JP2005017084A - Measuring instrument for geological structure prospecting and geological structure prospecting system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質構造に代表される構造物の内部構造を探査するための弾性波探査および電気探査用の地質構造探査用測定器具、および、それを用いた地質構造探査システムに関し、特に、弾性波探査時の弾性波測定器である振動ピックアップと、電気探査時に使用する電極とを兼用できる地質構造探査用測定器具、および、それを用いた地質構造探査システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
地質構造に代表される構造物の内部構造を探査する手法として、従来から、弾性波探査や電気探査が行われている。弾性波探査においては、探査対象領域において人工的な地震波を発生し、各計測点で伝播してきた弾性波を測定することにより構造探査を行う。また、電気探査においては、探査対象領域において電流を流して各計測点での電位を測定することにより構造探査を行う。
【0003】
弾性波探査を行う際には、各計測点において弾性波を測定するためのセンサを備えた振動ピックアップを各計測点に設置し、探査対象となる構造物に対して人工的な地震波を与え、弾性波探査収録器を用いて各振動ピックアップで測定した弾性波データ収録する。また、電気波探査を行う際には、各計測点における電位を測定するために各計測点に電極を設置し、探査対象構造物に対して電流を流し、基準点と各電極間における電位を測定して電気探査収録器を用いてデータを収録する(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−337175号公報(段落番号00016、図4、図5)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年、構造物、特に地下構造の探査精度を高めるために、弾性波探査と電気探査との併用を行なうことがある。この場合、弾性波探査のために各計測点に振動ピックアップを設置し弾性波探査を行ない、それとは別に、電気探査のために各計測点に電極を設置し電気探査を行なわなければならい。そのため、弾性波探査と電気探査を併用した構造物の内部構造解析を行おうとすると、振動ピックアップおよび振動ピックアップ用のケーブルの設置と、電極および電極用のケーブルの設置をそれぞれ別に行わなければならず、測定データの収集に多くの労力を要する、という問題が生じる。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、特に、弾性波探査および電気探査を併用する際に、測定データの収録が容易にできる地質構造探査用測定器具、および、それを用いた地質構造探査システムを提供することを目的とする。
【0007】
【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、本発明の地質構造探査用測定器具においては、絶縁材で覆われ、弾性波を検出するセンサユニットと、前記センサユニットを計測点への設置、および、電気探査における電極としての使用に供されるアンカー兼電極と、前記センサユニットと前記アンカー兼電極との間に設けられ、少なくとも該アンカー兼電極と接触し、該センサユニットと該アンカー兼電極とを接続する台座とを備える。
【0008】
これにより、弾性波探査と電気探査の際に、地質構造探査用測定器具を共用でき、弾性波探査および電気探査の際に計測点での器具の変更をする必要がないことから、弾性波探査および電気探査のための測定データの収録を容易に行うことを可能とする。なお、弾性波探査と電気探査を併用しない場合であっても、計測点に設置する器具を共通に利用することもできるようになり、管理すべき器具の数を減らすことができる。
【0009】
また、上記の地質構造探査用測定器具は、前記センサユニットと前記アンカー兼電極との間に設けられる、前記台座を含む1又は複数の部材は、前記センサユニットと前記アンカー兼電極との間が絶縁されるとともに、前記センサユニットで測定する弾性波の減衰影響が少ないように選択される。
【0010】
これにより、センサユニットをアンカー兼電極に対して絶縁することができると共に、弾性波探査の際に、アンカー兼電極からセンサユニットへ振動を伝えられ、センサユニットで必要とする高周波の弾性波も検出でき、高精度な弾性波探査をするためのデータの収録を可能とする。
【0011】
また、上記の地質構造探査用測定器具において、前記台座は、セラミック材を用いる。
【0012】
セラミック材は、絶縁体で、弾性係数が高いことから、センサユニットとアンカー兼電極との間を絶縁し、センサユニットで測定する弾性波の減衰影響を少なくすることができる。
【0013】
また、上記の地質構造探査用測定器具において、前記台座には、前記アンカー兼電極と、前記センサユニットのリード線用端子とを、前記センサユニットと該センサユニットを覆う絶縁材との隙間を通して電極用接続線で接続するための穴が設けられる。
【0014】
これにより、弾性波探査におけるセンサユニットのリード線と、電気探査における電極(アンカー兼電極)のリード線とを共有する機構を備えることができる。
【0015】
また、上記の地質構造探査用測定器具における別の構成として、前記台座は、金属製材料であり、かつ、前記センサユニットと、該センサユニットを覆う絶縁材との隙間に出る突起部を備え、前記台座と前記センサユニットとの間に、該センサユニットで測定する弾性波の減衰影響の少ない絶縁材がさらに設けられる。
【0016】
これにより、センサユニットをアンカー兼電極に対して絶縁することができると共に、弾性波探査の際に、アンカー兼電極からセンサユニットへ振動を伝えられ、センサユニットで必要とする高周波の弾性波も検出でき、高精度な弾性波探査をするためのデータの収録を可能とする。また、弾性波探査におけるセンサユニットのリード線と、電気探査における電極(アンカー兼電極)のリード線とを共有するための構造を備えられる。さらに、アンカー兼電極とセンサユニットのリード専用端子との電気的接続時におけるノイズを低減することができる。
【0017】
また、上記の地質構造探査用測定器具において、前記センサユニットを覆う絶縁材は、前記台座の前記アンカー兼電極側の外周を包み込むように覆い、前記センサユニットと前記台座とが一体となるように形成される。
【0018】
これにより、絶縁材と台座とで覆われるセンサユニットのシールド効果を高めることができる。
【0019】
また、上記の地質構造探査用測定器具は、前記センサユニットのリード線用端子と、前記アンカー兼電極とが、電気的に接続される。
【0020】
これにより、弾性波探査におけるセンサユニットのリード線と、電気探査における電極(アンカー兼電極)のリード線とを共有することが可能となり、ケーブル設置の労力を減らすことができる。また、測定地の状況・環境にもよるが、弾性波探査においてデータの収録の際にノイズが含まれる場合、地質構造探査用測定器具においてアースを取ることになり、ノイズの低減を図ることもできる。なお、この場合、センサユニットのリード線用のマイナス端子とアンカー兼電極とを接続することが好ましい。
【0021】
また、上記の地質構造探査用測定器具は、前記センサユニットおよび前記リード線用端子に接続されるリード線を含む回路を、電気探査用データの収録時に閉回路とする手段をさらに備える。
【0022】
これにより、電気探査時におけるセンサユニットの端子間に電位差が生じることを防止でき、結果として、電気探査時におけるセンサユニットの破損を防止することができる。
【0023】
次に、本発明の地質構造探査システムは、上記の地質構造探査用測定器具と、弾性波探査用データおよび/または電気探査用データを収録する収録器とを備える。
【0024】
これにより、弾性波探査と電気探査の際に、地質構造探査用測定器具を共用でき、弾性波探査および電気探査の際に計測点での器具の変更をする必要がないことから、弾性波探査および電気探査のための測定データの収録を容易にできる。
【0025】
また、上記の地質構造探査システムは、前記収録器に収録されたデータの解析を行う解析装置をさらに備える。
【0026】
これにより、データの収録現場にて収録した、異なる種類のデータを利用して、総合的な解析をすることが可能となる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。ただし、以下の実施の形態は特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組合せのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。
【0028】
本実施の形態では、内部構造の探査として、地質構造の探査を例にして説明する。以下、本発明の一実施形態による地質構造探査用測定器具、および、それを用いた地質構造探査システムについて図面を参照して説明する。
【0029】
図1は、本発明の地質構造探査用測定器具を構成するピックアップの側面図である。なお、本実施の形態では、弾性波探査における弾性波の測定モジュールである振動ピックアップとともに、電気探査において使用される場合も含めて“ピックアップ”と呼ぶことにする。
【0030】
図1より、ピックアップは、弾性波を検出するセンサユニット11と、センサユニット11を計測点に設置するためおよび電気探査における電極として使用するアンカー兼電極15と、センサユニット11とアンカー兼電極15との間に設けられる台座14とを備える。
【0031】
ここで、センサユニット11は、センサユニット11を外部から絶縁するとともに耐候性を持たせるために、台座14を含め、絶縁性があり耐候性に優れたカバー12により覆われる。カバー12には、例えば、絶縁性、耐候性に優れるとともに、加工の容易な硬質プラスチックを用いる。センサユニット11は、測定した弾性波信号を伝えるためにプラスおよびマイナスのリード線用電極を備える。この各電極には、センサユニット11の信号を、外部に設けられる弾性波探査収録器に伝えるためにリード線13が接続される。なお、センサユニット11として一般的には、加速度計が用いられる。
【0032】
アンカー兼電極15は、ピックアップを計測点の地表面に固定・設置するために使用されると共に、電気探査時における電位を測定するための電極としても使用される。そのため、アンカー兼電極15は、導電性があり、かつ、アンカー兼電極15を地表面、あるいは岩盤に差し込む、または、打ち込んでも簡単に破損しない程度の硬さが必要となる。アンカー兼電極15の材料としては、例えば、ステンレス、真鍮、または、銅を用いる。
【0033】
台座14は、センサユニット11と接すると共に、アンカー兼電極15と接続できる構成を備える。ここで、台座14は、センサユニット11が絶縁されるように絶縁材でなければならない。また、弾性波探査における人工的な地震は1000Hz程度の周波数の波を含み、トンネル内での地質構造の探査においても200〜300Hz程度の周波数を含む弾性波の測定が必要となる。そこで、台座14は、アンカー兼電極15からセンサユニット11に伝えられる比較的高い周波数の波においても減衰が少なく、結果として高い精度の弾性波探査ができるような材料であることが好ましい。よって、台座14は、絶縁体で、かつ、金属と同程度の高い弾性係数を備えた材料であることが好ましい。図3は、代表的な材料の弾性係数Eを示した図であり、図4は、それら材料の比抵抗を示した図である。図3、図4より、台座14の好ましい材料として、例えばセラミック材料を用いる。
【0034】
センサニット11は、絶縁材で覆われると共に、測定すべき弾性波を正確に測定できるようにカバー12内において固定されていなければならない。そこで、カバー12と台座14でセンサユニット11を押さえ込むように、カバー12と台座16とは接着剤等で接着される。これにより、センサユニット11は、カバー12内において上下方向に固定される。
【0035】
また、図2に示すセンサユニット11を含む断面図のように、カバー12の内部には、センサユニット11を横方向においても固定するために、複数の突起18が設けられている。なお、図2では突起18が4個の例を示しているがこれに限定されるものではない。さらに、センサユニット11とカバー12の隙間を埋めるために、この隙間をシリコンラバー充填材等で満たす。なお、センサユニット11、カバー12、台座14、リード線13、電極用接続線16を含み一体となった弾性波の測定部を“弾性波測定部”と呼ぶ。
【0036】
また、台座14には、台座14のアンカー兼電極15側に、アンカー兼電極15を台座14に固定するためのアンカー接続用ネジが設けられる。これにより、アンカー兼電極14を計測点に差し込む、または、打ち込んだ後に、センサユニット11および台座14を含む弾性波測定部を接続することができる。また、弾性波測定部と、アンカー兼電極15とを分離して保管でき、保管も容易となる。さらに、弾性波測定部あるいはアンカー兼電極15の一方が破損した場合にも、破損した方のみを交換すればよくなる。
【0037】
さらに、台座14には、アンカー兼電極15と、センサユニット11のリード線用端子とを、センサユニット11とカバー12の隙間を通して電極用接続線16で接続するための図示しない穴が設けられている。この台座14の穴の位置は、センサユニット11側においては、センサユニット11とカバー12との隙間に位置し、アンカー兼電極15側においては、アンカー兼電極15を台座14に固定した際に、台座14から出た電極用接続線16がアンカー兼電極15で覆われる位置であることが好ましい。これにより、電極用接続線16とセンサユニット11のリード線用端子との接続が容易となると共に、測定時におけるノイズを低減することができる。なお、台座14に設けられた穴と電極用接続線16との隙間は、接着剤等の絶縁材で埋める。また、電極用接続線16とアンカー兼電極15とが接触する部分に、導電性が高くやわらかいシート状の材料を設け、この材料を介して電極用接続線16とアンカー兼電極15とが接触するようにしても良い。これにより、ノイズの低減効果をさらに高めることができる。なお、導電性が高くやわらかいシート状の材料としては、例えば金の薄片を用いるとよい。なお、図1においては、電極用接続線16は、センサユニット11のリード線用マイナス端子に接続される例を示しているが、いずれか一方のリード線用端子に接続されていればよく、プラス端子に接続されるものであってもよい。
【0038】
図5は、地質構造探査用測定器具として用いられるピックアップの第2の例における側面図である。図5において、図1と同一の部材・部品には同一の符号を付け説明を省略する。
【0039】
図1と図5に示すピックアップの相違点は、カバー12aの構造である。図1では、カバー12と台座14とを接着剤で接着する例を示したが、図5においては、カバー12aは、台座14のアンカー兼電極15側の外周を包み込むように覆う。そして、カバー12aは、センサユニット11と台座14とが一体となるように形成する。これにより、カバー12aと台座14で覆われるセンサユニット11側に水等の異物が進入することを防止するシールド効果を高めることができる。
【0040】
図6は、地質構造探査用測定器具として用いられるピックアップの第3の例における側面図である。図6において、図1と同一の部材・部品には同一の符号を付け説明を省略する。
【0041】
図6に示すピックアップにおいては、台座14bが導電性の材料であるとともに、センサユニット11とカバー12bとの隙間に突出する突起部を備える。また、このピックアップでは、センサユニット11を絶縁するためにセンサユニット11と導電性の台座14bとの間に、絶縁材を設ける。
【0042】
図7は、図6に示すピックアップのセンサユニット11とアンカー兼電極15の接続部分を拡大した図である。また、図8は、図7に示すピックアップにおける、センサユニット11および突起部19を含む断面図である。台座14bは、電気探査時にアンカー兼電極15を用いた電位測定のために導電性の材料を用いると共に、センサユニット11のリード線用端子とアンカー兼電極15とを、センサユニット11とカバー12bとの隙間を通して、電気的な接続を容易にできるようにするために、センサユニット11とカバー12bとの隙間に突出する突起部19を備える。この突起部19とセンサユニット11のリード線用端子とを電極用接続線16bで接続することにより、アンカー兼電極15とセンサユニット11のリード線用端子とを電気的に接続する。
【0043】
また、図7において、センサユニット11を導電性の台座14bから絶縁するために、センサユニット11と台座14bとの間に絶縁層を設ける。絶縁層としては、例えば、カバー12bを形成する際に、絶縁層となる部分も含めて形成するとよい。この場合、絶縁層は、カバーを形成する材料となり、一例としては、硬質プラスチックとなる。硬質プラスチックの場合、図3に示すように、弾性係数は他の材料と比べて低い値となる。そこで、センサユニット11で測定する弾性波の減衰を少なくするために、薄い層、例えば、図7に示す厚さdが1〜2[mm]程度とすると良い。
【0044】
絶縁層の別な例としては、カバー12bより弾性係数が高く、絶縁性のある材料、例えば、板状のセラミック材を台座15bとセンサユニット11との間に挟み込んでも良い。
【0045】
アンカー兼電極15とセンサユニット11のリード線用端子とを電気的に接続した際の回路構成の概念を図9、及び、図10に示す。なお、図9、図10における符号21は、各リード線13と弾性波探査収録器22とを電気的に接続するためのテイクアウト・ケーブルである。テイクアウト・ケーブル21には、リード線13を介して複数のピックアップを接続できるようになっているが、理解を容易にするために図9、図10では、1つのピックアップに着目した場合の回路構成を示している。また、図9、図10では、電極用接続線16(16b)がリード線用のマイナス端子に接続される例を示している。
【0046】
図9は、弾性探査時に、センサユニット11を利用して、弾性波探査収録器22に弾性探査用データを収録する際の、回路構成の概念を示す。弾性波探査用データの収録においては、結果的にはセンサユニット11の端子間の電圧を測定して、データの収集を行う。
【0047】
図9に示す回路の状態で電気探査を行うと、センサユニット11のプラス側とマイナス側に電位差が生じ、電気探査時にセンサユニット11を破損する恐れがある。そこで、図10に示すように、電気探査時には、センサユニット11のリード線用端子間を短絡する、すなわち、センサユニット11およびリード線13を含む回路を閉回路となるようにして、電気探査収録器23により、基準地点とアンカー用電極15間の電位を測定して、データの収集を行う。
【0048】
以上のように、アンカー兼電極15とセンサユニット11のリード線用端子とを電気的に接続することにより、弾性波探査時におけるセンサユニット11のリード線と、電気探査時におけるアンカー兼電極15を電極棒として用いた際のリード線とを共用することができる。
【0049】
リード線を共有する際に、センサユニット11の破損防止のために、電気探査時にセンサユニット11のリード線用端子を短絡し、閉回路とするための手段が必要となる。この閉回路とするための手段の一例を図11から図13を用いて説明する。
【0050】
図11は、テイクアウト・ケーブル21と弾性波探査収録器22とを接続する際の接続例を示している。この場合、テイクアウト・ケーブル21と弾性波探査収録器22とは、通常通りに接続され、弾性波探査収録器22は、各センサユニット11からの信号を処理して、弾性探査用データとして収録する。
【0051】
図12は、テイクアウト・ケーブル21と電気探査収録器23とを接続する際の接続例を示している。この場合、テイクアウト・ケーブル21と電気探査収録器23とは、短絡用コネクタ24を介して接続される。ここで、短絡用コネクタ24は、各センサユニット11のプラス側とマイナス側を短絡するとともに、電極として機能する各ピックアップからの電流を電気探査収録器23に伝える機構を備える。電気探査収録器23は、電極として機能する各ピックアップからの信号を処理して、電気探査用データとして収録する。
【0052】
図13は、短絡用コネクタ24内における、テイクアウト・ケーブル21側と電気探査用収録器23側の端子間の結線状態を示した図である。図13の例では、テイクアウト・ケーブル21に4個のピックアップが接続できる例を示している。なお、通常は、複数のピックアップからの信号を同時に収録するために、1本のテイクアウト・ケーブル21に12個ないし24個のピックアップが接続でき、収録器には同時に4本ないし8本のテイクアウト・ケーブル21を同時に接続できる構成となっている。
【0053】
図13の例では、テイクアウト・ケーブル側の端子は、端子1と端子2、端子3と端子4、・・・、端子7と端子8とがペアとなり、それらに、各ピックアップが電気的に接続される。テイクアウト・ケーブル側の端子1および端子2は、収録器側の端子aに共に結線される。これにより、センサユニット11およびリード線13を含む閉回路が形成され、概念的に図10に示すような回路を構成することができる。また、電気探査の際に電極として機能するアンカー兼電極15からの電流は、端子1、端子2を介して収録側端子aに伝えられる。他の端子(端子3,4と端子b;端子5,6と端子c;端子7,8と端子d)も同様となる。
【0054】
図12、図13では、短絡用コネクタ24を用いて物理的によりセンサユニット11およびリード線13を含む回路を閉回路とする手段を示しているが、閉回路とする手段はこれに限定されるものではない。例えば、弾性用探査収録器と電気探査収録器とを兼ね備えた兼用の収録器に、テイクアウト・ケーブを接続し、弾性波探査での収録、あるいは、電気探査での収録をソフト的に選択し、兼用の収録器へ入力されるピックアップからの信号を、上記のソフト的な選択結果に応じて制御をする。これにより、兼用の収録器は、弾性波探査時に各センサユニット11からの電圧を測定・収録できるように信号を制御し、電気探査時には、各センサニット11のリード線用端子を短絡しつつ、基準点とアンカー兼電極15との電位差を測定・収録することができる。
【0055】
図14は、本発明の地質構造探査用測定器具を構成するピックアップを含む地質構造探査システムの構成例を示した図である。図14において、これまでに説明した機器等と同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【0056】
地質構造探査の際には、始めに測定地での計測点の位置決め等をするために測量が行われる。次に、決められた計測点にそれぞれピックアップを設置し、テイクアウト・ケーブル21を用いて、ピックアップと収録器22and/or23との接続を行なう。なお、図14において、符号1は、図1、図5または図6に示したピックアップである。ピックアップ1の間隔である測定間隔は、弾性波探査が通常5〜10[m]程度、高密度の比抵抗探査を行う場合の電気探査が2[m]程度となり、測定間隔に相違がある。しかしながら、弾性波探査に高密度(高精度)の弾性波探査手法を用いる場合、弾性波探査の測定間隔が2[m]程度となり、測定間隔を統一することができる。ピックアップ1の設置、ケーブル接続を終えた後、弾性波探査によるデータ収録、電気探査によるデータ収録を所定回数づつ、順次行なう。
【0057】
図14において、地質構造探査システムは、ピックアップ1とテイクアウト・ケーブル21とを含み、さらに、弾性波探査収録器22、および/または、電気探査収録器23を含む。これにより、ピックアップ1とテイクアウト・ケーブル21を再設置することなく、弾性波探査および電気探査用のデータ収録を行うことができる。なお、弾性波探査収録器22、電気探査収録器23は、それぞれ個別の収録器であってもよく、さらには、両者の機能を備えた兼用の収録器であってもよい。
【0058】
地質構造探査システムは、収録データを解析するPC等を用いた解析装置33をさらに含んでもよい。これにより、現場でデータの収録と共に収録したデータの解析も行うことが可能となる。
【0059】
解析装置33には、各ピックアップの設置位置等の位置情報である測量データが位置情報入力装置31を介して入力される。なお、各ピックアップに高精度測量を可能とするGPS(Global Positioning System)を搭載できれば、計測点の測量の必要性がなくなり、より効率的なデータの収録が行えるようになる。
【0060】
地質構造探査システムにおいて、解析装置33を用いることにより、収録した弾性波探査用データを用いた弾性波速度データを得ることがき、収録した電気探査用データを用いた比抵抗分布データを得ることができる。さらに、解析装置33が、他の解析処理、例えば、有限要素法(FEM)等による安定解析処理を行えるようであれば、弾性波速度データ、および/または、比抵抗分布データより得られる地盤モデルを利用することで地盤の安定解析も行うとができる。
【0061】
また、解析装置33が、変換解析処理を行えるようであれば、弾性波速度データ、および、比抵抗分布データを用いて、岩盤中の隙間の度合いを示す間隙率を求め、解析対象領域の地盤の固さを示す岩盤区分を行うことができる。さらに、解析装置33は、弾性波速度データ、および、比抵抗分布データを用いて、すき間内の水あるいは空気の量を示す飽和度を求め、さらに、地図と地盤データ等を関連付けた地理情報システム(Geographical Information System: GIS)の情報を利用することで、水が出るであろう湧水個所の推定を行うこともできる。さらに、解析装置33は、ボーリングデータや検層データ等のその他の情報を蓄積したデータ・ベース装置32の情報も利用することで、他の処理、例えば基盤深度分布図の作成等も行うことができる。
【0062】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【0063】
例えば、本実施の形態において、地質構造探査を目的とした地質構造探査用測定器具および地質構造探査システムの説明を行ったが、探査対象となる構造は地質に限定されるものではない。例えば、人工的な構造物の内部構造の探査にも適用可能である。
【0064】
また、本実施の形態において、ピックアップ1は、アンカー兼電極15とセンサユニット11のリード線用端子とを電極用接続線16(16b)で予め接続する構成としている。しかし、これに限定されるものではなく、ピックアップ1は、電極用接続線16(16b)のリード線13に接続する側を、リード線13と同様にカバー12(12a、12b)の外部に出し、アンカー兼電極15に接続された電極用接続線16(16b)の端を直接、テイクアウト・ケーブル21に接続できる構造としてもよい。この場合、弾性波探査時には、電極用接続線16(16b)の端をオープン状態とし、電気探査時には、電極用接続線16(16b)の端をテイクアウト・ケーブル21に接続する。また、この場合、ケーブルは共有しないで、ピックアップ1のみを、弾性波探査、電気探査にて共有することも可能となる。
【0065】
また、本実施の形態において、ピックアップで用いられる台座14(14b)は、台座14にアンカー兼電極15を固定するための構成としてネジ構造を備えるものとして説明したが、台座14へのアンカー兼電極15の固定手段はこれに限定されるものではない。例えば、台座14のアンカー兼電極15側に先端に突起のある突部を設け、アンカー兼電極15にこの突部が挿入するとクリップするラッチ機構を設けてもよい。
【0066】
【発明の効果】
以上の如く本発明の地質構造探査用測定器具においては、カバー12で覆われ、弾性波を検出するセンサユニット11と、センサユニット11を計測点に設置すると共に電気探査における電極となるアンカー兼電極15と、センサユニッ11トとアンカー兼電極15との間に設けられ少なくともアンカー兼電極15と接触しセンサユニット11と該アンカー兼電極とを接続する台座とを備える。これにより、弾性波探査と電気探査の際に、地質構造探査用測定器具を共用でき、弾性波探査および電気探査の際に計測点での器具の変更をする必要がないことから、弾性波探査および電気探査のための測定データの収録を容易に行うことを可能とする。
【0067】
また、本発明の地質構造探査システムにおいては、上記の地質構造探査用測定器具と、弾性波探査用データおよび/または電気探査用データを収録する収録器とを備える。これにより、弾性波探査と電気探査の際に、地質構造探査用測定器具を共用でき、弾性波探査および電気探査の際に計測点での器具の変更をする必要がないことから、弾性波探査および電気探査のための測定データの収録を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の地質構造探査用測定器具の一例であるピックアップの側面図である。
【図2】本発明の地質構造探査用測定器具の一例であるピックアップのセンサユニット部分における断面図である。
【図3】代表的な材料の弾性係数Eを示した図である。
【図4】代表的な材料の比抵抗を示した図である。
【図5】本発明の地質構造探査用測定器具の他の例のピックアップにおける側面図である。
【図6】本発明の地質構造探査用測定器具の他の例のピックアップにおける側面図である。
【図7】図6に示すビップアップのセンサユニットとアンカー兼電極の接続部分を拡大した図である。
【図8】図6に示すピックアップのセンサユニット部分における断面図である。
【図9】弾性波探査時におけるセンサユニットおよびリード線からなる回路の概念を示した図である。
【図10】電気探査時におけるセンサユニットおよびリード線からなる回路の概念を示した図である。
【図11】弾性波探査収録器とテークアウト・ケーブルの接続例を示した図である。
【図12】電気探査収録器とテークアウト・ケーブルの接続例を示した図である。
【図13】電気探査収録器とテークアウト・ケーブルの接続する際に用いる短絡用コネクタの結線例を示した図である。
【図14】地質構造探査システムの構成例を示した図である。
【符号の説明】
1 ピックアップ
11 センサユニット
12、12a、12b カバー
13 リード線
14、14b 台座
15 アンカー兼電極
16、16b 電極用接続線
21 テイクアウト・ケーブル
22 弾性波探査収録器
23 電気探査収録器
24 短絡用コネクタ
33 解析装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic wave exploration and electrical exploration measuring instrument for exploring the internal structure of a structure represented by a geological structure, and a geological structure exploration system using the same, and more particularly to an elastic structure. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a geological structure exploration measuring instrument that can be used both as a vibration pickup as an elastic wave measuring instrument during wave exploration and an electrode used during electric exploration, and a geological structure exploration system using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, elastic wave exploration and electrical exploration have been performed as a method for exploring the internal structure of structures represented by geological structures. In the elastic wave exploration, an artificial seismic wave is generated in the exploration target region, and the structural exploration is performed by measuring the elastic wave propagated at each measurement point. In electrical exploration, structural exploration is performed by passing a current in the exploration target region and measuring the potential at each measurement point.
[0003]
When performing elastic wave exploration, vibration pickups equipped with sensors for measuring elastic waves at each measurement point are installed at each measurement point, and artificial seismic waves are applied to the structure to be explored, Record elastic wave data measured by each vibration pickup using an elastic wave survey recorder. Also, when conducting an electric wave exploration, an electrode is installed at each measurement point to measure the potential at each measurement point, a current is passed through the structure to be explored, and the potential between the reference point and each electrode is measured. Measure and record data using an electrical exploration recorder (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-337175 A (paragraph number 0916, FIG. 4, FIG. 5)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in order to improve the accuracy of exploration of structures, particularly underground structures, elastic wave exploration and electrical exploration may be used in combination. In this case, a vibration pickup is installed at each measurement point for elastic wave exploration, and an elastic wave exploration is performed. Separately, an electrode is installed at each measurement point for electric exploration. Therefore, when trying to analyze the internal structure of a structure using both elastic wave exploration and electrical exploration, the installation of the vibration pickup and the cable for the vibration pickup and the installation of the electrode and the cable for the electrode must be performed separately. The problem arises that much effort is required to collect the measurement data.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, when using both an elastic wave exploration and an electric exploration, a measurement instrument for geological structure exploration that can easily record measurement data, and the same are used. The purpose is to provide a geological exploration system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems. In the measurement instrument for geological structure exploration of the present invention, a sensor unit that is covered with an insulating material and detects elastic waves, and the sensor unit is a measurement point. An anchor and electrode for use as an electrode in electrical exploration, and provided between the sensor unit and the anchor and electrode, at least in contact with the anchor and electrode, and the sensor unit A pedestal for connecting the anchor and electrode.
[0008]
This enables measurement equipment for geological exploration to be shared during elastic wave exploration and electrical exploration, and there is no need to change the instrument at the measurement point during elastic wave exploration and electric exploration. It is also possible to easily collect measurement data for electrical exploration. Even when elastic wave exploration and electric exploration are not used together, it is possible to use instruments installed at measurement points in common, and the number of instruments to be managed can be reduced.
[0009]
The geological structure exploration measuring instrument is provided between the sensor unit and the anchor / electrode, and the one or more members including the pedestal are provided between the sensor unit and the anchor / electrode. In addition to being insulated, it is selected so that the influence of attenuation of the elastic wave measured by the sensor unit is small.
[0010]
As a result, the sensor unit can be insulated from the anchor / electrode, and vibrations can be transmitted from the anchor / electrode to the sensor unit during elastic wave exploration, and high-frequency elastic waves required by the sensor unit can also be detected. It is possible to record data for high-accuracy elastic wave exploration.
[0011]
In the geological structure exploration measurement instrument, the pedestal uses a ceramic material.
[0012]
Since the ceramic material is an insulator and has a high elastic coefficient, it can insulate between the sensor unit and the anchor / electrode and reduce the influence of attenuation of the elastic wave measured by the sensor unit.
[0013]
In the geological structure exploration measurement instrument, the anchor and the electrode and the lead wire terminal of the sensor unit are provided on the base through a gap between the sensor unit and an insulating material covering the sensor unit. A hole for connecting with a connection line is provided.
[0014]
Thereby, it is possible to provide a mechanism for sharing the lead wire of the sensor unit in the elastic wave exploration and the lead wire of the electrode (anchor / electrode) in the electric exploration.
[0015]
Further, as another configuration in the above-described geological structure exploration measuring instrument, the pedestal is a metal material, and includes a protrusion that protrudes into a gap between the sensor unit and an insulating material covering the sensor unit, Between the base and the sensor unit, an insulating material that is less affected by the attenuation of elastic waves measured by the sensor unit is further provided.
[0016]
As a result, the sensor unit can be insulated from the anchor / electrode, and vibrations can be transmitted from the anchor / electrode to the sensor unit during elastic wave exploration, and high-frequency elastic waves required by the sensor unit can also be detected. It is possible to record data for high-accuracy elastic wave exploration. In addition, a structure for sharing the lead wire of the sensor unit in the elastic wave exploration and the lead wire of the electrode (anchor and electrode) in the electric exploration is provided. Furthermore, noise during electrical connection between the anchor / electrode and the lead-only terminal of the sensor unit can be reduced.
[0017]
Further, in the above geological structure exploration measuring instrument, the insulating material covering the sensor unit covers the outer periphery of the pedestal on the anchor / electrode side so that the sensor unit and the pedestal are integrated. It is formed.
[0018]
Thereby, the shielding effect of the sensor unit covered with the insulating material and the pedestal can be enhanced.
[0019]
In the geological structure exploration measuring instrument, the lead wire terminal of the sensor unit and the anchor / electrode are electrically connected.
[0020]
Thereby, it becomes possible to share the lead wire of the sensor unit in the elastic wave exploration and the lead wire of the electrode (anchor and electrode) in the electric exploration, and the labor for installing the cable can be reduced. In addition, depending on the situation and environment of the measurement site, if noise is included when recording data during elastic wave exploration, grounding will be provided for the geological structure exploration measuring instrument to reduce noise. it can. In this case, it is preferable to connect the minus terminal for the lead wire of the sensor unit and the anchor / electrode.
[0021]
The geological structure exploration measuring instrument further includes means for closing a circuit including a lead wire connected to the sensor unit and the lead wire terminal when recording data for electrical exploration.
[0022]
Thereby, it is possible to prevent a potential difference from occurring between the terminals of the sensor unit during electric exploration, and as a result, it is possible to prevent damage to the sensor unit during electric exploration.
[0023]
Next, a geological structure exploration system according to the present invention includes the above-described geological structure exploration measuring instrument and a recorder that records elastic wave exploration data and / or electrical exploration data.
[0024]
This enables measurement equipment for geological exploration to be shared during elastic wave exploration and electrical exploration, and there is no need to change the instrument at the measurement point during elastic wave exploration and electric exploration. In addition, measurement data for electric exploration can be easily recorded.
[0025]
The geological structure exploration system further includes an analysis device that analyzes data recorded in the recorder.
[0026]
This makes it possible to perform a comprehensive analysis using different types of data recorded at the data recording site.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention described in the claims, and all combinations of features described in the embodiments are necessary for the solution of the invention. Is not limited.
[0028]
In the present embodiment, the search for the geological structure will be described as an example of the search for the internal structure. Hereinafter, a measurement instrument for geological structure exploration according to an embodiment of the present invention and a geological structure exploration system using the same will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a side view of a pickup constituting the measuring instrument for geological structure exploration of the present invention. In the present embodiment, it is referred to as a “pickup” including a case where it is used in an electric exploration together with a vibration pickup that is an elastic wave measurement module in an elastic wave exploration.
[0030]
From FIG. 1, the pickup includes a
[0031]
Here, in order to insulate the
[0032]
The anchor /
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
Further, as shown in the cross-sectional view including the
[0036]
The
[0037]
Further, the
[0038]
FIG. 5 is a side view of a second example of a pickup used as a measurement instrument for geological structure exploration. In FIG. 5, the same members / parts as those in FIG.
[0039]
The difference between the pickups shown in FIGS. 1 and 5 is the structure of the
[0040]
FIG. 6 is a side view of a third example of a pickup used as a geological structure exploration measuring instrument. In FIG. 6, the same members / parts as those in FIG.
[0041]
In the pickup shown in FIG. 6, the
[0042]
FIG. 7 is an enlarged view of a connection portion between the
[0043]
In FIG. 7, in order to insulate the
[0044]
As another example of the insulating layer, an insulating material having a higher elastic coefficient than that of the
[0045]
The concept of the circuit configuration when the anchor /
[0046]
FIG. 9 shows a concept of a circuit configuration when data for elastic exploration is recorded in the elastic
[0047]
When electrical exploration is performed in the state of the circuit shown in FIG. 9, there is a potential difference between the positive side and the negative side of the
[0048]
As described above, by electrically connecting the anchor and
[0049]
When sharing the lead wire, in order to prevent damage to the
[0050]
FIG. 11 shows a connection example when connecting the
[0051]
FIG. 12 shows a connection example when connecting the
[0052]
FIG. 13 is a diagram showing a connection state between terminals on the take-out
[0053]
In the example of FIG. 13, the terminal on the takeout cable side is a pair of terminal 1 and
[0054]
12 and 13 show a means for physically closing the circuit including the
[0055]
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a geological structure exploration system including a pickup that constitutes the geological structure exploration measuring instrument of the present invention. In FIG. 14, the same components as those described so far are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0056]
At the time of geological structure exploration, surveying is first performed in order to position measurement points at a measurement site. Next, a pickup is installed at each determined measurement point, and the pickup is connected to the
[0057]
In FIG. 14, the geological structure exploration system includes a pickup 1 and a
[0058]
The geological structure exploration system may further include an
[0059]
Survey data, which is position information such as the installation position of each pickup, is input to the
[0060]
In the geological exploration system, by using the
[0061]
If the
[0062]
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
[0063]
For example, in the present embodiment, the measurement tool for geological structure exploration and the geological structure exploration system for the purpose of exploring the geological structure have been described, but the structure to be explored is not limited to the geology. For example, the present invention can be applied to the exploration of the internal structure of an artificial structure.
[0064]
Further, in the present embodiment, the pickup 1 has a configuration in which the anchor /
[0065]
Further, in the present embodiment, the pedestal 14 (14b) used in the pickup has been described as having a screw structure as a configuration for fixing the anchor /
[0066]
【The invention's effect】
As described above, in the geological structure exploration measuring instrument according to the present invention, the
[0067]
Further, the geological structure exploration system of the present invention includes the above-described geological structure exploration measuring instrument and a recorder that records the elastic wave exploration data and / or the electric exploration data. This enables measurement equipment for geological exploration to be shared during elastic wave exploration and electrical exploration, and there is no need to change the instrument at the measurement point during elastic wave exploration and electric exploration. In addition, measurement data for electric exploration can be easily recorded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a pickup which is an example of a geological structure exploration measuring instrument according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a sensor unit portion of a pickup which is an example of a geological structure exploration measuring instrument according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an elastic modulus E of a typical material.
FIG. 4 is a diagram showing specific resistances of typical materials.
FIG. 5 is a side view of a pickup of another example of the geological structure exploration measuring instrument according to the present invention.
FIG. 6 is a side view of a pickup of another example of the geological structure exploration measuring instrument of the present invention.
7 is an enlarged view of a connection portion between the sensor unit of the bip-up shown in FIG. 6 and an anchor / electrode. FIG.
8 is a cross-sectional view of a sensor unit portion of the pickup shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a concept of a circuit including a sensor unit and a lead wire at the time of elastic wave search.
FIG. 10 is a diagram illustrating a concept of a circuit including a sensor unit and lead wires during electric exploration.
FIG. 11 is a diagram showing an example of connection between an elastic wave exploration recorder and a takeout cable.
FIG. 12 is a diagram showing an example of connection between an electrical survey recorder and a takeout cable.
FIG. 13 is a diagram showing a connection example of a short-circuit connector used when connecting an electric survey recorder and a takeout cable.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of a geological structure exploration system.
[Explanation of symbols]
1 Pickup
11 Sensor unit
12, 12a, 12b Cover
13 Lead wire
14, 14b pedestal
15 Anchor and electrode
16, 16b Electrode connection line
21 Takeout cable
22 Elastic Wave Survey Recorder
23 Electrical exploration recorder
24 Short-circuit connector
33 Analyzer
Claims (10)
前記センサユニットを計測点への設置、および、電気探査における電極としての使用に供されるアンカー兼電極と、
前記センサユニットと前記アンカー兼電極との間に設けられ、少なくとも該アンカー兼電極と接触し、該センサユニットと該アンカー兼電極とを接続する台座と
を備えたことを特徴とする地質構造探査用測定器具。A sensor unit that is covered with an insulating material and detects elastic waves;
Anchor and electrode provided for use as an electrode in installation of the sensor unit at a measurement point and electric exploration,
A geological structure exploration comprising: a pedestal provided between the sensor unit and the anchor / electrode, contacting at least the anchor / electrode and connecting the sensor unit and the anchor / electrode measurement tool.
ことを特徴とする請求項1記載の地質構造探査用測定器具。One or a plurality of members including the pedestal provided between the sensor unit and the anchor / electrode are insulated between the sensor unit and the anchor / electrode, and measured by the sensor unit. 2. The geological structure exploration measuring instrument according to claim 1, wherein the measuring instrument is selected so as to reduce the influence of wave attenuation.
ことを特徴とする請求項3に記載の地質構造探査用測定器具。The pedestal is provided with a hole for connecting the anchor and electrode and the lead wire terminal of the sensor unit with an electrode connection line through a gap between the sensor unit and an insulating material covering the sensor unit. The measuring instrument for geological structure exploration according to claim 3 characterized by things.
前記台座と前記センサユニットとの間に、該センサユニットで測定する弾性波の減衰影響の少ない絶縁材がさらに設けられる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の地質構造探査用測定器具。The pedestal is a metal material, and includes a protruding portion that protrudes into a gap between the sensor unit and an insulating material covering the sensor unit,
The geological structure exploration measurement according to claim 1 or 2, further comprising an insulating material between the pedestal and the sensor unit, which is less affected by attenuation of elastic waves measured by the sensor unit. Instruments.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の地質構造探査用測定器具。The insulating material covering the sensor unit covers the outer periphery of the pedestal on the anchor and electrode side so as to wrap, and is formed so that the sensor unit and the pedestal are integrated. The measuring instrument for geological structure exploration according to claim 5.
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の地質構造探査用測定器具。The geological structure exploration measuring instrument according to any one of claims 1 to 6, wherein a lead wire terminal of the sensor unit and the anchor / electrode are electrically connected.
ことを特徴とする請求項7に記載の地質構造探査用測定器具。The geological structure exploration according to claim 7, further comprising means for closing a circuit including a lead wire connected to the sensor unit and the lead wire terminal when recording data for electric exploration. measurement tool.
弾性波探査用データおよび/または電気探査用データを収録する収録器と、
を備えたことを特徴とする地質構造探査システム。The measuring instrument for geological structure exploration according to any one of claims 1 to 8,
A recorder for recording elastic wave exploration data and / or electrical exploration data;
A geological structure exploration system characterized by comprising
ことを特徴とする請求項9に記載の地質構造探査システム。The geological structure exploration system according to claim 9, further comprising an analysis device for analyzing data recorded in the recorder.
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