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導水トンネル調査における AMT 法電磁探査の適用例
全地連「技術 e－フォーラム 2004」福岡 【114】 導水トンネル調査における AMT 法電磁探査の適用例 日鉄鉱コンサルタント㈱ 1. はじめに 古生代二畳紀の三郡変成岩類と中生代の花崗閃緑岩 ○牧野 隆吾 横井 浩一 松尾 公一 する電気抵抗を測定することにより，地下深部から浅 部までの比抵抗構造を推定することができる。 が基盤岩を形成する九州中北部に計画されている導水 今回の調査では，自然界に発生する 1Hz～10,000Hz トンネル区間において，基盤岩の水理地質構造を把握 間の周波数のうちの 54 の周波数について，電場と磁 することを目的とし，地下数 100ｍ～1,000ｍ程度の深 場の観測を行った。 度のデータ取得が可能な AMT 法電磁探査を実施した。 観測は原則として人工ノイズの少ない午後 8 時から その結果，構成地質の違いによる大局的な地質及び水 午前 5 時までのうちの 3 時間以上とし,測点位置は GPS 理構造を把握することができたので報告する。 で特定した。また，各測点におけるローカルノイズを 除去することを目的として，調査区域から約 5km 離れ 2． 地形地質概要 調査地は，筑後平野の東側に連なる甘木－朝倉山系 た地点にリモート・リファレンス点を設定し，各測点 と同じ方法で，全測定期間のデータを取得した(図-1)。 に位置し，標高 300～700ｍ程度の山岳地である。 地質は，苦鉄質片岩，砂質片岩および泥質片岩で構 成される三郡変成岩類と，中生代後期白亜紀の花崗岩 電極 水平ｺｲﾙ 電極 水平ｺｲﾙ GPS 電極 を基盤とし，それらを被覆して新第三紀の火山岩類， GPS 電極 ＭＴＵ－５Ａ 電極 ＭＴＵ－５Ａ 水平ｺｲﾙ 水平ｺｲﾙ 電極 第四紀の段丘堆積物，および沖積層が分布している。 電極 電極 電極 水平ｺｲﾙ GPS 三郡変成岩類は調査区域北部に分布し，概ね北東－ 電極 ＭＴＵ－５Ａ 南西方向の伸長方向を示し，同方向を軸とする緩い背 電極 水平ｺｲﾙ 電極 斜構造を形成している。花崗閃緑岩類は，調査区域の 調査地域 調査地域 南域に，三郡変成岩類の片理走向にほぼ並行して併入 GPS による同期測定 している。 Ｇ Ｐ Ｓによる同期測定 3． 測定方法 電極 水平ｺｲﾙ (1) AMT 法の適用と測点設定 GPS 当該区間は山岳地であり，導水ルートはルート前後 電極 ＭＴＵ－５Ａ の地形条件から標高 50～250m 付近を通過するように計 電極 水平ｺｲﾙ 電極 画されているが，詳細ルートは決定されていない。 リモート点 リモート点 これらのことより，地下数 100m 以上の探査が可能で， ２次元平面的な解析が可能な，AMT 電磁探査法を適用し 図-1 測定方法 た。 測点設定にあたっては，事前に実施した地表踏査と， (3) データ処理および解析 空中写真判読によるリニアメント解析結果をもとに， データ処理解析は，以下の手順で行った。 概略計画ルート付近の断面解析・リニアメント位置・ ①リモート・リファレンス処理：リモート・リファ 花崗閃緑岩と変成岩類の接触部・平面解析のための補 レンス地点(人工ノイズが混入しない地域に設定 間を考慮し，101 地点を抽出し設定した(図-3)。 した参照点)で得られた良好な磁場データと各測 点における磁場データを比較し，相関の無い信号 (2) 観測 AMT 法電磁探査は，太陽の黒点活動や赤道地方の雷放 (ローカルノイズ)を除去した。 ②データ編集：リモート・リファレンス処理結果か 電によって地球磁気圏に発生する電場と磁場を測定し， ら，測点周辺での自動車・電車などの通行や電線・ 地下における比抵抗構造を推定するために利用されて 電話線などの影響によるローカルノイズを除去し， いる。電磁波には地磁気変動といわれる長周期波から 最適な見掛比抵抗・位相などのパラメータを求め 電波といわれる高周波までの様々な電磁波が含まれて た。 いる。これらの高周波から長周期波までの電磁波に対 ③スムージング処理：リモート・リファレンス処理 全地連「技術 e－フォーラム 2004」福岡 およびデータ編集作業で除去しきれなかった不 連続部ノイズを排除し，周波数の内挿を行った。 測点 ④スタティック補正：測定電極を埋設した地点の局 所的な地形・比抵抗構造により生じる，測定値の 三郡変成岩類 実際の見掛け比抵抗値とのずれを，隣接測点のデ ータや地表地質分布が同じ測点でのデータを基に 断層？ 補正した。 ⑤測定パラメータ解析：スタティック補正を終えた 各測点の見掛比抵抗を用い，想定される導水ルー 比抵抗値 ト沿いに設定した測線ごとの見掛比抵抗断面図と， 周波数毎の見掛比抵抗平面図を作成した。 ⑥２次元解析：解析測線に沿って地下を長方形ブロ ックに分割した解析モデルを作成し，モデルの各 ブロックに初期値として任意の比抵抗を与えた。 次に，そのモデルから各測点における解析見掛比 抵抗と解析位相を算出し，実際の測定結果との残 差が小さくなるように自動的に比抵抗モデルを更 花崗閃緑岩類 新し，再度計算を行った。このルーチンを繰り返 し，測定値と適合する最適なモデルを推定した。 4． 調査結果 今回の探査では，人工的なノイズを効果的に除去す 図-3 解析比抵抗平面図(標高 50m レベル) ることができ，非常に信頼度の高いデータを取得する 5． 考察 ことができた。 図-2 に示す，想定導水ルートにおける２次元解析断 今回行った探査結果は，地表で確認された地質分布 面では，ルート終点側(断面図右側)においてはおよそ と調和的であり，三郡変成岩分布域では低比抵抗を， 100Ω-m 以下の低比抵抗領域が認められ，起点側(断面 花崗閃緑岩分布域では高比抵抗を示すことが判明した。 図左側)においてはおおよそ 100Ω-m 以上の高比抵抗領 標高-1000m 付近に至る取得データ解析により，花崗閃 域が認められる。この高比抵抗域はルート中央部の標 緑岩と思われる高比抵抗領域が地下深部に広がってお 高 0m 以下の深部にまで伸びている。ルート終点側にお り，潜頭性の分布形態を予見させる比抵抗分布構造を いても一部に高比抵抗領域が分布し，最終端の標高 見いだすことができたと考える。 -800m 以下の深部まで伸びている。また，起点部では標 また，花崗閃緑岩分布域では多量の地下水の存在を 高-200m 以深において低比抵抗領域が認められる。さら 示すような水理地質構造は認められないが，変成岩分 に、断層の可能性も考えられる比抵抗値の急激な変移 布地域では，断層の可能性も考えられる比抵抗値の直 部も複数箇所において認められる。 線的な変移部が複数箇所見られ，地下水が賦存する可 能性も考えられる。今後は，ボーリング調査などの他 導水トンネル計画位置 比抵抗値 の手法を用い，これらの比抵抗構造を検証していく必 標高(m) 要があると考えている。 6． おわりに 今回の探査は地域全体の地下構造の把握を目的とし たため、測点間隔が数 100m と広く，詳細な土木設計・ 距離程(m) 0 1 2km 図-2 ２次元解析断面図 施工に有効な数ｍ程度の解析精度を得るには至らなか ったが， AMT 法電磁探査を適用することで，数 100～1000 ｍに至る地下深部の比抵抗構造を把握することができ 図-3 に示す，標高 50m レベルでの解析比抵抗平面図 た。自然界に存在する電磁波を利用するため，大深度 では，地域北西側におおよそ 100Ω-m 以上の高比抵抗 にわたる大局的な地下構造を把握するには非常に安全 領域，南東側におおよそ 100Ω-m 以上の高比抵抗領域 で有効な手段と考えており，今後地下水賦存状況等を が広がり，地域中央部付近にはスポット的な数 10Ω-m 定量的に評価できる可能性を探っていきたいと考えて 以下の低比抵抗領域が認められる。 いる。