JPH11190778A - 小型発電機を利用した地下探査法及び地下探査システム - Google Patents

小型発電機を利用した地下探査法及び地下探査システム

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JPH11190778A
JPH11190778A JP9359247A JP35924797A JPH11190778A JP H11190778 A JPH11190778 A JP H11190778A JP 9359247 A JP9359247 A JP 9359247A JP 35924797 A JP35924797 A JP 35924797A JP H11190778 A JPH11190778 A JP H11190778A
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JP
Japan
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transmission line
underground
electromagnetic field
magnetic field
component
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JP9359247A
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English (en)
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Akira Saito
章 斎藤
Mitsuyoshi Saito
光義 斎藤
Takashi Oya
峻 大屋
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Mitsui Mineral Development Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mineral Development Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30Assessment of water resources

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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型発電機を利用して、高精度にかつ簡便に電
磁場を測定することができる地下探査法及び地下探査シ
ステムを提供すること。 【解決手段】自然環境中における電磁場を測定して地下
比抵抗を求める探査法において、離れた2地点にそれぞ
れアース棒を設置し、小型発電機の出力端子と該アース
棒との間に絶縁被覆送電線を配線して送電し、該送電線
を流れる周波数信号を信号源とし、該送電線から放射さ
れる一次電磁場、一次電磁場により地中に誘起される電
流により生ずる二次電磁場の和の電場成分と磁場成分と
を検出してフーリエ変換し、フーリエ変換して得られた
各周波数成分ごとの電場成分と磁場成分との比から地下
比抵抗を求める、小型発電機を利用した地下探査法、及
び地下探査システム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は土木・建設のための
地盤・岩盤調査、探鉱における基盤深度・地質境界及び
地質構造の推定、地熱探査における地質構造の推定、地
下水・石油の探査等に利用され、自然環境中の電磁場を
測定することにより地下比抵抗を探査する地下比抵抗探
査法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、地下構造の調査、ウラン鉱床の
探査、ウラン鉱床を取り巻く地質環境調査、石油鉱床や
地熱地帯の探査等に自然環境中の電磁場を測定する地下
比抵抗探査技術が用いられている。このような地下比抵
抗探査技術として、例えば地磁気の変動による誘導電磁
場の比(電磁波動インピーダンス)の測定によって地下
の比抵抗を求める方法(MT法)がある。また、潜水艦
のナビゲーション用に発射される数10KHzオーダー
の電磁波を信号源とし、深度の浅い所を対象としてMT
法と同様の原理で探査を行うVLF法、熱帯地方で頻発
する雷により発生し、電離層を通して伝播してくる数H
zオーダーの電磁波を信号源としてMT法と同様の原理
で探査を行うELFMT法等が実用化されている。ま
た、両端を接地した電線に送信機により周波数を切り換
えて送信し、人工的に電磁場を発生させて地下比抵抗を
求めるCSAMT法も広く用いられている。
【0003】この他、直流電流を強制的に地中に流して
比抵抗を測定する比抵抗法、人工的に地震波を発生させ
てその反射波を検出する浅層反射法(MINI−SOS
IE法)等も用いられている。更に、電力用送電線を流
れる商用周波数信号を信号源とし、電力用送電線から放
射される一次電磁場、一次電磁場により地中に誘起され
る電流により生ずる二次電磁場の和の電場成分と磁場成
分とを検出してフーリエ変換し、フーリエ変換して得ら
れた各周波数成分ごとの電場成分と磁場成分との比から
地下比抵抗を求める方法も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MT法
では低周波の電磁場を測定するために測定時間が極めて
長くなるという欠点がある。また、VLF法及びELM
T法はいずれも簡便な探査法であるが、前者は使用する
周波数が数10KHzと比較的高く、探査できる深度が
浅いという問題がある。後者は3〜60Hzの周波数帯
を使用し、信号強度が弱く不安定であるため、大きなイ
ンダクションコイルやゲインが大きく安定度の良い増幅
器が必要となり、装置が大がかりになり、コストがかか
るという問題がある。
【0005】また、CSAMT方法では、専用の送信機
が必要であり、また、測定点毎に装置を設置して電磁場
を発生させるため、広範囲を手早く探査することができ
ないという問題がある。しかも、これらの従来の測定方
法においては、検出した信号を高速フーリエ変換して、
周波数帯へ変換し、これをスタックしてS/N比を向上
させるようにしており、データ取得毎に高速フーリエ変
換を繰返し実施するために非常に演算時間がかかり、ス
タック回数をそれほど多くとれないという問題がある。
【0006】また、直流電流を強制的に地中に流して比
抵抗を測定する比抵抗法は人手を要し、また、MINI
−SOSIE法の場合は多くの人手と大掛かりな装置を
必要とし、コストがかかるという問題がある。電力用送
電線を流れる商用周波数信号を信号源として電磁場を検
出し、フーリエ変換して得られた各周波数成分ごとの地
下比抵抗を求める方法は、電力用送電線から非常に離れ
ていて電磁場の弱い場所や、送電線のない場所や、送電
線の方向が探査目的物の伸長方向と一致していて探査感
度が悪い場合には利用できないという問題がある。
【0007】一方、地下構造の探査に対する需要は、土
木、建設のための地盤調査や地熱、石油、鉱床、地下水
の探査などの分野で高まっており、手軽に地下比抵抗の
探査ができる方法やシステムの開発が待たれていた。本
発明は、上記のような問題が生じない地下探査法及び地
下探査システム、即ち、送電線から非常に離れていて電
磁場の弱い場所や、送電線のない場所でも、小型発電機
を利用して、高精度にかつ簡便に電磁場を測定すること
ができる地下探査法及び地下探査システムを提供するこ
とを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】小型発電機を利用した本
発明の地下探査法は、自然環境中における電磁場を測定
して地下比抵抗を求める探査法において、離れた2地点
にそれぞれアース棒を設置し、小型発電機の出力端子と
該アース棒との間に絶縁被覆送電線を配線して送電し、
該送電線を流れる周波数信号を信号源とし、該送電線か
ら放射される一次電磁場、一次電磁場により地中に誘起
される電流により生ずる二次電磁場の和の電場成分と磁
場成分とを検出してフーリエ変換し、フーリエ変換して
得られた各周波数成分ごとの電場成分と磁場成分との比
から地下比抵抗を求めることを特徴とする。
【0009】また、小型発電機を利用した本発明の地下
探査システムは、自然環境中における電磁場を測定して
地下比抵抗を求める探査システムにおいて、離れた2地
点にそれぞれ設置されたアース棒と、小型発電機と、該
小型発電機の出力端子と該アース棒との間に配線された
絶縁被覆送電線と、該送電線に平行な電界成分を検出す
る電場センサと、送電線に直交する磁場成分を検出する
磁場センサと、検出した電磁場の値を処理するととも
に、フーリエ変換機能を有するデータ処理装置と、デー
タ処理した結果を出力する出力装置とを備え、各周波数
成分ごとの地下比抵抗を求めることを特徴とする。
【0010】本発明は、送電線を流れる電流が周囲に一
次電磁場を形成し、この一次電磁場によって地下に渦電
流が流れ、この渦電流がさらに新たな二次電磁場を発生
させることを利用し、この一次電磁場と二次電磁場の和
を地上で電場と磁場の両成分として測定し、フーリエ変
換して各周波数成分ごとの地下比抵抗を得るようにした
もので、小型発電機で発生する周波数の電磁場の周期
性、安定性及び信号強度が大きいという特徴のために、
高精度、かつ迅速に地下比抵抗を測定することができ、
またその周波数の安定性を利用し、この周期でデータサ
ンプリングを行って加算するようにすれば、容易にS/
N比を向上させることができる。また、周波数毎の比抵
抗マップを作成し、高調波の表皮効果の違いから深度の
違い(利用する周波数が低いほど深部の情報を、利用す
る周波数が高いほど浅部の情報を多く含んでいる)を判
定でき、深度に対する比抵抗分布(垂直探査)として捕
らえることも可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の小型発電機を利
用した地下探査法及び地下探査システムを図面を参照し
て説明する。図1〜図3は本発明を説明するための図で
あり、図1は本発明の構成を示す工程図、図2は小型発
電機に接続された送電線に対するセンサの配置(大き
さ、両者間の距離は無視してある)を示す概略配置図、
図3は測定器の構成を示す概略図である。
【0012】図2において、離れた2地点、例えば数百
m又はそれ以上離れた2地点にそれぞれ設置されたアー
ス棒61、62と、小型発電機7の出力端子との間に絶
縁被覆送電線8が配線されており、電場センサ12は送
電線8に対して平行に配置されており、誘導コイルから
なる磁場センサ11は送電線8に直角に配置されてお
り、それぞれのセンサからの検出信号は測定器本体10
1に導かれるようになっている。
【0013】具体的には、図3に示すように、電場セン
サとして2本の電位電極121、122を所定の間隔、
通常は20〜30m程度の間隔を置いて地中に埋め込
み、さらにアース電極13を埋め込む。そして、磁場セ
ンサとして誘導コイル11を送電線に直角になるように
配置する。測定器本体101へはバッテリー9から電源
を供給する。さらに測定器本体101にはプリンタ10
2を接続し、検出結果を自動的にプリントアウトできる
ようにする。
【0014】測定器本体101は、図1に示すように、
誘導コイル(磁場センサ)11及び検出電極(電場セン
サ)12からの検出信号をそれぞれ増幅器21、22で
増幅し、さらにフィルタ31、32で小型発電機の発生
周波数、例えば50Hzまたは60Hz、及びその高調
波成分を抽出し、そのデータをデータ処理装置4に送
る。データ処理装置4は得られた信号を高速フーリエ変
換して各周波数に対する電場、磁場の強さを検出し、電
場と磁場の比率から地下比抵抗を算出し、プリンタ等か
らなる出力装置5により出力する。なお、データ処理装
置4においては得られた信号をその都度高速フーリエ変
換する方法、あるいは周波数信号に同期して信号でサン
プリングし、時間領域でスタックして信号強度を強調
し、P/N比を向上させ、それから一度の高速フーリエ
変換で各周波数に対する電場、磁場、地下比抵抗を求め
るようにしてもよい。
【0015】
【実施例】次に本発明の地下探査法及び地下探査システ
ムの具体的な測定方法を、カナダ国クリアーレイクで実
施した地下探査に基づいて説明する。小型発電機として
60Hz、110V、600Wのガソリンエンジン発電
機を用い、図2に示すように、1.2km離れた地点に
それぞれアース棒を設置し、小型発電機の出力端子と該
アース棒との間に心線断面積0.75mm2 の絶縁被覆
送電線を配線し、送電した。この時に流れた電流は約1
0Aであった。この送電線から直角方向に1km、1.
3km、1.6km、1.9km、2.2km離れた各
地点で、送電線とは平行に50m間隔の地点で電界強度
及び磁場強度を測定した。
【0016】その測定法として、図3に示すように、電
場センサとして2本の電極を送電線と平行になるように
埋め、また1本のア−ス電極を埋め、磁場センサとして
誘導コイル11を送電線に対し直角に置き、それらの各
ターミナル及びプリンタを測定本体と接続した。そし
て、その電極の間隔を測り、その長さを測定器のダイヤ
ルに設定し、周波数のチャンネルを送電線の周波数60
Hzに合わせた。そして、スイッチONし、電極間の電
位差を検査して電界強度(V/m)を求め、また誘導コ
イルに誘起される起電力から磁場強度を求めた。この
時、電場と磁場の信号レベルを測定に都合のよいレベル
に調節して測定した。測定器内で基本周波数(60H
z)とその高調波(180Hz及び300Hz)の電場
E、電場と磁場Hの比E/H及び比抵抗を計算し、プリ
ンタに出力した。操作はボタンを押すだけで、測定と計
算は自動的に行われた。
【0017】なお、検出した電場と磁場とから地下比抵
抗を求めるために下記の式(1)に従って計算した。 ρ=(1.26×105 /f)|Ex/Hy|2 ‥‥‥(1) 式中、ρは比抵抗(Ω・m)であり、fは周波数帯(1
/sec )であり、Exは送電線に平行な電場成分(V/
m)であり、Hyは送電線に垂直な方向の磁場成分(A
/m)である。
【0018】図4、図5及び図6はそれぞれ上記の測定
で得た60Hz、180Hz及び300Hzにおける比
抵抗分布平面図である。なお、磁場波の表皮効果により
低周波信号は深い所まで伝播し得るが、高周波数信号は
浅い所までしか伝播しないので、図4は数百mまでの一
番深い部分、図5は中間部分、図6は100m位の一番
浅い部分の状態を示しており、図4、図5及び図6はそ
れらを重ねることにより深度に対する比抵抗分布として
捉えることもできる。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、周波数
信号の周期性、安定性及び信号強度が大きいという特徴
を活かして高精度かつ迅速に地下比抵抗を測定すること
が可能となり、専用の送信機(これは受注生産品であ
り、故障すると修理が大変で、探査の遅延に繋がる)を
必要とせず、また、送電線の位置及び方向を独自に設定
でき、探査対象物の発見の可能性が大きくなる。また、
地下数百m程度まで探査する従来の方法では、スタッフ
や測定器が大がかりになったり、測定時間がかかったり
コントロールソースを設定する必要があったりして広範
囲を機敏に測定することはできない。これに対し本発明
の地下探査法の開発により数百m程度まで探査でき、少
人数で簡便に広範囲な地下比抵抗を精度よく測定するこ
とが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す工程図である。
【図2】 小型発電機に接続された送電線に対するセン
サの配置(大きさ、両者間の距離は無視してある)を示
す概略配置図である。
【図3】 測定器の構成を示す概略図である。
【図4】 実施例で得た60Hzにおける比抵抗分布平
面図である。
【図5】 実施例で得た180Hzにおける比抵抗分布
平面図である。
【図6】 実施例で得た300Hzにおける比抵抗分布
平面図である。
【符号の説明】
11……磁場センサ(誘導コイル)、 12……電場センサ(検出電極)、 13……アース電極、 101……測定器本体、 102……プリンタ、 121、122……電位電極。 21、22……増幅器、 31、32……フィルタ、 4……データ処理装置、 5……出力装置、 61、62……アース棒、 7……小型発電機、 8……絶縁被覆送電線、 9……バッテリー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自然環境中における電磁場を測定して地下
    比抵抗を求める探査法において、離れた2地点にそれぞ
    れアース棒を設置し、小型発電機の出力端子と該アース
    棒との間に絶縁被覆送電線を配線して送電し、該送電線
    を流れる周波数信号を信号源とし、該送電線から放射さ
    れる一次電磁場、一次電磁場により地中に誘起される電
    流により生ずる二次電磁場の和の電場成分と磁場成分と
    を検出してフーリエ変換し、フーリエ変換して得られた
    各周波数成分ごとの電場成分と磁場成分との比から地下
    比抵抗を求めることを特徴とする小型発電機を利用した
    地下探査法。
  2. 【請求項2】自然環境中における電磁場を測定して地下
    比抵抗を求める探査システムにおいて、離れた2地点に
    それぞれ設置されたアース棒と、小型発電機と、該小型
    発電機の出力端子と該アース棒との間に配線された絶縁
    被覆送電線と、該送電線に平行な電界成分を検出する電
    場センサと、送電線に直交する磁場成分を検出する磁場
    センサと、検出した電磁場の値を処理するとともに、フ
    ーリエ変換機能を有するデータ処理装置と、データ処理
    した結果を出力する出力装置とを備え、各周波数成分ご
    との地下比抵抗を求めることを特徴とする小型発電機を
    利用した地下探査システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109392305A (zh) * 2017-06-05 2019-02-26 韩国电力公社 预测钢塔地基的尺寸的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109392305A (zh) * 2017-06-05 2019-02-26 韩国电力公社 预测钢塔地基的尺寸的方法
JP2019527780A (ja) * 2017-06-05 2019-10-03 韓国電力公社Korea Electric Power Corporation 鉄塔基礎諸元予測方法
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Effective date: 20031118