JPH0778541B2 - 地表における地層断裂の位置及び開孔状態の検出方法 - Google Patents

地表における地層断裂の位置及び開孔状態の検出方法

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JPH0778541B2
JPH0778541B2 JP1097827A JP9782789A JPH0778541B2 JP H0778541 B2 JPH0778541 B2 JP H0778541B2 JP 1097827 A JP1097827 A JP 1097827A JP 9782789 A JP9782789 A JP 9782789A JP H0778541 B2 JPH0778541 B2 JP H0778541B2
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【発明の詳細な説明】 3-1.発明の目的 3-1-1.産業上の利用分野 本発明は、地表おける地層断裂の位置及び開孔状態の検
出方法に関し、特に表層から放出される5種類の自然ガ
ンマ線を検出することから求める方法に関するものであ
る。
3-1-2.従来の技術 表層に含まれた代表的ガンマ線放出核種は、カリウム−
40(以下,40Kという),タリウム−208(以下,208T1
という),およびビスマス−214(以下,214Biという)
であり、これら3核種の各地層での含有率は各核種ごと
に固有値をもつ。
また、地層の間隙が下方に深く開いた断裂(以下開孔断
裂という)では、地層粒子内で生じた気体のラドンとト
ロンの一部が間隙に移行してその表層部に蓄積し、表層
でのそれぞれ215Biと208T1のガンマ線量を増加させる。
この蓄積量は、半減期が51.5秒のトロンよりも半減期が
3.83日のラドンの方が著しく多い。
本発明の発明者は、この2現象を指標とする断裂位置の
検出方法にかかる発明を昭和57年3月13日に出願した
が、これは特公昭62−36188号として公告され、昭和63
年1月29日に特許第1420920号として特許された。(こ
の特許発明を,以下前方法という。) この測定対象は表層かた地表の検出器に入射する2.614M
evの208T1,1.764Mevの214Bi,そして1.460Mevの40K,そ
れぞれの一次ガンマ線による光電ピーク計数率(第1図
のそれぞれA,C,D)の三者とした。
解析は、C/AとC/Dの地表分布異常を指標とした。これら
の値は地層ごとの固有値をもつので、間隙が閉じていた
り、目詰りをしている断裂を含む地層境界では、任意の
測線において急変する。そして、この現象によって地層
境界の位置を知ることができる。
また、開孔断裂では、そこを上昇して表層に蓄積された
ラドンの量に応じ、任意の測線で一方向とその逆方向の
両者についてC/AとC/Dの両者が急増する。そして、この
現象でその位置を知ることができ、また両方向のうちの
小さい値は表層への蓄積ラドン量に比例するとするもの
である。
3-1-3.発明が解決しようとする課題 以上の前方法による実用上の問題点は、C/AとC/Dの値が
地層境界で差異を認めにくい場合が多いこと、測定誤差
と地層の各核種含有率の変動との和であるしきい値(第
2図参照)が高いために開孔断裂の検出はC/AとC/Dの急
増率が大きい場合に限定されること、及びこの急増率が
気温・日照・降水・大気圧・風速等の気象要因で変化す
るために開孔断裂上の表層におけるラドン蓄積量の評価
を妨げることである。
そこで、本発明はこのような欠点を解消することを目的
とするものである。
3-2.発明の構成 3-2-1.課題を解決するための手段 表層に含まれたガンマ線放出核種であるカリウム−40
(以下,40Kという),タリウム−208(以下,208T1と
いう)及びビスマス−214(以下,214Biという)の3核
種から放出するガンマ線のうち、第1図に示す5つのエ
ネルギー範囲について測定するもので、地表の任意地点
に入射するそれぞれ40Kは1.460Mev、208T1は2.614Mev、
214Biは1.765Mevと1.120Mevの放出エネルギーをもつ一
次ガンマ線の線量(以下それぞれをD,A,C,Eという)、
並に208T1の2.614Mev、214Biの1.765Mevの放出エネルギ
ーをもつそれぞれの一次ガンマ線によるコンプトン散乱
ガンマ線の線量の一部(以下それぞれをB,E′という)
を測定し、 B/Aとするパラメータを用い、それらの地表分布異常か
ら、下記の地層状態を判定することを特徴とする地表に
おける地層断裂の位置及び開孔状態の検出方法。
記 (1)任意の側線上でP1,P2,P3の値を分布をそれぞれ
求めたときに、それらのいずれかが地層ごとの各核種の
一般的含有量変化と測定値のもつ測定誤差の和であるし
きい値の範囲を超えて急増又は急減する地点は間隙が密
着又は目詰りした断裂を含む地層の境界の位置を示す。
(第2図参照) (2)任意の側線上で、P1とP2の値の分布を一方向とそ
の逆方向についてみたときに、前記しきい値の範囲を両
方向で超えて急増する地点は、間隙が下方に深く開いた
断裂(以下に開孔断裂という)の位置を示す。(第3図
参照) (3)(2)場合に、P1とP2の値のそれぞれについてし
きい値を超えた両方向の値のうちで小さい方の値を任意
に設定した地点でのB/A値の変動によって補正した値
は、断裂を上昇して表層に蓄積されたラドンとトロンの
値を示す。(第3図参照) 各地層の任意地点でのP1とP2の値がしきい値以上でかつ
25%以下の増加率である場合、その増加率は断裂の開孔
規模に比例し、その地点は断裂性地下水の開発適地にな
りやすい。
各地層の任意地点でのP1とP2の値が25%以上の増加率で
ある場合は、地熱の開発適地、ウラン・石油・天然ガス
等の鉱床の存在、地震活動や地すべり等で発生した断裂
をそれぞれ指摘する。
(4)(3)の場合に、P1>P2となり,かつその差が著
しいとき は断裂を上昇したトロンの表層蓄積量を反映し、地熱が
表層近くまで到達している状態を示す。
(5)地表が水平とみなせる場合、AとDの値が地層の
もつ平均値に対する一般的変動により著しく低下した範
囲は、断裂の破砕帯の範囲又は地質時代における温泉の
噴出根拠を示す。
(第4図参照) 3-2-2.実施例 測定対称は、第1図に示す5つのガンマ線エネルギー範
囲での測定結果から、前方法のA,C,Dのほかに、208T1の
2.614Mevの一次ガンマ線によるコンプトン散乱計数率を
一部のエネルギー範囲で測定する(第1図のB)こと
と、214Biの1.120Mevの一次ガンマ線による光電ピーク
計数率(第1図のE)と、214Biの1.764Mevの一次ガン
マ線によるコンプトン散乱計数率のうちで前記の測定エ
ネルギー範囲に含まれるもの(第1図のE′)とを加え
る。
解析指標はC+E+E′=E0とすると、前方法のC/AとC
/Dに代わり、それぞれE0/AとE0/Dとするほか、B/Aを加
える。これらそれぞれのパラメータをP1,P2,P3と名付
ける。〔地層境界の解析〕214 Biのガンマ線放出率は1.764Mevのエネルギーのもの
が16.12%、1.120Mevのエネルギーのものが15.32%であ
り、後者の測定エネルギー範囲における1.764Mevの一次
ガンマ線によるコンプトン散乱計数率は前者の光電効果
による計数率に近い。このため、検出器が同じ場合のE0
値は前方法のC値の約3倍になる。野外での平均データ
でみると、本発明の方法では2400カウント/30秒,前方
法では800カウント/30秒程度になる。計数率Nの測定誤
差は▲√▼なので、それぞれの誤差は2.0%と3.5%に
なり、測定誤差は前方法の約60%に縮小される。このた
め、P1とP2の急変による地層境界の検出率を、前方法よ
り著しく高くする。
地表の検出器に入射する各核種の一次ガンマ線の入射範
囲は、地表から深さ約30cm以浅の地層に含まれたもので
あり、各深さでの核種から一次ガンマ線が検出器にBの
エネルギー範囲へ入射する量と、検出器のAのエネルギ
ー範囲に入射する量との比率は、深さ約30cm以浅の地層
の密度に比例する。
このため、表層が同じ地層でも、それが新鮮な露岩か風
化岩か等のような表層の風化度すなわち地層の密度に差
がある場合は、P1とP2では同じ値となるが、P3では差異
をもつ。また、地層の間隙率が同じ2つの地層間では、
P1とP2の値で区別しにくいが、地層の平均空隙径や空隙
径分布には差異をもちやすいので、含水量に大幅な差を
生じ、これに基づく地層密度の差異がP3値に差異をもた
らす。さらに、P1とP2の値では道路舗装や敷砂利は、そ
の下層での地層区分の解析を妨げるが、それらの密度が
下層と著しく異なる場合はP3値に変化を与えるので、そ
の変化状態から下層の状態を解析できる。(以上につ
き、第2図参照) 以上から、地層境界の解析に対し、P1,P2,P3を使う方
法は、前方法よりも地層境界地点の検出解析精度を著し
く高めるものである。
〔開孔断裂の解析〕
前述のように、P1とP2の測定誤差に基づくしきい値が約
60%に縮小されるため、開孔断裂の位置の検出効率は著
しく高くなり、また前方法よりも開孔率が低い断裂の位
置までを検出できるようになる。
開孔断裂を上昇して表層に蓄えられたラドンやトロン
は、一般の日変化でみると朝方に最高濃度になり、昇温
・日照・風・気圧等で大気に発散し、14時頃に最低濃度
になる(第5図参照)。また、降水時にはその地下浸透
によってラドンやトロンは大気に押し出される。これに
よる表層のラドンやトロンの量的変化は、P3と同じ傾向
をもつ(第5図参照)。したがって、同じ地点における
これらの変化を、P1,P2の値とP3の値で対比すると、固
有の比例関係をもつ(dP1=α・dP3,dP2=β・dP3)。
このため、その地域の代表地点での反覆測定によって、
各時点におけるα,βを求めておけば、これらの気象条
件によるP1とP2の値の変化をP3から補正し、一定の条件
におけるP1とP2の増加率を定めることができる。
野外測定の結果,開孔断裂でのP1とP2の増加率(任意の
測線について、一方向のそれらの平均値に対する増加率
と、その逆方向の平均値に対する増加率のうち、小さな
値を示したもの・第3図参照)が25%以下の場合は、増
加率が断裂の深さと間隙巾に対する規模の大きさに比例
し、増加率が大きいほど断裂性地下水の開発適地となり
やすい傾向が認められた。
増加率が25%以上になると、断裂の規模よりも特異な地
質条件を示す傾向が認められた。特異な地質条件は次の
4つがあげられる。
第1は、開孔断裂への地熱上昇であり、一般に増加率が
高いほど、浅部へより高温で大量な地熱が到達する傾向
が示された。また、地熱水や地熱蒸気が大量に噴出する
地点ではトロン量が急増し、P1とP2の増加率は前者より
後者が著しく小さくなる特異現象が認められた。
第2は、断裂へのウラン鉱床からのラドン上昇現象であ
る。鉱脈が浅い場合はトロン量の増加も認められた。
第3は、天然ガス・石油鉱床からの漏洩ガスによる地層
中のラドンの押上げ現象である。天然ガスの地層漏出が
大量の場合は表層のラドン量が急減するが、その周辺の
地域や地表漏出量が少なくてガスが浅量に少量が到達し
ているときは、P2とP1の増加率が多くなる。
第4は、地震や地すべり等で発生した開孔断裂からのラ
ドン上昇であり、P1とP2の値の増加率は断裂の規模と深
層のラドン含有量に比例した値を示す。地域の反覆測定
によって地層の構造運動等で発生する断裂の発生と変化
をしることができ、地震や地すべり等の予知に役立つも
のとなろう。
地表が水平とみなせる場合に、AとDの値が地層のそれ
らの平均値に対する一般的変動よりも著しく低下する範
囲は、断裂の破砕帯の範囲、または地質時代における温
水の噴出痕跡を示す場合が多い。(第4図参照) 3-3.発明の効果 第1に、一般に風化堆積物や第四紀堆積層に覆われてそ
の検出が困難な地層断裂の位置が、本発明方法によって
迅速,簡便,低コストでかつより正確に求めることがで
きるようになり、また表層地質の解析、地域の地盤変動
機構の解析、トンネルや切土等の土木工事における落盤
・崩壊の予知等をより正確に行うことができるようにな
る。
第2に、断裂の地域分布、特に開孔断裂の位置とそこで
の上昇ラドンとトロン量の確定によって、断裂性地下水
や地熱の開発適地の選定、ウラン・石油・天然ガス等の
鉱床探査、地震・地すべり等の予知等を従来方法よりも
迅速,簡便,低コストでかつより正確詳細に行うことが
できるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は214Bi,40K及び208T1のピーク計数率を示すグ
ラフ、第2図は地層境界での3つのパラメータの分布異
常状態を示し、第3図は開孔断裂での3つのパラメータ
の分布異常状態を示し、第4図は断裂破砕帯又は地質時
代の熱水噴出範囲におけるA,D,E0の分布異常を示し、第
5図は表層でのラドン蓄積量とパラメータとの一般的日
変化を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表層に含まれたガンマ線放出核種であるカ
    リウム−40(以下,40Kという),タリウム−208(以
    下,208T1という)及びビスマス−214(以下,214Biと
    いう)の3核種から放出するガンマ線のうち、第1図に
    示す5つのエネルギー範囲について測定するもので、地
    表の任意地点に入射するそれぞれ40Kは1.460Mev、208T1
    は2.614Mev、214Biは1.765Mevと1.120Mevの放出エネル
    ギーをもつ一次ガンマ線の線量(以下それぞれをD,A,C,
    Eという)、並に208T1の2.614Mev、214Biの1.765Mevの
    放出エネルギーをもつそれぞれの一次ガンマ線によるコ
    ンプトン散乱ガンマ線の線量の一部(以下それぞれをB,
    E′という)を測定し、 B/AをP3とするパラメータを用い、それらの地表分布異
    常から、下記の地層状態を判定することを特徴とする地
    表における地層断裂の位置及び開孔状態の検出方法。 記 (1)任意の側線上でP1,P2,P3の値を分布をそれぞれ
    求めたときに、それらのいずれかが地層ごとの各核種の
    一般的含有量変化と測定値のもつ測定誤差の和であるし
    きい値の範囲を超えて急増又は急減する地点は間隙が密
    着又は目詰りした断裂を含む地層の境界の位置を示す。 (2)任意の側線上で、P1とP2の値の分布を一方向とそ
    の逆方向についてみたときに、前記しきい値の範囲を両
    方向で超えて急増する地点は、間隙が下方に深く開いた
    断裂(以下に開孔断裂という)の位置を示す。 (3)(2)場合に、P1とP2の値のそれぞれについてし
    きい値を超えた両方向の値のうちで小さい方の値を任意
    に設定した地点でのB/A値の変動によって補正した値
    は、断裂を上昇して表層に蓄積されたラドンとトロンの
    量に比例する値を示す。 (4)(3)の場合に、P1>P2となり、かつその差が著
    しいとき は断裂を上昇したトロンの表層蓄積量を反映し、地熱が
    表層近くまで到達している状態を示す。 (5)地表が水平とみなせる場合、AとDの値が地層の
    もつ平均値に対する一般的変動より著しく低下した範囲
    は、断裂の破砕帯の範囲又は地質時代における温泉の噴
    出根拠を示す。
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JPS59182387A (ja) * 1983-03-31 1984-10-17 Nogyo Doboku Shikenjo 地表での地層亀裂位置の検出方法
JPH01152392A (ja) * 1987-12-09 1989-06-14 Asahi Koyo Kk 地盤評価方法及びその装置

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