JP3130418B2

JP3130418B2 - 地下電磁探査方法および装置

Info

Publication number: JP3130418B2
Application number: JP27791393A
Authority: JP
Inventors: 光政岡村; 敏昭原; 誠請川; 秀浩石川; 一成和田; 章斎藤; 峻大屋
Original assignee: Toda Corp; Mitsui Mineral Development Engineering Co Ltd
Current assignee: Toda Corp; Mitsui Mineral Development Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH07110382A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下電磁探査方法およ
び装置、特に、時間領域の電磁探査原理を用い、地下構
造を求める地下電磁探査方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁誘導現象を利用して地下探査を行う
電磁探査法は、本世紀の初めに開発されて以来今日ま
で、鉱山、地熱、石油等の資源探査や地下構造調査に広
く用いられてきた。このような電磁探査法として、従来
より各種の手法が開発されており、特に今日では、地下
に人工的に電磁場を発生させ、地下探査を行う手法が実
用化されている。

【０００３】このような手法として、電磁応答を周波数
の関数として扱う周波数領域の電磁探査法と、電磁応答
を時間の関数として扱う時間領域の探査法とが知られて
いる。周知のように、周波数領域と時間領域とは、フー
リエ変換の対であり、理論的には等価である。特に、後
者は送信電流の遮断した後の電磁場のない状態で、その
測定を行うものである。このため、近年、送信ループか
ら直接入射する一磁場の影響のない、時間領域の電磁探
査法が注目されている。

【０００４】図１〜図３には、この時間領域の地下探査
法の原理が概略的に示されている。

【０００５】測定に際しては、まず図１に示すよう、地
表に送信ループ１０を設置すると共に、測定ポイントに
受信ループを設置する。そして、送信ループ１０に送信
電流を流し、この送信電流を図３（Ａ）に示すよう急激
に遮断する。これにより、図３（Ｂ）に示すよう、電磁
誘導の法則により遮断前と同じ磁場を維持しようとする
逆起電力が発生し、地表面に渦電流が発生する。この地
表面の渦電流は、大地の比抵抗に応じて減衰するが、こ
の電流の変化を妨げるような新しい渦電流が地中に生ず
る。このプロセスが繰り返され、あたかも渦電流１００
が、地下深部に伝播していくような現象が発生し、この
現象はスモークリング現象と呼ばれる。

【０００６】図２（Ａ）〜（Ｄ）には、このときの地下
の電流密度分布が時系列的に示されている。時間ととも
に、電流密度の最大値を示す部分が地下深部に浸透して
いくことが判る。

【０００７】これらの渦電流は、経路地層の比抵抗に応
じて減衰する。このため、探査位置に対応して地表に設
置された受信ループを用い、前記渦電流の減衰を電磁場
の時間関数の変化として図３（Ｃ）に示すよう検出し、
地下の比抵抗分布を知ることができる。例えば、地下が
高比抵抗の時は、渦電流は急速に減衰して行くが、低比
抵抗のときはゆっくり減衰する。

【０００８】したがって、前記受信ループを、探査位置
に応じて次々と移動させながら、受信データを集め、こ
の受信データを分析することにより、例えば図４に示す
ような地下の比抵抗分布を求めることができ、この比抵
抗分布に基づき、地下構造を知ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の時間領
域の電磁探査法では、次のような問題があった。

【００１０】前記従来の探査法では、地形、地表付
近の構造の影響が大きく、所定深度の地下構造を必ずし
も正確に測定できないという問題があった。

【００１１】即ち、探査深度より浅い領域に、比抵抗の
小さな断層等が存在すると、受信データはこの断層領域
の影響を大きく受け、正確な地下構造を測定できないと
いう問題があった。

【００１２】特に、高速道路、整備新幹線等の長大トン
ネルの施工を行う場合に、このトンネル深度に合わせて
地下の探査領域を設定することが望まれる。しかし、従
来の技術では、地形、地表付近の構造の影響が大きく、
トンネルの深度に合わせて探査深度を設定し、正確な測
定を行うことはできないという問題があった。

【００１３】受信データに外来ノイズ、環境ノイズ
等のベースノイズが含まれてしまうという問題があっ
た。

【００１４】例えば、測定領域付近に、送電線等による
外来の電磁ノイズが存在すると、その影響が測定データ
に含まれ、測定誤差を引き起こす原因となるという問題
があった。

【００１５】送信源の付近の影響（ソースオーバー
プリント）が大きいという問題があった。

【００１６】即ち、送信ループ１０の近く、例えば直下
の領域に比抵抗の小さな領域が存在すると、送信電流遮
断時に、この領域に大きな渦電流が発生し、これが受信
側の受信ループに大きなピーク電圧を発生させる。この
ため、受信側の測定器では、このピーク電圧に合わせて
測定レンジを大きく設定する必要があるため、データの
測定感度が著しく低下し、正確な測定を妨げる大きな原
因となっていた。

【００１７】このような問題は、ダイナミックレンジが
広く、しかも値の小さな受信データに対しても、感度が
良い測定器を用いることにより解消できるが、このよう
にすると、測定器自体のコストが各段に高くなり、現実
的ではない。

【００１８】このように、時間領域の探査原理を用いた
地下探査方法は、優れた特徴を有するものの、前述した
問題点をも内包しているため、その改良が望まれてい
た。

【００１９】特に最近、高速道路、整備新幹線などで
は、長大トンネルが数多く設計施行されている。これら
のトンネルでは、工期短縮によるコストダウンを図るた
め、急速施工が重要な課題である。そこで、地山状況を
迅速かつ客観的に評価できる技術の確立が必要となって
いる。その技術の一つとして、地表から百数十メートル
の深度間での比抵抗構造を正確に求め、地質構造の評価
をすることを目的とした時間領域の電磁探査方法の実現
が望まれている。

【００２０】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は、地形、地表付近の構造
の影響が小さく、しかも外来、環境ノイズによる影響が
小さく、さらには、ソースオーバープリントを小さく
し、地下構造を正確に測定することができる電磁探査方
法および装置を得ることにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、地表面側に設置されるスモークリング発
生用電流源と、地表面側の測定ポイントに設置される複
数の電磁波受信部と、を用い地下の比抵抗分布を電磁探
査する方法であって、前記スモークリング発生用電流源
に調整用交流電流を通電し、このとき前記各電磁波受信
部から得られる調整用出力を検出し記憶する調整工程
と、前記スモークリング発生用電流源に送信電流を通電
し、この送信電流を遮断することにより、地下に渦電流
が伝播して行くスモークリング現象を発生させ、前記渦
電流の減衰を前記各電磁波受信部を用い電磁場の時間関
数の変化として検出し記憶する時間領域の地下電磁探査
工程と、を、各測定ポイント毎に繰返し行い、各測定ポ
イント毎に、記憶された各電磁波受信部の調整用出力が
互いに相殺されるよう各電磁波受信部の出力合成手法を
決定し、前記探査工程で得られた各電磁波受信部の各検
出出力を前記出力合成手法により合成し電磁場の時間関
数の変化をとらえ、各測定ポイント毎の合成出力データ
に基づき地下の比抵抗分布を演算することを特徴として
いる。

【００２２】また、請求項２の発明は、地表面側に設置
されたスモークリング発生用電流源と、地表面側の測定
ポイントに設置される複数の電磁波受信部と、を用い地
下の比抵抗分布を電磁探査する方法であって、前記スモ
ークリング発生用電流源に調整用交流電流を通電し、こ
のとき前記各電磁波受信部から得られる調整用出力が互
いに相殺されるよう各電磁波受信部の出力を合成する出
力合成回路を形成する調整工程と、前記スモークリング
発生用電流源に送信電流を通電し、この送信電流を遮断
することにより、地下に渦電流が伝播して行くスモーク
リング現象を発生させ、前記渦電流の減衰を前記出力合
成回路の出力から電磁場の時間関数の変化として検出し
記憶する、時間領域の地下電磁探査工程と、を、各測定
ポイント毎に繰返して行い、各測定ポイント毎の記憶デ
ータに基づき地下の比抵抗分布を演算することを特徴と
している。

【００２３】また、請求項３の発明は、請求項２におい
て、前記調整工程では、調整用出力の正負の極性が反転
して合成されるよう前記各電磁波受信部を接続して前記
出力合成回路を形成し、かつ前記出力合成回路の出力が
０となるよう各電磁波受信部の位置調整を行うことを特
徴としている。

【００２４】また、請求項４の発明は、請求項２，３の
いずれかにおいて、前記調整工程では、調整用出力の正
負の極性が反転して合成されるよう前記各電磁波受信部
を接続し、かつ所定の電磁波受信部の出力段に出力調整
部を設けることにより前記出力合成回路を形成し、前記
出力合成回路の出力が０となるよう前記出力調整部を調
整することを特徴としている。

【００２５】また、請求項５の発明は、請求項１〜４の
いずれかにおいて、前記調整工程では、地下の探査深度
に応じて、前記調整用交流電流の周波数を設定すること
を特徴としている。

【００２６】また、請求項６の発明は、請求項１〜５の
いずれかにおいて、前記スモークリング発生用電流源と
して、送信ループを用いたことを特徴としている。

【００２７】また、請求項７の発明は、請求項１〜６の
いずれかにおいて、前記各電磁波受信部として、受信ル
ープを用いたことを特徴としている。

【００２８】また、請求項８に記載の地下電磁探査装置
は、地表面側に設置されるスモークリング発生用電流源
と、地表面側の測定ポイントに設置される複数の電磁波
受信部と、前記スモークリング発生用電流源に任意の周
波数の調整用交流電流および送信電流を選択的に通電す
る通電手段と、前記調整用交流電流の通電時に、前記各
電磁波受信部から得られる調整用出力が互いに相殺され
るよう各電磁波受信部の出力を合成する出力合成回路
と、前記送信電流の通電遮断時に発生するスモークリン
グ現象に起因する地下の渦電流の減衰を、各測定ポイン
ト毎に前記出力合成回路の出力から電磁場の時間関数の
変化として検出し、得られた電磁場の時間関数の変化に
基づき、地下の比抵抗分布を演算する地下構造演算手段
と、を含み、前記地下の比抵抗分布に基づき地下構造を
求めることを特徴としている。

【００２９】また、請求項９の発明は、請求項８におい
て、前記スモークリング発生用電流源として、送信ルー
プを用いたことを特徴としている。

【００３０】また、請求項１０の発明は、請求項８，９
のいずれかにおいて、前記各電磁波受信部として、受信
ループを用いたことを特徴としている。

【００３１】

【作用】本発明では、地表面側の所定位置に、スモーク
リング発生用電流源を設置するとともに、探査位置に対
応した測定ポイントに複数の電磁波受信部を設置する。

【００３２】そして、測定開始に先立って、前記各電磁
波受信部の出力の合成手法を決定する調整を行う。この
調整工程では、まず前記スモークリング発生用電流源に
調整用交流電流を通電し、このとき各電磁波受信部から
得られる調整用出力を検出する。次に、各電磁波受信部
の調整用出力が互いに相殺されるよう、各電磁波受信部
の出力合成手法を決定する。

【００３３】このときの出力合成手法の決定は、各電磁
波受信部の調整用出力をあらかじめメモリ等に記憶して
おき、測定終了後に、記憶されたデータに基づき行って
もよい。

【００３４】また、請求項２に記載のように、各電磁波
受信部の調整出力を互いに相殺されるよう、各電磁波受
信部の出力を合成する出力合成回路を形成するようにし
てもよい。

【００３５】前者の手法を用いる場合には、前記、
の問題を解決することができるが、の問題は引き続き
存在することになる。これに対して後者の手法（出力合
成回路を形成する）を用いる場合には、ソースオーバー
プリントにより発生するピーク電圧が、初め相殺される
ことになるため、前述したの問題も解決することがで
きる。

【００３６】そして、次に地下電磁探査工程を行う。こ
の工程においては、まず前記スモークリング発生用電流
源に送信電流を送信し、この送信電流を遮断することに
より、地下に渦電流が伝播していくスモークリング現象
を発生させる。そして、前記渦電流の減衰を、前記各電
磁波受信部を用い電磁場の時間関数の変化として検出
し、前記検出出力を前記出力合成手法により合成し、電
磁場の時間関数の変化として捉らえる。

【００３７】このような調整工程、探査工程からなる測
定動作を複数の測定ポイントに対し繰返し行い、各測定
ポイント毎に得られる電磁場の時間関数の変化に基づ
き、地下の比抵抗分布を演算する。

【００３８】このように、本発明では、複数の電磁波受
信部を用い、しかも周波数領域の電磁探査技術を用い、
地形、地表付近の構造の影響を小さくし、かつ外来、環
境ノイズの影響が小さくなるように、各電磁波受信部の
出力合成手法を決定することができる。

【００３９】特に、調整用交流電流の周波数を地下の探
査深度に応じて設定することにより、その深度より浅い
領域の影響を低減し、目標深度の地下構造を正確に測定
することができる。

【００４０】これに加えて、請求項２に記載のように、
各電磁波受信部の出力を合成する出力合成回路を形成す
ることにより、この出力合成回路からは、ソースオーバ
ープリントに起因するピーク電圧が低減された合成出力
が得られるため、受信側測定器に入力されるピーク電圧
が著しく低減され、ダイナミックレンジ等の小さな測定
回路でも、感度の高い地下探査を行うことができる。

【００４１】なお、前記スモークリング発生用電流源と
しては、請求項６に記載のように、送信ループを用いる
こともできるが、これ以外の電流源、例えば、調整用交
流電流、送信電流等を通電できる接地タイプのラインア
ンテナ等を用いてもよい。

【００４２】同様に、電磁波受信部としては、請求項７
に記載のように、受信ループを用いてもよく、またこれ
以外の電磁波受信部、例えば、接地タイプのラインアン
テナ等を用いてもよい。

【００４３】また、前記スモークリング発生用電流源
と、電磁波受信部との相対配置は、スモークリング発生
用電流源内に電磁波受信部を設置するインループ型とし
ても良く、また、スモークリング発生用電流源の外部に
電磁波受信部を設置するアウトループ型としてもよい。

【００４４】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づき
詳細に説明する。

【００４５】図５には、本発明に係る時間領域の地下電
磁探査装置の好適な実施例が示されている。

【００４６】実施例の装置は、送信ループ１０と、複数
の受信ループ２０−１，２０−２とを含む。

【００４７】前記送信ループ１０は、スモークリング発
生用電流源として機能するものであり、地表面の任意位
置に設置できるように構成されている。実施例では、縦
１００メートル、横１００〜２００メートルのループ形
状に構成されている。そして、送信用通電装置３０か
ら、前記送信ループ１０に、任意周波数の調整用交流電
流と、送信電流とが選択的に通電されるよう構成されて
いる。

【００４８】前記各受信ループ２０−１，２０−２は、
電磁波受信部として機能するものであり、地表面の任意
位置に設置できるように構成されている。そして、その
出力は出力合成回路４０で合成され、受信装置５０へ入
力されるようになっている。

【００４９】この装置を用いて、地下電磁探査を行う場
合には、探査領域に対し、地表面上における送信ループ
１０の設置位置と、複数の調査ライン１１０とをあらか
じめ設定しておく。さらに各調査ライン１１０上に、受
信ループ２０を設置する測定ポイントＰ１，Ｐ２…をあ
らかじめ設定しておく。

【００５０】そして、前記一組の受信ループ２０−１，
２０−２を用いた測定を、各測定ポイント毎に行い、得
られた測定データを受信装置５０内のメモリへ記憶す
る。

【００５１】そして、各測定ポイント毎に得られた測定
データに基づき、地下の比抵抗分布を演算し、得られた
比抵抗分布に基づき、地下の構造を求める。

【００５２】図６には、前記送信用通電装置３０と、受
信側の出力合成回路４０および受信装置５０との具体的
な構成が示されている。

【００５３】前記送信用通電装置３０は、クロック３
２、送信電流供給部３４、送信制御部３６を含んで構成
されている。

【００５４】前記送信電流供給部３４は、送信ループ１
０へ任意周波数の調整用交流電流と、図３（Ａ）に示す
送信電流とを、送信制御部３６からの指令により、選択
的に通電するように形成されている。

【００５５】このとき、送信電流供給部３４から供給さ
れる調整用交流電流の周波数は、送信制御部３６により
任意の値に設定できるように構成されている。

【００５６】また、前記出力合成回路４０は、アンプ４
２を含む。そして、各受信ループ２０−１，２０−２の
出力が逆極性になるようにアンプ４２へ入力されてい
る。

【００５７】また、前記受信回路５０は、クロック５２
と、Ａ／Ｄ変換器５４と、ＣＰＵ５６と、メモリ５８
と、入出力部６０とを含む。前記Ａ／Ｄ変換器５４は、
アンプ４２から出力される受信ループ２０−１，２０−
２の合成出力をアナログ／デジタル変換し、ＣＰＵ５６
へ入力する。ＣＰＵ５６は、入出力部６０からの指令に
基づき、Ａ／Ｄ変換器５４から入力されるデータを、メ
モリ５８に記憶させるように構成されている。

【００５８】また、前記送信用通電装置３０と、受信装
置５０は、クロック３２，５２で相互に同期を取りなが
ら動作するように構成されている。具体的には、通電装
置３０と受信装置５０とは別体に形成されているため、
測定開始に先立って、両クロック３２，５２が完全に同
期するように調整をしておく。これにより、その後、両
装置３２，５２が、完全に離れた状態になっても、両装
置は完全に同期を取って動作するようになる。

【００５９】図７には、地表面上の所定位置に送信ルー
プ１０を設置し、一組の受信ループ２０−１，２０−２
を、各測定ポイントＰ１，Ｐ２…毎に設置する様子が模
擬的に示されている。

【００６０】図８には、受信ループ２０−１，２０−２
を所定測定ポイントに設置した場合における測定手順の
フローチャートが示されている。

【００６１】まず、受信ループ２０−１，２０−２を、
例えば最初の測定ポイントＰ１に設置する場合を考える
（ステップＳ１）。

【００６２】この場合には、測定開始に先立って、ステ
ップＳ２，Ｓ３，Ｓ４からなる調整を行う。

【００６３】この調整は、前述した従来の電磁探査の問
題点〜を解決するために、周波数領域の電磁探査の
手法を用いてなされるものである。

【００６４】まず、ステップＳ２において、探査深度に
合わせて調整用交流電流の周波数ｆを設置する。このと
きの周波数ｆは、スキンディプス法によって、地表面か
らどの程度の深さまでの影響を無視できるようにするか
に基づき決定される。具体的には、電磁場が、地表面の
電磁場の１／ｅ（約３７％）になる深度を表皮深度（ス
キンディプス）と定義し、δで表す。そして、このδを
探査深度に応じて設定し、次式に基づき周波数ｆを求め
る。ここにおいて、ρは、媒質の比抵抗であり、単位は
Ω・ｍである。 δ＝５０３（ρ／ｆ）^1/2メートル …（１）例えば、図７において、探査深度をトンネル２００の通
過予定領域２１０付近に設定する場合には、この深度Ｌ
１に応じてδを設定する。そして、媒質の比抵抗ρを推
定あるいはあらかじめ測定しておき、これらの値を前式
に代入することによりｆを求めればよい。

【００６５】次に、ステップＳ３において、送信ループ
１０へ、設定された周波数ｆの調整用交流電流を通電す
る。

【００６６】このとき、測定ポイントＰ１では、各受信
ループ２０−１，２０−２から調整用出力が検出され、
各検出出力はアンプ４２で合成され、Ａ／Ｄ変換器５０
に入力されている。実施例では、このアンプ４２から合
成出力される調整用出力が０となるよう、各受信ループ
２０−１，２０−２の相対位置を調整する（ステップＳ
４）。

【００６７】即ち、この一連の調整工程では、周波数領
域の技術で所望の探査深度より浅い部分の地下構造の影
響および連続的にある環境電磁場の影響を消すような受
信ループ２０−１，２０−２の配置を決定するのであ
る。

【００６８】このために、まず調整用交流電流の周波数
ｆの設定の仕方によって、地表付近の影響を消す深度を
コントロールする（ステップＳ２）。

【００６９】さらに、受信ループとして、複数のループ
２０−１，２０−２を用意し、送信源に近い側のループ
２０−１は、遠い側のループ２０−２よりも受信モーメ
ントを小さくし、かつ各ループの出力は逆向きに接続す
る（ループ２０−１，２０−２が同じ単数の場合は、ル
ープ２０−１のループ面積をループ２０−２のループ面
積より小さく形成する）。

【００７０】そして、送信ループ１０へ調整用交流電流
を通電し（ステップＳ３）、このときアンプ４２の出力
が０となるよう、ループ２０−１，２０−２の間隔を調
整する（ステップＳ４）。

【００７１】このようにして、周波数領域の手法で設定
探査深度より浅い部分の地下構造の影響および連続的に
ある環境電磁場の影響を消すことにより、数学的には時
間領域の測定手法を用いても前記影響を消すことができ
ることになる。この結果、後述する実際の探査工程にお
いても、探査深度より浅い領域の影響を大幅に低減する
ことができる。

【００７２】このようにして、一連の調整工程が終了す
ると、次に、ステップＳ５，Ｓ６で、実際の探査動作を
行う。

【００７３】まず、送信源側において、送信ループ１０
へ、図３（Ａ）に示す送信電流を通電する（ステップＳ
５）。

【００７４】そして、この送信電流が遮断されると、図
１，図２に示すよう、地下に渦電流が伝播していくスモ
ークリング現象が発生する。このとき、前記渦電流の減
衰は、測定ポイントＰ１に設置された各受信ループ２０
−１，２０−２から、電磁場の時間関数の変化として図
３（Ｃ）に示すように検出される。そして、各受信ルー
プ２０−１，２０−２で検出された出力は、出力合成回
路４０で合成され、アンプ４２から出力され、この合成
出力はＡ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換され、Ｃ
ＰＵ５６を用いメモリ５８へ記憶される（ステップＳ
６）。

【００７５】図９には、地下の測定モデルの一例が示さ
れ、図１０には、前記探査モデルから得られる受信波形
の一例が示されている。

【００７６】図９に示す測定モデルでは、測定ポイント
Ｐ付近に、比抵抗の小さな断層２１０が存在する場合を
想定している。

【００７７】この場合、送信ループ１０に、図１０
（Ａ）に示すよう、送信電流を通電した後遮断すると、
前述したようなスモークリング現象が発生する。

【００７８】このとき、受信側の出力合成回路４０から
得られる検出出力は、比抵抗の小さな断層２１０が存在
しない場合には、図１０（Ｂ）に示すような出力波形と
なるが、断層２１０が存在する場合には、図１０（Ｃ）
に示すよう、波形の減衰率が小さくなる。特に、この小
さな断層２１０が存在する深度、位置に応じて検出波形
の減衰カーブが変動する。

【００７９】実施例では、送信電流を遮断した時点をｔ
＝０とし、ｔ＝０．１ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃの時
間範囲内で出力合成回路４０から得られる検出波形をメ
モリ５８へデジタルデータとして記憶する。

【００８０】このようにして記憶された検出データは、
浅い領域から、深い領域間での地質データをまんべんな
く含むことになる。特に、ｔが小さいほど浅い領域、ｔ
が大きいほど深い領域のデータを含む。

【００８１】このような調整工程および探査からなる一
連の測定動作を、図５または図７に示す全ての測定ポイ
ントＰ１，Ｐ２…に対し繰返し行う。

【００８２】そして、全ての測定ポイントの測定が終了
すると（ステップＳ７）、ＣＰＵ５６は、地下構造演算
手段として機能し、メモリ５８内に記憶された各測定ポ
イントでの測定データに基づき、地下の比抵抗分布を演
算し、例えば、図４に示すような地下構造モデルを作成
する（ステップＳ８）。

【００８３】特に、実施例のような時間領域の地下電磁
探査方法では、最少自乗インバーションや、変形マルカ
ート法インバーション、その他の手法を用い、このよう
な各測定ポイントの測定データから地下構造モデルを推
定演算する。このような演算手法は、周知であり従来の
技術と変わるところはない。

【００８４】実施例の地下探査方法で特徴的なことは、
複数の受信ループ２０−１，２０−２を設け、通常の時
間領域の電磁探査に先立って、ステップＳ２〜Ｓ４から
なる調整工程を行うことにある。

【００８５】前述したようにこの調整工程では、調整用
交流電流の周波数を探査深度に合わせて設定することに
より、探査深度より浅い領域の影響を低減することがで
き、特に浅い領域に比抵抗率の小さな断層等が存在する
場合でも、その影響を極力小さくすることができ、誤差
の小さな地下探査を行うことができる。

【００８６】なお、目的とする探査領域が深すぎ、調整
用交流電流の周波数が測定機器の許容上限周波数を上回
った場合には、前記調整用交流電流の周波数は、機器の
上限値に合わせてセットする。この場合でも、従来の手
法に比べ、地下構造の測定誤差を大幅に小さくすること
ができる。

【００８７】また、前述した調整工程を行うことによ
り、地表に存在する外来ノイズ、環境ノイズを除去する
ことができるため、例えば周囲に送電線などが存在する
場合でも、この送電線等に起因する外来の電磁ノイズの
影響を極力低減し、正確な地下探査を行うことができ
る。

【００８８】これに加えて、前述した調整工程を行うこ
とにより、送信源付近の影響（ソースオーバープリン
ト）を大幅に小さくすることができる。

【００８９】すなわち、例えば、図１１に示すよう、送
信ループ１０の直下に比抵抗率の小さな断層２３０が存
在する探査モデルを想定する。この場合、図１２（Ａ）
に示すよう、送信ループ１０の送信電流を遮断すると、
断層２３０の影響により、各受信ループ２０−１，２０
−２からは図１２（Ｂ）に実線で示すよう、高いピーク
電圧を持つ検出波形が出力される。従来の手法では、こ
の検出波形をそのまま測定器へ入力していたため、ピー
ク電圧に対応した広いダイナミックレンジを設定する必
要が生じ、これが検出感度の低下を引き起こす原因とな
っていた。また、広いダイナミックレンジの測定器を用
いた場合でも、測定器自体の品質を高めれば、その検出
感度を高めることができる。しかし、このようにする
と、測定器自体のコストが大幅に増大し、現実的ではな
いという問題があった。

【００９０】これに対し、実施例では、複数の受信ルー
プ２０−１，２０−２の出力を、その出力の極性が反転
するようにして出力合成回路４０で合成している。した
がって、合成回路４０から得られる検出出力は、図１２
（Ｂ）において一点破線で示すよう、そのピーク値が極
めて小さなものとすることができる。したがって、送信
源の付近の影響（ソースオーバープリント）が大幅に小
さくなり、通常の測定器を用い、感度の高い地下探査を
行うことが可能となる。

【００９１】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が
可能である。

【００９２】例えば、前記実施例では、調整工程におい
て、各受信ループ２０−１，２０−２の間隔を調整する
ことによって、アンプ４２から出力される各ループ２０
−１，２０−２の合成出力が０になるようにその調整を
行っていた。本発明はこれに限らず、例えば、図１３に
示すよう、一方の受信ループ２０−１の出力側に出力調
整部として機能する分圧回路４４を設け、調整工程にお
けるアンプ４２の出力が０になるよう分圧回路４４の分
圧比を設定してもよい。このようにしても、前記実施例
と同様な測定精度を得ることができる。

【００９３】また、前記実施例では、２個の受信ループ
２０−１，２０−２を用いる場合を例にとり説明した
が、本発明はこれに限らず、必要に応じ３個以上の受信
ループを用い、その測定を行うこともできる。この場
合、前述した調整工程において、出力合成回路４０は、
各受信ループから出力される調整用出力が互いに相殺さ
れるよう、各ループの間隔や、分圧比の設定を行えばよ
い。

【００９４】なお、前記実施例では、受信ループ２０−
１，２０−２を、送信ループ１０の外部に設置し、その
測定を行うといういわゆるアウトループ法を例にとり説
明したが、本発明はこれに限らず、例えば送信ループ１
０の内側に、受信ループ２０−１，２０−２を設置し、
これらの受信ループ２０−１，２０−２を送信ループ１
０と共に、各測定ポイント毎に移動する、いわゆるイン
ループ法を用いてその測定を行ってもよい。

【００９５】また、前記実施例では、各受信ループ２０
−１，２０−２の出力を出力合成回路４０を用いて合成
する場合を例にとり説明したが、必要に応じ、出力合成
回路４０を用いることなく、調整工程で得られた各調整
用出力と、探査工程で得られた各出力を、メモリ５８へ
記憶するようにしてもよい。この場合には、前述したソ
ースオーバープリントの問題は解決できないが、測定終
了後、得られた調整用出力から各受信ループ２０−１，
２０−２の出力合成手法を決定することにより、前記実
施例と同様にして、問題点，を解決し、地下の正確
な電磁探査を行うことができる。

【００９６】また、前記実施例では、スモークリング発
生用電流源として、図５に示すような送信ループ１０を
用い、電磁波受信部として、受信ループ２０−１，２０
−２を用いる場合を例にとり説明した。しかし、本発明
はこれに限らず、例えば、スモークリング発生用電流源
として、図１４に示すような、ライン状の送信源１２を
用いてもよい。この場合には、ライン状の送信源１２の
両端を地表に接地し、その途中に調整用交流電流と、送
信電流とを選択的に通電する通電装置３０を設ければよ
い。このような構成の送信源を用いても、送信電流を遮
断すると、地下にスモークリング現象を発生させること
ができる。

【００９７】また、電磁波受信部として、図１５に示す
よう、地表に両端を接地したライン状の受信部を用いて
もよい。この場合には、スモークリング現象で発生した
電場の変化を電流変化として検出することができるた
め、ライン状の受信部の途中に電流計を直列に接続して
おくことにより、渦電流の減衰を電流変化として検出す
ることができる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁波受信部を複数設け、周波数領域の手法で設定深度
より浅い部分の地下構造の影響および連続的にある環境
電磁場の影響を消すようにして、各電磁波受信部の出力
を合成するため、精度の高い時間領域の電磁探査を行う
ことができる。

【００９９】特に、調整工程で使用する調整用交流電流
の周波数を探査深度に合わせて設定することにより、当
該探査深度より浅い領域における影響を大幅に低減し、
探査深度に対し極めて精度の高い時間領域の電磁探査を
行うことができる。

【０１００】これに加えて、請求項２の発明によれば、
各電磁波受信部の出力を合成する出力合成回路を用いる
ことにより、スモークリング発生用電流源の付近に比抵
抗の小さな領域が存在する場合でも、受信側で発生する
ピーク電圧を大幅に低減し、感度の高い地下探査を行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スモークリング発生原理の概略説明図である。

【図２】同図（Ａ）〜（Ｄ）は、時間の経過とともに、
地下に渦電流が拡がっていく様子を示す説明図である。

【図３】時間領域の電磁探査を行う場合のタイミングチ
ャート図である。

【図４】時間領域の地下電磁探査方法を用いて得られた
地下構造の説明図であり、横軸は水平方向の長さ、縦軸
は海抜をそれぞれ表している。

【図５】本発明の地下電磁探査装置の好適な実施例の概
略説明図である。

【図６】図５に示す地下電磁探査装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図７】実施例の装置を用いて地下電磁探査を行う場合
の概略説明図である。

【図８】本実施例における地下電磁探査方法のフローチ
ャート図である。

【図９】比抵抗率の小さな断層が存在する探査モデルの
説明図である。

【図１０】同図（Ａ）は、送信ループ１０の送信電流の
波形図、同図（Ｂ）は、図９に示す探査モデルにおい
て、比抵抗率の小さな断層が存在しない場合に出力合成
回路から得られる検出出力の波形図、同図（Ｃ）は、非
導電率の小さな断層が存在する場合に出力合成回路から
得られる波形図である。

【図１１】送信源の付近に導電率の小さな断層が存在す
る探査モデルの説明図である。

【図１２】図１１に示す探査モデルを対象として測定を
行った場合の、回路各部の波形図である。

【図１３】図５に示す出力合成回路の変形例を示す説明
図である。

【図１４】スモークリング発生用電流源の他の一例を示
す説明図である。

【図１５】電磁波受信部の他の一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０送信ループ２０−１，２０−２受信ループ３０送信用通電装置４０出力合成回路４２アンプ４４分圧回路５０受信装置１００渦電流

フロントページの続き (72)発明者請川誠東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者石川秀浩東京都品川区大井１丁目23番１号三井金属資源開発株式会社内 (72)発明者和田一成東京都品川区大井１丁目23番１号三井金属資源開発株式会社内 (72)発明者斎藤章東京都品川区大井１丁目23番１号三井金属資源開発株式会社内 (72)発明者大屋峻東京都品川区大井１丁目23番１号三井金属資源開発株式会社内 (56)参考文献『図解物理探査」平成４年６月１日発行 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地表面側に設置されるスモークリング発
生用電流源と、地表面側の測定ポイントに設置される複数の電磁波受信
部と、を用い地下の比抵抗分布を電磁探査する方法であって、前記スモークリング発生用電流源に調整用交流電流を通
電し、このとき前記各電磁波受信部から得られる調整用
出力を検出し記憶する調整工程と、前記スモークリング発生用電流源に送信電流を通電し、
この送信電流を遮断することにより、地下に渦電流が伝
播して行くスモークリング現象を発生させ、前記渦電流
の減衰を前記各電磁波受信部を用い電磁場の時間関数の
変化として検出し記憶する時間領域の地下電磁探査工程
と、を、各測定ポイント毎に繰返し行い、各測定ポイント毎に、前記調整工程で記憶された各電磁
波受信部の調整用出力が互いに相殺されるよう各電磁波
受信部の出力合成手法を決定し、前記探査工程で得られ
た各電磁波受信部の各検出出力を前記出力合成手法によ
り合成し電磁場の時間関数の変化をとらえ、各測定ポイント毎の合成出力データに基づき地下の比抵
抗分布を演算することを特徴とする地下電磁探査方法。
【請求項２】地表面側に設置されたスモークリング発
生用電流源と、地表面側の測定ポイントに設置される複数の電磁波受信
部と、を用い地下の比抵抗分布を電磁探査する方法であって、前記スモークリング発生用電流源に調整用交流電流を通
電し、このとき前記各電磁波受信部から得られる調整用
出力が互いに相殺されるよう各電磁波受信部の出力を合
成する出力合成回路を形成する調整工程と、前記スモークリング発生用電流源に送信電流を通電し、
この送信電流を遮断することにより、地下に渦電流が伝
播して行くスモークリング現象を発生させ、前記渦電流
の減衰を前記出力合成回路の出力から電磁場の時間関数
の変化として検出し記憶する、時間領域の地下電磁探査
工程と、を、各測定ポイント毎に繰返して行い、各測定ポイント
毎の記憶データに基づき地下の比抵抗分布を演算するこ
とを特徴とする地下電磁探査方法。
【請求項３】請求項２において、前記調整工程では、調整用出力の正負の極性が反転して合成されるよう前記
各電磁波受信部を接続して前記出力合成回路を形成し、
かつ前記出力合成回路の出力が０となるよう各電磁波受
信部の位置調整を行うことを特徴とする地下電磁探査方
法。
【請求項４】請求項２，３のいずれかにおいて、前記調整工程では、調整用出力の正負の極性が反転して合成されるよう前記
各電磁波受信部を接続し、かつ所定の電磁波受信部の出
力段に出力調整部を設けることにより前記出力合成回路
を形成し、前記出力合成回路の出力が０となるよう前記
出力調整部を調整することを特徴とする地下電磁探査方
法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記調整工程では、地下の探査深度に応じて、前記調整用交流電流の周波数
を設定することを特徴とする地下電磁探査方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、前記スモークリング発生用電流源として、送信ループを
用いたことを特徴とする地下電磁探査方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記各電磁波受信部として、受信ループを用いたことを
特徴とする地下電磁探査方法。
【請求項８】地表面側に設置されるスモークリング発
生用電流源と、地表面側の測定ポイントに設置される複数の電磁波受信
部と、前記スモークリング発生用電流源に任意の周波数の調整
用交流電流および送信電流を選択的に通電する通電手段
と、前記調整用交流電流の通電時に、前記各電磁波受信部か
ら得られる調整用出力が互いに相殺されるよう各電磁波
受信部の出力を合成する出力合成回路と、前記送信電流の通電遮断時に発生するスモークリング現
象に起因する地下の渦電流の減衰を、各測定ポイント毎
に前記出力合成回路の出力から電磁場の時間関数の変化
として検出し、得られた電磁場の時間関数の変化に基づ
き、地下の比抵抗分布を演算する地下構造演算手段と、を含み、前記地下の比抵抗分布に基づき地下構造を求め
ることを特徴とする地下電磁探査装置。
【請求項９】請求項８において、前記スモークリング発生用電流源として、送信ループを
用いたことを特徴とする地下電磁探査装置。
【請求項１０】請求項８，９のいずれかにおいて、前記各電磁波受信部として、受信ループを用いたことを
特徴とする地下電磁探査装置。