JP2004279064A - Ｓ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性波を用いて３次元的な解析結果を得るためには、平行に配置された複数の測線を配置しければならず、位置の異なる複数の発震点が必要となることから、反射波データ取得作業量が２次元探査に対し大幅に増大する。
【解決手段】Ｓ波の振動を検出する受振器を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを、並列に複数設けたＳ波受振装置１３を設置し、前記受振装置における複数の配列ラインから所定距離離れた位置の地面で、発震板１１を用いてＳ波による振動を加震し、前記Ｓ波の地中からの反射波を反射波の受振データを収録し、Ｓ波受振装置１３、発震板１１を重機も用いて牽引・移動することにより、複数の配列ライン及び発震機の移動を行い、加震、反射波の受振データの収録を繰り返すことで、３次元反射法探査データ取得する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川堤防の堤体盛土内部、海岸護岸盛土内部の状況を、弾性波を用いて間接的に診断する弾性波を用いた探査のうち、Ｓ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川堤防の堤体盛土層内部の状況を、概査的に診断する非破壊探査方法として、従来から、高密度電気探査や地中レーダ探査、弾性波を用いた２次元もしくは３次元反射法探査が行われている。
【０００３】
（１）高密度電気探査は、電流電極から地中に電気を流し、別の電極で電位を測定することにより、地下の比抵抗分布を２次元断面的に把握し、地下構造を推定する物理探査手法である。一般に、粘土は砂に比較して比抵抗が小さいため、粘性土や砂質土といった、堤防盛土内部における土質構造の把握に適している。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
（２）地中レーダ探査は、ＶＨＦ帯の周波数３００ＭＨｚ前後の電磁波を地中に送信することによって、地下構造を調査する物理探査手法である。高周波の電磁波を使用するため、分解能に優れ、地中埋設物や空洞等を精度よく、しかも簡便に検出することができる。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
（３）弾性波を用いた反射法探査は、所定間隔で直線状に受振器を配置した測線を設置し、その終端に発震点を置き反射波の受振データを取得する。また、探査する範囲に応じて受振器の再配置、発震点の移動を行い、受振器より反射波の受振データを取得する。取得した反射波データを解析することにより、測線下の緩み領域等の地盤状況を、受振器の配置の状態に応じて２次元あるいは３次元的に調べることができる。なお、弾性波を用いた探査は、高密度電気探査や地中レーダ探査に比べ一般的に性能よく地下構造を捉えることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１０６８３号公報（段落番号０００２−０００５、図１）
【特許文献２】
特開２００２−４８８６５号公報（段落番号０００２−０００４、図５、図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の高密度電気探査や地中レーダ探査、弾性波を用いた２次元もしくは３次元反射法探査には以下の問題がある。
（１）高密度電気探査は、水や金属のように、比抵抗の小さい良導体の影響を強く受けるため、盛土層内の含水状態や金属製の埋設物、さらに地上の送電線等により悪影響を受けるという問題がある。また、比抵抗分布のイメージは必ずしも地下構造と一致せず、解析断面の解釈に熟練と経験を要し、探査結果に技術者の能力によるバラツキが生じるという問題がある。さらに、堤防の天端や小段がアスファルト等によって舗装されている場合には、電極を打ち込むための特別な処置を必要とするという問題がある。
【０００８】
（２）地中レーダ探査は、送信源として用いる電磁波のエネルギー的な制約から、探査深度がおおむね２ｍ以浅に限られるので、高さ２ｍより低い堤防にしか適用できないという問題がある。また、電磁波は誘電率の高い水や良導体である金属の影響により変形しやすい性質があるため、地下水や金属製の埋設物によって探査結果が大きく歪められるという問題がある。
【０００９】
（３）弾性波を用いた２次元反射法探査は、受振測線と発震測線は、同一線上に設置して、測線直下の地下構造を調査する。このとき、側方からの反射波は、地下の構造情報を有しているにもかかわらず、取得したデータ内においてノイズとして扱われる。このため、有意な地下情報を解釈するのに、専門的なノウハウが必要となるという問題がある。また、測線下の２次元的な地下構造しか得られず、限定的な地下構造情報しか得られないという問題もある。
【００１０】
一方、弾性波を用いた３次元反射法探査では、通常、複数の受振器からなる測線を平行に配置するため、側方からの反射波も利用でき、弾性波を用いた２次元反射法探査での問題点を解決でき、かつ３次元的な地下構造情報を得ることができる。しかしながら、３次元的な解析結果を得るためには、平行に配置された複数の測線を配置しければならないこと、位置の異なる発信点が複数必要となること、から現場での反射波データ取得作業量が２次元反射法探査に対し大幅に増大する、という問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、探査領域での反射波の受振データ取得作業の簡素化を図ることのできるＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法を提供することを目的とする。また、本発明は、弾性波を用いた反射法探査のもつデータ品質を低下させることなく３次元反射法探査データが取得できるＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した課題を解決すべく、なされたもので、本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法においては、
Ｓ波の振動を検出する受振器（例えば、実施の形態の受振器ユニット３３）を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを、並列に複数設けた受振装置を設置し（例えば、実施の形態におけるＳ波受振装置１３）、
前記受振装置における複数の配列ラインから所定距離離れた位置の地面で、牽引手段付き発震機（例えば、実施の形態におけるミニバックホー（商標：以下では省略）１２と発震板１１）を用いて、Ｓ波による振動を加震し、
前記Ｓ波の地中からの反射波を前記受振器により受振し、
該反射波の受振データを収録し、
前記受振装置を前記牽引手段付き発震機により牽引することにより、該複数の配列ライン及び発震機の移動を行い、加震、反射波の受振データの収録を繰り返すことで、３次元反射法探査データを取得する
ことを特徴とする。
【００１３】
受振器を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを並列に複数設けることで、受振器の設置が容易となる。例えば、発震機で、受振装置をほぼ直線方向に牽引するのみで、探査領域に対して受振器を所定位置に容易に配置することができ、３次元解析のために必要となる反射波の受振データを収録する際の作業量を大幅に減らすことができる。さらに、受振装置の移動の際に発震機で牽引することで、複数設けられた配列ラインの移動設置も容易となる。なお、Ｓ波は波長が短いことから、Ｓ波を用いることで高解像度の３次元解析が可能となる。
【００１４】
また、本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法においては、前記複数の配列ラインを４本とし、前記発震機による加震は複数の配列ラインの端部を結ぶ直線に対して所定距離離れた平行線上に於いて、異なる３点の位置で加震することを特徴とする。
【００１５】
これにより、従来の弾性波を用いた２次元反射法探査では、探査できなかったより小さな空洞も効率よく探査できるようになる。また、側方からの反射データもノイズとして扱う必要がなく、本発明を堤防に適用した場合、堤防盛層土内の状況や構造の把握に有効に適用できる。なお、探査領域を考慮して、配列ラインを可能な範囲で最大限に増やし、加震する位置を取得するデータの品質が維持できる範囲で可能な限り減らすことにより、Ｓ波を用いた３次元反射法探査データ取得作業を効率的に行える。
【００１６】
例えば、３次元反射法探査データの品質を維持するために、配列ラインを２本から４本にする代わりに、加震を行う発震点を５点から３点に減らした場合、配列ラインの牽引による設置作業量は変わることなく、加震のための作業量は約３／５に減らすことができる。
【００１７】
また、本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法においては、前記受振装置と前記発震機は、前記牽引手段付き発震機により略１［ｍ］間隔で移動させながら測定を行うことを特徴とする。
【００１８】
これにより、堤防の天端や小段のような長尺状の探査領域において３次元反射法探査データ取得を行う際に、比較的早く広い範囲にわたって、３次元反射法探査としての品質を低下させることなく経済的に探査を行える。また、移動間隔を取得するデータの品質が維持できる範囲で広げることで、Ｓ波を用いた３次元反射法探査データ取得を効率的に行える。
【００１９】
例えば、配列ラインが２本、発震点が５点、受振装置の移動距離が略０．５ｍとほぼ同等の３次元反射法探査データを取得しようとすると、配列ラインが４本、発震点が３点の場合には、受振装置の移動距離を略１ｍとすることができる。この場合、移動に関する作業量は約１／２に減らすことができる。従って、配列ラインが２本、発震点が５点、受振装置の移動距離が略０．５ｍの場合の作業量と比較すると、作業量を約３／１０（＝３／５×１／２）に減らすことができる。
【００２０】
また、本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法においては、受振器の配置間隔および発震点間隔を略５０ｃｍとし、最小ビンサイズを略２５ｃｍとすることを特徴とする。
【００２１】
これにより、堤防の一般的な大きさや、構造物の大きさに適合した探査が効率的に行える。
【００２２】
【発明の実施の形態】
Ｓ波を用いた３次元反射法探査（３次元Ｓ波反射法探査）はＰ波反射法探査と比べて、用いるＳ波の弾性波速度がＰ波と比べて遅いという特性から同一周波数成分の観測が可能な場合、高分解能化を図ることが可能になる。また、３次元反射法探査は、２次元探査ではその存在位置や存在形態の特定が困難な構造や形状の埋設物を高精度で調べることができる。また、Ｓ波を用いることで、深度１０ｍ程度までの地盤浅層部を対象とする土木分野への適用が容易となる。
【００２３】
前述の通り、２次元探査では、受振器ユニット測線と発震測線は同一線上に設定されるため、測線直下の地下構造を調査することになる。すなわち、側方からの反射波は地下の情報を有しているにも拘わらず、記録上ではノイズとして扱われる。これに対し、以下で説明する３次元反射法探査では反射点を面的に分布させるとともに、全方位からの反射波を取り扱うことにより、地下の３次元的な構造を詳細に調査することが可能になる。
【００２４】
以下、本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データを取得方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、示すＳ波を用いた３次元反射法探査データの取得の概要を説明するための図である。図１の例では、ミニバックホー１２などの重機を利用して、発震板１１を横から打撃しＳ波を発震させ、該Ｓ波の地中からの反射波をＳ波受振装置１３上の受振器ユニット３３で受振し、信号ケーブル３４を通して観測車３５で３次元解析用の受振データを収録する。
【００２６】
本探査データ取得方法において用いる探査装置（探査システム）は、Ｓ波受振装置１３と、重機であるミニバックホー１２および発震板１３からなる発震機と、図２に示す観測装置３５ａとにより構成される。また、Ｓ波を用いた３次元反射法探査データの取得を効率よくするために、探査装置は、観測装置３５ａを搭載した観測車３５をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
（１）Ｓ波受振装置の概要
Ｓ波を用いた探査は、反射法地震探査の手法を、陸上のごく浅層部に適用できるように開発された技術である。探査深度は、地盤・地質条件により異なるが、一般的に深度２、３ｍから深度５０ｍ程度である。従来の陸上探査では、受振器ユニットは各個が独立したものとして使用され、展開の移動に際しては各受振器ユニットを別々に移動させる必要があった。このため、精度を上げる目的で移動間隔を狭くすると、作業量が膨大となり、観測にかなりの日数を要してしまう問題があった。Ｓ波受振装置は、この点を改良する目的で開発されたもので、例えば図２に示すように、９６チャネル（ｃｈ）の受振器ユニット３３を非伸縮性ベルト３１上に一定間隔（Ｘ）で取り付ける。このベルトを曳くことにより一度に、しかも容易に受振器ユニット３３の展開移動を行うことができる。Ｓ波受振装置１３は、受振器ユニットの固定に自重を用いるため地表面が整地されている必要がある。また、各受振器ユニットがベルトでつながっているため測線上に障害物があると使用できない。しかし、堤防に天端や小段は一般に平坦で障害物がないので、若干の整地や草刈りを行えば使用可能である。
【００２８】
図２に示したＳ波受振装置１３の構成例では、４本の並列な非伸縮性のベルト３１により構成され、各ベルト３１には、略０．５［ｍ］間隔で２４個の受振器ユニット３３が配置されており、各受振器ユニットが１受振点となる。また、各ベルト３１の間隔は、０．５〜０．７［ｍ］とする。受振器ユニット３３の信号は信号ケーブル３４を通して観測車３５内の観測装置（探鉱機など）３５ａに接続される。なお、平行する４本のベルト３１は、接続板３２により固定されているが、この接続板３２を取り外してベルト３１を１本ごとに分解できる構成となっている。なお、ベルト３１上の受振器ユニット３３の間隔や各ベルト３１間の間隔は、探査深度、解析の際に必要とする解像度により決定される。また、各ベルト３１の間隔は、解析を容易にするために、おおよそ等間隔とすることが好ましい。なお、各ベルト３１上の受振器ユニット３３の個数は、観測装置３５ａの同時に反射波の受振データを収録可能なチャンネル数が９６個（＝２４個×４ライン）の場合を想定して定めた個数であり、これに限定されるものではない。また、Ｓ波受振装置１３を構成するベルト３１の本数は、探査領域の横幅、解析の際に必要となる解像度、および、必要となる解像度から決定されるベルト３１間の間隔等により決定することもできる。
【００２９】
（２）発震機
ミニバックホー１２と発震板１１を備えた発震機の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、Ｓ波受振装置１３の測線方向側から見た発震機の側面図であり、図３（ｂ）は、発震板１１をミニバックホー１２側から見た正面図である。発震板１１は、栗材等の硬質の木材からなる板材２５、板材２５の側面から打撃を与えるためのエアハンマー２６、板材２５の側面に対して所定間隔を空けてエアハンマー２６を固定する取付けアーム２８により構成される。板材２５、エアハンマー２６、取付けアーム２８は、ボルト等の取付け具により固定される。ここで、板材２５は、打撃エネルギーの損失を出来るだけ少なくするために硬質の木材を使用することが好ましい。板材２５のサイズは、おおよそ、縦２５ｃｍ、横５０ｃｍ、高さ１８ｃｍとする、なお、板材２５の材質（金属を含む）、サイズは、探査のために必要とする周波数に応じて選定する。また、エアハンマー２６による板材２５の打撃面には、単位時間あたりのエネルギーである打撃エネルギー効率を高めるために、鉄板２７で被覆することが好ましい。この場合、鉄板２７は、板材２５に対しボルト等の取付け具により固定する。
【００３０】
エアハンマー２６は、打撃効率が良く、打撃エネルギーの大きいピストン先端２６ａがエアハンマー２６のシリンダから突出した機種（例えば、エアノッカー（商標）：セイシン企業製）を用いることが好ましい。なお、エアハンマー２６は、高圧ガスを内部に充填し、十分に高圧ガスが充填された時点で、電磁弁により高圧ガスを開放することにより、ピストンが移動する構造を備えている。
【００３１】
ミニバックホー１２は、移動のための無限軌道のほか、エアハンマー２６に高圧ガスを充填するための高圧ボンベ２１と、高圧ボンベ２１とエアハンマー２６を接続する高圧ホース２２と、エアハンマー２６のピストンを動作させるための電磁弁スイッチ装置２３をさらに備える。図３に示すように、ミニバックホー１２のショベル部３０と、発震板１１の取付けアーム２８とは、ボルト等の取付け具２９により接続されている。これにより、ミニバックホー１２のアームの動作により、発震板１１の移動、すなわち発震点の移動が可能となる。
【００３２】
また、ミニバックホー１２とＳ波受振装置１３とは、図３において図示しないワイア等で接続または接続可能とされる。これにより、ミニバックホー１２の移動により、Ｓ波受振装置１３が牽引され、ミニバックホー１２の移動すなわち発震板１１の移動とＳ波受振装置１３の移動が同時に行える。
【００３３】
発震板１１を用いたＳ波の発震手順は以下のようになる。
【００３４】
Ａ：ミニバックホー１２のアームの動作により発震板１１を第１の発震点に移動・固定する。発震板１１の固定はアームのショベル部３０を介して発震板１１を地表に押し付けることにより行う。
【００３５】
Ｂ：エアハンマー１１に十分に高圧ガスが充填された時点で、ミニバックホー１２の電磁弁スイッチ装置２１により電磁弁を動作させる。これにより、エアハンマー２６が板材２５を打撃し、Ｓ波が発生する。電磁弁スイッチ装置２１の操作は、観測車３５内の観測装置３５ａの操作者の合図によりミニバックホー１２の操作者が操作することが、観測装置３５ａによる反射波の受振データの収録を確実に出来ることから好ましい。電磁弁スイッチ装置２１が無線コントロール可能であれば、観測車３５内の観測装置３５ａの操作者が無線信号により電磁弁スイッチ装置２１を動作させてもよい。
【００３６】
Ｃ：Ｂの動作を必要回数繰り返す。
【００３７】
Ｄ：ミニバックホー１２のアームの動作により発震板１１を第２の発震点に移動・固定し、手順Ｂ，Ｃを行う。
【００３８】
Ｅ：ミニバックホー１２のアームの動作により発震板１１を第３の発震点に移動・固定し、手順Ｂ，Ｃを行う。
【００３９】
Ｆ：ミニバックホー１２のアームを上げ、ミニバックホー１２を後退させることで、Ｓ波受振装置１３を牽引して次の測定地点にＳ波受振装置１３および発震板１１を移動する。
【００４０】
ここで、発震位置である第１〜第３の発震点は、ミニバックホー１２側にあるＳ波受振装置１３の端部からほぼ同距離の位置であって、ミニバックホー１２と前述の端部との間の３点とする。これら３点は、非伸縮性ベルトが４本の場合、Ｓ波受振装置１３による測線方向に直交する直線上の３点で、Ｓ波受振装置１３に対向して、ほぼ中央と、その両端とすることが、データ品質を低下させることなく３次元反射法探査データを効率よく取得できるという点で好ましい。また、３点の発震位置は、ミニバックホー１２を移動させることなく、ミニバックホー１２のアーム移動のみで発震板１１を移動できる範囲内であることが作業効率の点で好ましい。
【００４１】
（３）ＣＭＰ重合によるデータの取得
Ｓ波受振装置１３を用いて、３次元反射法探査を行う場合は、図４の発震と受振の概念を示す図のように、堤防の天端上にＳ波受振装置１３を配置し、受振測線と発震測線がおおむね同一線上になるように発震板１１を配置し、配置された発震板１１を横から打撃して堤防天端の表面に振動（Ｓ波：横波）を与え、堤防盛土内の空洞１６や亀裂１７からの反射波をＳ波受振装置１３の受振器ユニット１３ａで受振し、受振したデータを観測車３５内の観測装置３５ａで収集し、収集したデータを解析して、空洞１６や亀裂１７の有無を探査する。
【００４２】
また、図５はＳ波受振装置１３によるについて説明するための図である。以下では、理解しやすいように２次元探査を例にして説明しているが、３次元反射法探査においても受振データ取得のための基本的な概念は同様である。
受振データの取得は、図５に示すようにＳ波受振装置１３と発震源Ｓとを順次移動させながら、所定の範囲の測定を行う。
【００４３】
受振器ユニットの受振データは、観測装置などのデータ収録装置で収集されＣＭＰ重合法によりそのデータが処理される。ＣＭＰ重合法の原理についてよく知られているが、概要を説明する。地下からの反射波の信号は微弱なため、１回の発震に対して単一の受振点を設けるだけでは、信号がノイズに埋没して明瞭な反射記録が得られないことが多い。そこで、反射法探査では、１回の発震につき、多数の点で同時に受振記録をとり、Ｓ／Ｎ比の向上が図られている。このようにマルチチャネル方式で記録された受振記録は、ＣＭＰ重合という方法を用いてデータ処理される。この原理の概要について、２次元探査を例にして説明する。
【００４４】
受振点間隔および発震点間隔を一定に保った状態で取得された反射記録から、図６（ａ）に示すように、発震点をＳ１〜Ｓ６、受振点をＲ１〜Ｒ６とし、地下のある同一の反射点（共通反射点Ｄ）とすると、発震・受振点間距離（オフセット距離）の差に応じて、図６（ｂ）に示す伝播経路の異なる複数の反射記録が抽出される（ＣＭＰアンサンブル）。次に、オフセット距離の違いによる走時を補正［ＮＭＯ補正］することにより、オフセット距離ゼロ、すなわち共通反射点Ｄと直上の地表面とを結ぶ鉛直線上の記録に置き換えることができる（図（ｃ））。最後に、これらの各記録をたし合わせることにより、反射波が強調されたＣＭＰトレースと呼ばれる一つの記録に集約される（図（ｄ））。このとき、ＣＭＰトレースを作るためにたし合わせたＣＭＰアンサンブルの記録数を、ＣＭＰ重合数という。
【００４５】
３次元反射法探査の場合のＣＭＰ重合法も、原理的には２次元探査のときと同様であるが、共通反射点Ｄに相当するものはビンとよばれ、一定の面積を有するところが２次元探査場合異なる。ビンは等間隔の格子状に区切られ、同一のビンに入る反射記録がＣＭＰアンサンブルを構成し、その記録数がＣＭＰ重合数となる。
【００４６】
（４）本例におけるＳ波受振装置の仕様
本例における探査データ取得に使用する標準的な仕様について以下にまとめておく。
【００４７】

【００４８】
［堤防内探査の手順の説明］
以上、３次元Ｓ波反射法探査について説明したが、以下に、測定データの取得と測定データの解析の手順について説明する。
【００４９】
図７は、堤防内探査の手順を示すフローチャートその１であり、測定作業の準備から測定作業までの手順について示したものである。以下、図７を基に、その手順について説明する。
【００５０】
（１）最初に、調査対象となる堤防を決定する（ステップＳ１）。
【００５１】
（２）次に、調査測線を決定する（ステップＳ２）。すなわち、堤防の天端および小段の縦断方向を選定する。続いて、調査測線の測量作業を行う（ステップＳ３）。
【００５２】
（３）受振器ユニットの設置、すなわちＳ波受振装置１３の組立作業を行う（ステップＳ４）。受振器ユニット３３は９６ユニットを使用する。４本のベルトの後半部にそれぞれ２４ユニットずつ受振器ユニットを設置し（５０ｃｍ間隔）、ベルトを一定間隔に広げることにより、受振点間隔５０ｃｍ、チャネル数２４の受振測線を４本設定する（総チャネル数９６）。
【００５３】
最大オフセット（発震点−受振点の最大距離）は、最小オフセットを１ｍとした場合、１２．５ｍとなる。一般的に浅層反射法探査では、最大オフセットの目安は可探深度程度とされている。堤防探査の場合、可探深度は最大２０ｍ程度であることから、最大オフセット１２．５ｍは一般的な浅層反射法における目安に比べて小さく設定されていることになる。一定程度のオフセットを確保するのは、深度方向の解析精度を上げるためであるが、軟弱層のようにＳ波の水平速度の変化が激しい所では、最大オフセットを必要以上に大きくとると解析精度にバラツキが生じることが指摘されている。堤防の盛土層は一般に複雑な築堤履歴を持つため、Ｓ波速度は水平方向に変化する。また、沖積平野に築堤された堤防では、その下位の基礎地盤は一般に軟弱である。さらに、堤防は外形や周囲の状況から、自然地盤の地下に比べ深度方向の情報を把握しやすいので、深度方向の解析精度向上のために、最大可探深度まで最大オフセットを大きくする必要性は少ないと判断される。このため、堤防探査に特化した探査手法として、最大可探深度に対する最大オフセット１２．５ｍ程度を採用する。
【００５４】
（４）発震機及び測定本部を設置する（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００５５】
（５）その後データ取得作業に入る（ステップＳ７）。この測定におけるデータ取得には鉛直重合機能が使用される。１発震点につき４〜８回測定を行い、これらの波形記録を鉛直重合することによりＳ／Ｎ比の向上を図る。Ｓ波受振装置１３の移動は１ｍごとに発震機となるミニバックホー１２で牽引して行う。
【００５６】
データ取得において、微弱な反射波の受振信号のＳ／Ｎ比を向上させるため、同一発震点において発震を複数回繰り返し、これらを寄せ集める操作を行う。この操作は鉛直重合と呼ばれ、陸上探査のようにノイズの影響を被りやすいところでは、Ｓ／Ｎ比向上のために必要不可欠な手法となっている。通常の観測装置には鉛直重合機能が装備されていて、鉛直重合回数を設定しておくと、重合を重ねる度に波形データが自動的に加算され、最終的に１発震点につき１データファイルが作成される。
【００５７】
ここで、発震点は、ミニバックホー１２側にあるＳ波受振装置１３からほぼ同距離の位置の複数点（例えば、３点）とする。
【００５８】
震源がＳ波の場合には、受振測線に対して直角方向に振動するＳＨ波を発震させる。このとき、発震板を右から打撃する場合と左から打撃する場合とで、ＳＨ波の極性は逆転する。このように極性が逆転する場合には、通常の重合機能を使用すると反射信号が相殺されるため、データ取得の段階では、右打ちと左打ちの場合とで、それぞれ別個のファイルを作成し、データ処理の段階で１つのファイルに合成していた。これは、データ取得に２倍のファイル転送時間を要し、作業効率を低下させる要因となっていた。そこで、本例では、極性が逆転した波形データについては、自動的に極性を正常に戻す機能を付加することにより、従来通りの鉛直重合が行えるようにしている。
【００５９】
また、通常の探鉱機の鉛直重合機能は、ショットデータを加算した後モニタで波形をチェックするという方式が採用されている。このときのショットデータが大きいノイズを含んだ場合、このデータだけを除去し一つ前の段階に戻すことができず、鉛直重合を最初からやり直さなければならない。陸上探査の場合には、このようなことがしばしば発生するが、これも現場作業効率を低下させる一要因になっている。もちろん、自動加算機能は解除できるが、この場合は、すべてマニュアルによる選択となり、データ取得に遙かに時間がかかる。本例では、自動加算機能を使用している場合でも、ノイズを含んだデータだけを除去し一つ前の段階に戻すことができるようにしている。
【００６０】
また、図８は、データ解析作業の流れを説明するための図である。以下、図８を基に、本例における標準的なデータ解析作業の流れについて説明する。
【００６１】
（１）最初に、測定データのフォーマット変換を行う（ステップＳ１１）。すなわち、収録されたデータを以降の処理のために解析用のフォーマットに変換する。この際、不良データの削除や、ＴＢ補正も行う。
【００６２】
（２）次に、振幅補償を行う（ステップＳ１２）。振幅減少の効果を補償し、記録振幅の一様性を回復するために、振幅補償を適用する。また、スライディングベロシティ機能により、受振前のノイズの影響をなくす。
【００６３】
（３）帯域通過フィルタによりフィルタリングを行う（ステップＳ１３）。データの中から適切な周波数成分を取り出すことと、ノイズ除去を目的として高周波及び低周波成分を除去する。Ｓ波反射法探査では４０〜１２０Ｈｚが有用な周波数成分となる。
【００６４】
（４）スパイキングデコンボリューションを実行する（ステップＳ１４）。多重反射やゴーストなどにより変形を受けた波形を修正し、反射面をより鮮明に浮き立たせる。
【００６５】
（５）速度解析を行う（ステップＳ１５）。測線でいくつかのＣＭＰポイントを選んで、重合速度を決定する。
【００６６】
（６）ＭＮＯ補正を行う（ステップＳ１６）。それから、ＣＭＰ重合を行う（ステップＳ１７）。
【００６７】
（７）ＦＫデコンボリューションを実行（ステップＳ１７）。微弱な反射信号とノイズを分離するための予測フィルタで相対的にＳ／Ｎ比を向上させる。それから、ＣＭＰトレースに対して、再度帯域通過フィルタによりフィルタリングを行う（ステップＳ１９）。
【００６８】
（８）それから、レベル測量および重合速度をもとに深度変換速度を決めて、深度変換を施す（ステップＳ２０）。それから、解析結果をモニタ画面上に表示し解釈・検討を行う。図９は、実堤防にて取得した３次元反射法探査データを用いて解析した３次元反射法探査結果の一例を示す図である。図９において、３次元反射法探査結果の表示例とともに、理解しやすいように探査領域の構造の概要を示した図も重ねて示している。３次元反射法探査結果は、深さ１５．０ｍまでの解析結果を示しており、この実堤防は堤防天端の幅が約１．７５ｍ、高さが約７．０ｍで、探査領域の長さが約６５ｍである。また、探査領域として、堤防天端の長さ方向に直交する方向に樋管が存在する領域が選択されている。解析結果より、樋管の頂部を示す反射イベントが認められるとともに、堤防盛土層と基礎地盤との境界における反射イベントも認められる。
【００６９】
なお、上記フローチャートでは説明しなかったが、堤防の天端といえども標高変化を有しており、実際の地下構造の形態を正確に知るためには、地表面の標高変化を補正することが必要な場合もある。
【００７０】
最後に、本発明による観測装置３５ａについて説明する。図１０は、本発明による観測装置３５ａの構成例を示す図であり、本発明に直接関係する部分のみを示したものである。図１０において、３５ａは観測装置、１０２は観測装置３５ａ全体を制御する制御部、１０３はＲＯＭ、１０４はＲＡＭ、１０５は測定データを表示するモニタ装置、１０６は重合データを一つ前の状態に戻す１回分データキャンセル指示スイッチ、１０７は受振器ユニットを接続するケーブル接続部、１１０は処理プログラム部、１１１は処理プログラム部内の重合処理部、１１２は１回分データキャンセル処理部、１１３はＳ波極性判定処理部を示している。図１０に示した観測装置３５ａでは、従来の観測装置と比較して、１回分データキャンセル処理部１１２とＳ波極性判定処理部１１３が新たに追加された点に特徴がある。
【００７１】
以下、処理プログラム部１１０内の各処理部に機能について説明する。
・重合処理部１１１は、受振器ユニット３３からの受振した測定データの鉛直重合処理を行う。
【００７２】
・１回分データキャンセル処理部１１２は、観測装置３５ａで自動加算機能を使用し重合処理を行いデータ測定中であっても、１回分データキャンセル指示スイッチ１０６からの指示により、ノイズを含んだ１回分のデータだけを除去し一つ前の段階に戻す処理を行う。
【００７３】
・Ｓ波極性判定処理部１１３は、極性が逆転した波形データについては、自動的に極性を正常に戻し、従来通りの鉛直重合が行えるように処理を行う。
【００７４】
なお、本発明の実施の形態において、実施箇所としては、河川堤防を想定して説明を行っているが、基本的にこの方法を他の類似箇所に応用することが可能である。河川堤防は土木工学的に言えば人工の盛土体であるが、同様な盛土体で内部状況の把握が必要なのもについては、本発明を適用することができる。このような類似箇所としては、たとえば、道路盛土体やため池の堤体、小規模なフィルダム堤体、海岸の護岸などが考えられる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７６】
たとえば、本実施の形態では、Ｓ波受振装置１３を、堤防縦断方向等に発震機の牽引により展開移動を行う受振器移動式探査手法を中心に説明した。しかし、これに限らず、受振器を固定する受振器固定式探査手法にも適用できる。受振器固定式探査手法では、例えば、観測装置が９６チャネルを備える場合、略０．５ｍ間隔で４８個の受振器ユニット３３を搭載した非伸縮性ベルト３１を２本、または、略０．５ｍ間隔で２４個の受振器ユニット３３を搭載した非伸縮性ベルト３１を４本、あるいは、略１ｍ間隔で２４個の受振器ユニット３３を搭載した非伸縮性ベルト３１を４本用いる。これらベルトを等間隔に並列配置して受振点ラインを設けることにより測線を設定する。この測線設定の際に、Ｓ波受振装置１３を利用すると効率的な測線設定が出来る。続いて、測線に並行する発震点ラインを設定する。このとき、発震点ラインおよび受振点ラインの配置は、ＣＭＰ重合法に合致するレイアウトを採用する。発震は、発震点ラインに沿って一定間隔で行い、１発震点につき、９６チャネル（＝４８×２；＝２４×４）のデータを同時に取得する。なお、発震点での加震において、本発明の発震機を用いることで発震作業を効率的に行える。以上の受振点・発震点配置を１展開分（ＣＭＰレイアウト単位）として、このレイアウトエリアの端部を部分的にオーバーラップさせながら展開移動を行い、探査領域全体の測定を行う。この展開移動の際に、Ｓ波受振装置１３を本発明の発震機で牽引することで、移動を容易にできる。
【００７７】
【発明の効果】
以上の如く本発明のＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法では、Ｓ波の振動を検出する受振器を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを、並列に複数設けた受振装置を設置し、前記受振装置における複数の配列ラインの端部から所定距離離れた位置の地面で、牽引手段付き発震機を用いてＳ波による振動を加震し、前記Ｓ波の地中からの反射波を前記受振器により受振し、該反射波の受振データを収録し、前記受振装置を前記牽引手段付き発震機により牽引することにより、該複数の配列ライン及び発震機の移動を行い、加震、反射波の受振データの収録を繰り返すことで、３次元反射法探査データ取得する。これにより、受振器を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを並列に複数設けることで、受振器の設置が容易となる。例えば、発震機で、受振装置をほぼ直線方向に牽引するのみで、探査領域に対して受振器を格子状の位置等に配置することができ、３次元解析のために必要となる反射波の受振データを収録することができる。さらに、受振装置の移動の際に発震機で牽引することで、複数設けられた配列ラインの移動設置も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ波を用いた３次元反射法探査データの取得の例を示す図である。
【図２】Ｓ波を用いた３次元反射法探査データ取得のための探査装置の構成例を示す図である。
【図３】発震機を説明するための図である。
【図４】発震と受振の概念を示す図である。
【図５】Ｓ波反射法探査による受振データの取得について説明するための図である。
【図６】ＣＭＰ重合法の原理について説明するための図である。
【図７】堤防内探査の手順を示すフローチャートその１である。
【図８】堤防内探査の手順を示すフローチャートその２である。
【図９】実堤防における３次元反射法探査結果の一例を示す図である。
【図１０】本発明による観測装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 発震板
１２ ミニバックホー
１３ Ｓ波受振装置
３１ 非伸縮性ベルト
３２ 接続板
３３ 受振器ユニット
３４ 信号ケーブル
３５ 観測車
３５ａ 観測装置
１０２ 制御部
１０３ ＲＯＭ
１０４ ＲＡＭ
１０５ モニタ表示装置
１０６ １回分データキャンセル指示スイッチ
１０７ ケーブル接続部
１１０ 処理プログラム部
１１１ 重合処理部
１１２ １回分データキャンセル処理部
１１３ Ｓ波極性判定処理部

Claims (1)

1. Ｓ波の振動を検出する受振器を所定の間隔で非伸縮性ベルトに複数個直線的に配列した配列ラインを、並列に複数設けた受振装置を設置し、
   前記受振装置における複数の配列ラインから所定距離離れた位置の地面で、牽引手段付き発震機を用いてＳ波による振動を加震し、
   前記Ｓ波の地中からの反射波を前記受振器により受振し、
   該反射波の受振データを収録し、
   前記受振装置を前記牽引手段付き発震機により牽引することにより、該複数の配列ライン及び発震機の移動を行い、加震、反射波の受振データの収録を繰り返すことで、３次元反射法探査データを取得する
   ことを特徴とするＳ波を用いた３次元反射法探査データ取得方法。

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