JP2742692B2 - 電気探査方法及びその装置 - Google Patents

電気探査方法及びその装置

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JP2742692B2 JP63235547A JP23554788A JP2742692B2 JP 2742692 B2 JP2742692 B2 JP 2742692B2 JP 63235547 A JP63235547 A JP 63235547A JP 23554788 A JP23554788 A JP 23554788A JP 2742692 B2 JP2742692 B2 JP 2742692B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、地層の電気的性質の違いを利用して地下の
状態を調べる電気探査技術に関し、更に詳しくは、正負
負正又は負正正負の交番電流を流し、それ対応して発生
する信号を正負負正又は負正正負でサンプリングして平
均信号を求めることにより、信号よりも遥かに低い周波
数のノイズを大幅に低減できる電気探査技術に関するも
のである。
[従来の技術] 電気探査とは、地層の電気的性質の違いを利用して地
下の状態を調べる方法をいい、一般には大地に電流を流
して人工的に作られた電界を調査する比抵抗法のことを
指すことが多い。この比抵抗法は、一直線上に配置した
2つの電極から大地に電流を流し、そのとき生じる電位
差を別の2つの電極で測定して大地の比抵抗を求め、そ
の比抵抗分布から地下の状況を探査するものである。
大地に供給する電流としては、直流電流を流す場合と
交番電流を流す場合がある。直流電流による電気探査法
は地下深部の探査に適するものの、分極や自然電位の影
響を受けるため殆ど使用されておらず、現在では専ら交
番電流を流す方法が採用されている。
ここで使用する交番電流は、例えば第2図に示すよう
な電流波形であり、0.数Hz〜数十Hzの電流を正負1サイ
クル供給し、それに対応して発生する同様の波形の電位
を測定する。その場合、過渡現象による影響をできるだ
け少なくするために、第2図に示すように、通電開始よ
りも少し遅らせて測定電位Vのサンリングを行い平均値
を求める。なお、サンプリング時の「正」とは、測定値
の極性をそのままとして取り扱い、「負」とは測定値の
極性を反転して取り扱うことを意味する。
[発明が解決しようとする課題] ところで大地には地電流が流れ、自然電位が存在して
いる。この自然電位は数百mV〜数V程度であり10〜100
秒の間でゆっくりとした変化を示す。またその他に商用
ACノイズ等も存在する。
短周期のノイズや商用ACノイズ(50Hz程度)はフィル
タを用いることにより減少させることができるが、0.1
〜0.01Hzといった極めて低周波数のノイズは減少させる
ことが難しい。
そのため従来技術では、できるだけ大きな電圧(数百
V〜1kV)を印加して大きな電流(例えば数A)を流す
ことによってノイズ比を良くすることが考えられ、一部
実施されている場合がある。しかしこのような方法で
は、測定器が大きくなったり大きな高圧電源が必要にな
る欠点がある。
またサンプリング回数Nを増加させ、繰り返し何度も
測定することによってN1/2倍でノイズ比を良くする方
法がある。例えば第3図に示すように、信号サンプリン
グ時間を半分にして2倍測定すると低周波ノイズを低減
できる。しかしサンプリング回数Nが大きくなると測定
に多くの時間が必要となる欠点が生じる。
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、従来技術に比べて1桁以上ノイズ比を高くできる電
気探査方法及びその装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記のような目的を達成できる本発明は、大地に電流
を流し、流した電流に対応して発生する電位を測定して
地層の電気抵抗の分布を調べる方法において、正負負正
又は負正正負の交番電流を流し、それに対応して発生す
る電位信号を正負負正又は負正正負でサンプリングし平
均電位信号を求めることを特徴とする電気探査方法であ
る。前記と同様、サンプリング時の「正」とは、測定値
の極性をそのままとして取り扱い、「負」とは測定値の
極性を反転して取り扱うことを意味する。
またそのための電気探査装置は、正負負正又は負正正
負の交番電流を流す電源部と、流した電流に対応して正
負負正又は負正正負で電位信号をサンプリングする測定
部とを具備している。
[作用] 理解を容易にするために、信号電位は考えずに(信号
電位=0)直線的に変化するノイズ(測定時間に対して
十分長い周期のノイズ(超低周波数のノイズ成分)は測
定時間で見たときには直線的に変化するノイズと見なす
ことができる)が存在する場合について、第4図及び第
5図により図解して説明する。第4図及び第5図では、
横軸は時間、縦軸は電位であり、右上がりの直線がノイ
ズ成分を示している。
第4図は本発明方法を示しており、正負負正のサンプ
リングを行っている。最初の正のサンプリングでは、電
位は直流成分Aと増加勾配部分Bの和として測定される
(即ち、A+B)。次の負のサンプリングでは、電位は
直流成分Aと増加勾配部分B及び最初のサンプリングと
のタイミングの違いによる直流増加分Cの和として測定
されるが、負のサンプリングであるため極性を反転させ
て−A−B−Cとなる。3番目の負のサンプリングで
は、電位は直流成分Dと増加勾配部分Bの和として測定
されるが、負のサンプリングであるため極性を反転させ
て−D−Bとなる。最後の正のサンプリングでは、電位
は直流成分Dと直流の増加勾配部分B及び3番目のサン
プリングとのタイミングの違いによる直流増加分Cの和
として測定される(即ち、D+B+C)。各サンプリン
グにおける電位の総和を求めると零になり、このような
ノイズによる悪影響をキャンセルできることが分かる。
それに対して第5図は従来方法の一例(第3図の方
法)を示しており、正負負正のサンプリングを行ってい
る場合である。最初の正のサンプリングでは、電位は直
流成分Aと増加勾配部分Bの和として測定される(即
ち、A+B)。次の負のサンプリングでは、電位は直流
成分Aと直流の増加勾配部分B及び最初のサンプリング
とのタイミングの違いによる直流増加分Cの和として測
定されるが、負のサンプリングであるため極性を反転さ
せて−A−B−Cとなる。3番目の正のサンプリングで
は、電位は直流成分Dと増加勾配部分Bの和として測定
される(即ち、D+B)。最後の負のサンプリングで
は、電位は直流成分Dと増加勾配部分B及び3番目のサ
ンプリングのタイミングの違いによる直流増加分Cの和
として測定されるが、負のサンプリングであるため極性
を反転させて−D−B−Cとなる。各サンプリングにお
ける電位の総和を求めると−2Cとなり、それがノイズに
よる悪影響である。測定回数を考慮すると、−2C/4=−
C/2という電位が測定値に影響することになる。
これらのことから、本発明によって超低周波数領域の
ノイズを効果的に除去できることが分かる。
[実施例] 長周期のサイン波状のノイズに対する効果について、
本発明方法と従来方法を比較して説明する。第6図は、
各方法における電流波形Iとサンプリング電位波形Vの
タイミングを示しており、横軸の時間tの単位は秒であ
る。(a)は第1図に対応している正負負正のサンプリ
ングを行う本発明方法、(b)は第2図に対応している
正負のサンプリングを行う従来方法、(c)は第3図に
対応している正負正負のサンプリングを行う従来方法で
あり、いずれも4秒間で測定を行うようにタイミングを
設定し、過渡現象を考慮して電流供給開始のタイミング
に対して電位検出のタイミングを少し遅らせている。
これらの方法において、周波数0.01Hzの長周期のサイ
ン波状のノイズが入ってきた場合を考える。第6図にお
ける(a)〜(c)のサンプリングパターンでのノイズ
検出量をそれぞれS1,S2,S3とし、図中のサンプリングタ
イミング時間を用いて定積分で表示すると、次のように
表せる。ここでfは周波数(0.01Hz)、φは位相、tは
サンプリング時間である。
これら各方法について、位相φを変えてノイズ検出割
合をグラフで示すと第7図のようになる。図中の曲線I
は本発明方法のS1(正負負正)による結果を、曲線IIは
従来方法のS2(正負)による結果を、曲線IIIは従来方
法のS3(正負正負)による結果を、それぞれ示してい
る。
従来方法を表している曲線II及びIIIでは位相170度〜
180度近くにノイズの少なくなるところがあるが、曲線I
Iではノイズの最大値が約8×10-3、曲線IIIではノイズ
の最大値が約4×10-3である。
それに対して本発明方法を表している曲線Iでは、位
相80度〜90度付近でノイズが少なくなっており、ノイズ
の最大値は約2.5×10-4である。このことは、本発明方
法のS1(曲線I)は従来方法のS2(曲線II)と比較して
約32倍、従来方法のS3(曲線III)と比較して約16倍、
ノイズに強いことを示しており、本発明方法によって超
低周波数のノイズを効果的に除去できることが分かる。
上記の実施例では正負負正のタイミングで電流を流し
ているが、符号を全て反転して負正正負のタイミングで
電流を流しても同様の結果が得られる。
なおサンプリング周波数を高くすることも考えられる
が、過渡現象を考慮すると単にサンプリング周波数を上
げたとしても本発明方法のような良好な結果を得ること
はできない。
本発明における電気探査装置は、正負負正又は負正正
負の交番電流を発生する電源部と、それに対応して正負
負正又は負正正負で信号をサンプリングする測定部とを
具備している。電流の切り換えは、例えばシリコン制御
整流素子(SCR)等を用いてチャッタリングや歪が生じ
ないように行うことができる。また電位信号のサンプリ
ングは半導体スイッチやリードリレー等により行なえ
る。
本発明は地盤の電気探査に関するものであるが、本発
明方法は低周波数領域における微小信号を取り扱う場
合、超低周波数ノイズを除去する方法として利用でき、
原理的には電気の場合のみならず磁気の場合も同様に適
用可能である。
[発明の効果] 本発明は上記のように正負負正又は負正正負の交番電
流を流し、それに対応して発生する信号を正負負正又は
負正正負でサンプリングするように構成したから、超低
周波数のノイズ成分をキャンセルし、ノイズ比を大幅に
向上することができる。
本発明ではノイズ比を向上するために大きな電流を流
す必要がないから、測定器や電源を小型化できる。また
サンプル回数を多くする必要がないから測定時間が長く
なることもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の一例を示す電流波形と電位信号の
サンプリングのタイミングを示す波形図、第2図及び第
3図は従来技術の電流波形と電位信号のサンプリングの
タイミングを示す波形図、第4図は本発明方法の動作原
理の説明図、第5図は従来技術の動作原理の説明図、第
6図は長周期のサイン波状ノイズに対する効果を求める
ための電流波形Iとサンプリング電圧波形Vのタイミン
グを示す説明図、第7図は本発明方法と従来方法におけ
るノイズの位相とノイズ検出割合を示すグラフである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大地に電流を流し、流した電流に対応して
    発生する電位を測定して地層の電気抵抗の分布を調べる
    方法において、正負負正又は負正正負の交番電流を流
    し、それに対応して発生する電位信号を正負負正又は負
    正正負でサンプリングし平均電位信号を求めることを特
    徴とする電気探査方法。
  2. 【請求項2】正負負正又は負正正負の交番電流を流す電
    源部と、流した電流に対応して正負負正又は負正正負で
    電位信号をサンプリングする測定部とを具備する電気探
    査装置。
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