・土質調査業務

物理探査・検層

火薬を爆発させたり、重錐を落としたりして小さい地震波(弾性波)を起こし、この弾性波の伝わり方を調べたり、電流を流して地盤中のその流れ方を調べたりして地盤の性質や構造を調べます。

一般に地表に測線を展開するものを物理探査(弾性波探査、電気探査、電磁探査、レーダー探査など)といい、ボーリング孔内を利用するものを物理検層(PS検層、電気検層、密度検層、孔径検層など)といいます。

地表の測線とボーリング孔や立坑の測線と組み合わせて3次元的に解析し表現する手法をジオトモグラフィーといいます。高密度電気探査はジオトモグラフィーの1種で当社が得意としている分野です。

物理探査・検層の種類

弾性波探査

弾性波探査は、地山の弾性的性質の差異によって弾性波速度や伝播経路が異なることを利用して地質調査を行う方法である。地山の弾性波伝播速度は、地山の工学的性質に関係があるので、弾性波速度から地山の硬軟・割れ目の程度・風化の程度・断層破砕帯の位置および破砕の程度等の地質状況・地質構造を推定することができ、弾性波探査は重要な地質調査法である。
弾性波探査法には屈折波法・直接波法・反射波法がある。

弾性波探査概念図

弾性波探査概念図(屈折波法)

弾性波探査の原理

地層の弾性的性質は、地質の種類・生成地質年代・固結度や風化・変質・破砕の各作用等種々によって差異を有している。 弾性波探査では、弾性波伝播速度の差異としてこれを表現し、地下地質構造と力学的性状を定量的に把握しようとするものである。
弾性波動の理論によれば、均等等方な弾性体中を伝播する縦波速度(Vp)及び横波速度(Vs)は次の如く表される。

Vp=λ+2μ/ρ=E(1-σ)/(1+σ)(1-2σ)
Vs=μ/ρ=μ/ρ

ただし、
λ、μ:ラーメンの定数
ρ:密度
σ:ポアソン比
E:弾性率(ヤング率)
G:剛性率

本調査では、このうち縦波速度(Vp)を対象としている。(火薬発破や打撃による起震の場合、一般にP波が発生しやすく、かつS波に比べて速く伝播するため、P波の方が測定しやすい。岩盤の調査の場合は、P波の採用が一般的である。) ある地点で地盤に衝撃を与えると弾性波波を発生し、これらが弾性的性質の異なる境界面に達し、屈折または反射しながら伝播する。屈折した波動を利用し、屈折理論に基づいて地下構造を求めるのが屈折法である。

電気探査

電極配置の例 <地盤工学会 地盤調査の方法と解説より >

電気探査

高密度電気探査

最新の測定技術と先端のソフトを用いて精度の高い解析を行っています。

傾斜地の計測結果のモデル図

傾斜地の計測結果のモデル図

地中レーダー探査

調査結果の例

地中レーダー

PS検層(ダウンホール法)

ボーリング孔を利用して、地盤を伝播する弾性波を測定し速度を求める方法である。

測定方法

孔口から数m離れた位置に、P波およびS波の震源を設置する。次に受振器を孔内の所定深度の孔壁に圧着させ、ケーブルを通じて本体に接続する。P波震源とS波震源をそれぞれ独自に起振し、伝播してきたP波あるいはS波の波動を観測し、収録する。
P波はハンマー打撃により起振し、S波については水平に設置した板を左右両側から起振する。その深度の測定が終了した後、受振器の位置を移動し、測定を繰り返す。測定間隔は1mとする。

PS検層
図  ダウンホール法測定概念図

測定方法

(a)読みとりと走時曲線の作成
各深度で得られた波形記録から、P波およびS波の到達初動時間を読み取る。縦軸に深度を横軸に初動時間をとり、走時曲線を作成する。初動時間は、震源の孔口からの離れの補正を行う。
検層
右図において
実測走時:t(ms)
測定深度:d(m)
孔口よりの震源距離:L(m)
とすると、孔口(O)から受振点(R)に伝達したと仮定した補正走時T(ms)は次式で求められる。

T=d・t/(L2+d2)

(b)速度層協会の決定および速度の算定
走時曲線の傾きが変化する深度を速度層境界とし、各層毎の走時曲線の勾配から速度を決定する。速度層とその速度の決定においては、少なくとも3受振点の走時を用いて算出する。

(c)動弾性係数の算出
P波速度とS波速度から動ポアソン比(σ)、動剛性率(せん断弾性係数)(G)、動ヤング率(E)を算出する。
・動ポアソン比 σ={(Vp/Vs)2−2}/{2(Vp/Vs)2−2}
・動剛性率 G=ρVs2
・動ヤング率 E=2G(1+σ)

ダウンホール法以外に孔内受発振法、2孔以上を利用する孔間法がある

電気検層

ボーリング孔内に電位電極と電圧電力を配したゾンデを挿入し電位電極のピッチを変えて地層の比抵抗(見かけ)分布を把握する検層である。

地層の比抵抗は主に間隙率とこれを満たす地下水の電導度で決められる。

実際には地下水と孔内水(特に泥水)とは電導度が違うから補正が必要である。

微細構造の把握には電極間隔がcmオーダーで孔壁密着移動法(マイクロ検層)、石炭や石油の探査ではmオーダーの電極が使われる。一般土木調査では25,50,100cmや16,32,64cmなどの組み合わせの電極間隔が多い。マイクロ検層以外はノルマル検層と呼ばれる。

一般に自然電位も測定し地層の分布や対比、地下水の状況などに高精度の結果が得られ、地質・土質調査で非常に多く利用され手法である。

電気検層結果の例(地盤工学会 地盤調査法より)

電気検層結果の例(地盤工学会 地盤調査法より)

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