16:45 〜 17:00
[HTT19-18] 沖縄県宮古島・白川田水源における比抵抗・時間領域IP法を用いた空洞検出の試み
キーワード：比抵抗、誘導分極現象、地下水、空洞、宮古島
誘導分極(IP)現象を利用した地下構造調査は，欧米を中心に精力的に実施されている．現在，上記調査の対象フィールドは，従来用途である鉱床に加え，廃棄物の埋立に伴う汚染土壌の現状把握に及ぶ．IP現象は，金属元素の存在の他，水で満たされた空隙中に存在する粘土鉱物や水飽和度の低下によりイオンの移動経路が狭窄化することでも生じることが知られており，近年，IP効果の地質境界把握・透水性評価への有効性が期待されている(Titov et al., 2004; Gazoty et al., 2012)．本研究では，透水性・飽和度の違いを反映した比抵抗・IP調査として，沖縄県宮古島をケースに研究を実施した．
宮古島は，最上位に風化土壌である大野越粘土を有し，それより下位に琉球層群(石灰岩)・島尻層群(泥岩)を有する(矢崎・大山,1980; 兼子, 2007)．地上にダムの無い本島にとって地下水は貴重な水資源であり，島尻層群泥岩が不透水境界，上層の琉球層群石灰岩が帯水層としてそれぞれ機能している．今回の調査地である白川田湧水は，湧水量が約2 万m3/日に達する天然の湧水ポイントである．これまでに宮古島市の調査により，これが単なるダルシー流で説明できる流量ではなく，空洞様の領域を選択的に流れているのではないかということが示唆されてきた(株式会社エイト日本技術開発, 2014)．それゆえ，水みちの状態を把握することは，本湧水の長期的保全の点で重要である．また，比抵抗構造に加えて充電率構造(IP効果)を明らかにすることは，水みちを始めとする地質構造解釈の拘束条件を増やすことが出来る点で重要である．
上記を背景に，白川田水源における比抵抗・時間領域IP調査による空洞検出を試みた．また，空洞に対応した比抵抗異常を検出することを確認するため，約1km西方の棚原洞窟直上において比抵抗調査(電気探査)を行った．調査では，Syscal pro + switch pro 48ch (Iris instruments社製)を使用し，電極間隔3m・測線長141mでdipole-dipole配置による計測を実施した．電極間隔(a)は3, 6, 12, 24 mの4間隔，電極隔離係数(n)は1－6であった．休止区間付2秒の矩形波電流を用い，1A程度の電流を送信できるよう接地抵抗を可能な限り低下させた．電位計測には非分極電極を，電流送信にはアース棒電極を用いた．本地域は大量の植生が存在するため，IP調査で通常推奨される単線での計測が困難であった．そのため，6ペア12芯のツイストペア・マルチケーブルを４本組み合わせた多芯ケーブルシステムを構築した．電位線が電流線と直接カップリングすることを避けるため，多芯線は電位計測のみに使用し，電流送信は別系統のケーブルを用いて行った．比較のため、比較的植生の少ない場所では単芯線での計測テストも行った．なお，棚原洞窟における比抵抗調査では，電流送信・電位計測ともに多芯ケーブルを用いて実施した．
白川田水源における計測の結果，単芯線・多芯ケーブルでのIPシグナル(部分充電率の時間に対する指数関数的減衰)の計測値に殆ど違いは見られないことが分かり，時間領域IP法において，本計測法の妥当性を確認した．nが小さなデータでは，良好なIPシグナルが得られた．一方で，隔離係数の増加に伴い，IPシグナルの品質は次第に低下し，鋸状の波形を呈するようになった．また，計測間隔が大きくなると上記と同様のシグナル品質の低下傾向が見られた．これらは，いずれも信号強度がノイズレベルにまで低下していることを意味する．このことは，a, nの増大に伴い電極配置係数(geometric factor)が増加している上，深部にIP異常が殆ど存在しないことが原因であることを示唆している．Res2Dinv(Geotomo software)による逆解析の速報的結果では、上位より大野越粘土・琉球層群石灰岩・島尻層群泥岩に相当すると見られる低比抵抗(数10Ωm程度)・高比抵抗(100－300Ωm程度)・低比抵抗(数10Ωm程度)の層構造が得られている．また，棚原洞窟における比抵抗調査の逆解析結果では，地上部に露出している琉球層群石灰岩に対応した数100Ωm程度の高比抵抗領域内に1000Ωmを超える極高比抵抗部が存在し，目視により，当該部分が空洞に相当することが明らかとなった．このことは，比較的大規模な空洞が存在した場合には，電気探査によっても検出が可能であることを示している．
本発表では，上記比抵抗構造に加え，時間領域IP調査による白川田水源の充電率構造の解析結果も交え，本地域における水みちについて検討する．
[謝辞] 本調査にあたり，宮古島市に調査用地の貸与等，様々な便宜を図って頂きました．株式会社エイト日本技術開発の渡辺俊一氏・風見健太郎氏・齋藤晴紀氏には，宮古島市との調整や解析結果について貴重なご意見を頂きました．株式会社日本地下探査鹿児島の藤田大介氏には現場での調査補助をして頂きました．ここに心からの謝意を表します．
宮古島は，最上位に風化土壌である大野越粘土を有し，それより下位に琉球層群(石灰岩)・島尻層群(泥岩)を有する(矢崎・大山,1980; 兼子, 2007)．地上にダムの無い本島にとって地下水は貴重な水資源であり，島尻層群泥岩が不透水境界，上層の琉球層群石灰岩が帯水層としてそれぞれ機能している．今回の調査地である白川田湧水は，湧水量が約2 万m3/日に達する天然の湧水ポイントである．これまでに宮古島市の調査により，これが単なるダルシー流で説明できる流量ではなく，空洞様の領域を選択的に流れているのではないかということが示唆されてきた(株式会社エイト日本技術開発, 2014)．それゆえ，水みちの状態を把握することは，本湧水の長期的保全の点で重要である．また，比抵抗構造に加えて充電率構造(IP効果)を明らかにすることは，水みちを始めとする地質構造解釈の拘束条件を増やすことが出来る点で重要である．
上記を背景に，白川田水源における比抵抗・時間領域IP調査による空洞検出を試みた．また，空洞に対応した比抵抗異常を検出することを確認するため，約1km西方の棚原洞窟直上において比抵抗調査(電気探査)を行った．調査では，Syscal pro + switch pro 48ch (Iris instruments社製)を使用し，電極間隔3m・測線長141mでdipole-dipole配置による計測を実施した．電極間隔(a)は3, 6, 12, 24 mの4間隔，電極隔離係数(n)は1－6であった．休止区間付2秒の矩形波電流を用い，1A程度の電流を送信できるよう接地抵抗を可能な限り低下させた．電位計測には非分極電極を，電流送信にはアース棒電極を用いた．本地域は大量の植生が存在するため，IP調査で通常推奨される単線での計測が困難であった．そのため，6ペア12芯のツイストペア・マルチケーブルを４本組み合わせた多芯ケーブルシステムを構築した．電位線が電流線と直接カップリングすることを避けるため，多芯線は電位計測のみに使用し，電流送信は別系統のケーブルを用いて行った．比較のため、比較的植生の少ない場所では単芯線での計測テストも行った．なお，棚原洞窟における比抵抗調査では，電流送信・電位計測ともに多芯ケーブルを用いて実施した．
白川田水源における計測の結果，単芯線・多芯ケーブルでのIPシグナル(部分充電率の時間に対する指数関数的減衰)の計測値に殆ど違いは見られないことが分かり，時間領域IP法において，本計測法の妥当性を確認した．nが小さなデータでは，良好なIPシグナルが得られた．一方で，隔離係数の増加に伴い，IPシグナルの品質は次第に低下し，鋸状の波形を呈するようになった．また，計測間隔が大きくなると上記と同様のシグナル品質の低下傾向が見られた．これらは，いずれも信号強度がノイズレベルにまで低下していることを意味する．このことは，a, nの増大に伴い電極配置係数(geometric factor)が増加している上，深部にIP異常が殆ど存在しないことが原因であることを示唆している．Res2Dinv(Geotomo software)による逆解析の速報的結果では、上位より大野越粘土・琉球層群石灰岩・島尻層群泥岩に相当すると見られる低比抵抗(数10Ωm程度)・高比抵抗(100－300Ωm程度)・低比抵抗(数10Ωm程度)の層構造が得られている．また，棚原洞窟における比抵抗調査の逆解析結果では，地上部に露出している琉球層群石灰岩に対応した数100Ωm程度の高比抵抗領域内に1000Ωmを超える極高比抵抗部が存在し，目視により，当該部分が空洞に相当することが明らかとなった．このことは，比較的大規模な空洞が存在した場合には，電気探査によっても検出が可能であることを示している．
本発表では，上記比抵抗構造に加え，時間領域IP調査による白川田水源の充電率構造の解析結果も交え，本地域における水みちについて検討する．
[謝辞] 本調査にあたり，宮古島市に調査用地の貸与等，様々な便宜を図って頂きました．株式会社エイト日本技術開発の渡辺俊一氏・風見健太郎氏・齋藤晴紀氏には，宮古島市との調整や解析結果について貴重なご意見を頂きました．株式会社日本地下探査鹿児島の藤田大介氏には現場での調査補助をして頂きました．ここに心からの謝意を表します．