電磁アクロスとCSMTの特性比較

A Comparison between EM-ACROSS and CSMT

中島崇裕・熊澤峰夫・國友孝洋・鶴我佳代子(サイクル機構)・羽佐田葉子(名大・理)

  「はじめに」
 アクロス(精密制御定常信号システム)は地下にむけて定常的に周期的信号を放射 し、離れた場所でその信号を観測することによって、波動伝播をした媒体の物性・構 造についての情報を得て、さらにそれらの時間変動の常時監視を実現するものである 。これまでに地中に弾性波をおくる音波アクロスについては様々な結果を報告した。 アクロスの手法は電磁波の信号に対しても適用できることを地震学会などで示してき たが、この方法と既存の電磁探査法との違いが必ずしも的確に伝わっていなかったよ うである。そこで本報告では、電磁アクロスと一見似ているCSMT法との原理と得られ ると予想される情報の違いをあらためて説明し、地下構造を仮定した場合にどのよう な見え方をするかを数値実験で比較して示す。
  「原理の違い」
 1.電磁アクロスでは変位電流の寄与を無視せずに取り扱うので、MTで用いられて いる数Hz程度の長周期信号から、地中レーダで使う数百MHzの電磁波まで統一的に扱 える。つまりMTでは無視してきた誘電率分布を電磁アクロスでは観測できる。この誘 電率の分布、特に周波数依存性(分散性)を観測し得ることは、後で述べるように地 下水の状態を調べることに関係して重要な意味を持っている。
 2.CSMTは観測点での電場・磁場の比から求まるインピーダンスを観測点近傍の平 均的物性を表すとみなす手法であり、物理光学的なアプローチであるといえる。電磁 アクロスではこれと同等なことができるが、信号源から観測点へのレイパスに沿った 伝達関数を周波数の関数として求める幾何光学的な解析も行える。電磁波の伝播が拡 散方程式に近似でき、波動としての特性を持たない場合でもアクロスでは解析可能な ことはすでに示した。
 3.電磁アクロスでは個々の観測点で電場または磁場の振幅と位相を周波数の関数 として測定するので、電場のみまたは磁場のみの観測から求められた伝達関数からで も、地下の構造を推定することができる。
  「電磁アクロスの優位性と意義」
 1.CSMTでは使わない送信点近傍(平面波とみなされない近地場領域)でのデータ もアクロスでは構造解析に使える。特に異方性がある場合や複雑な構造の解析には有 効な観測である。これは同時に送信点付近から逐次遠方へと構造解析をするのに必須 の観測であるといえる。
 2.アクロスのデータ解析では地下の電気伝導度の分布だけでなく、媒質の物理分 散に関する情報も取得できる。物理分散は物質とその状態に大きく依存することが知 られている。特に岩石の含水率が変わると、誘電率が桁で変化し得ることが実験室内 での測定で明らかになっている。よって電磁アクロスにおいて広い周波数範囲で観測 を行うことと、様々な岩石試料についての室内での基礎実験があるという条件のもと に、地下での水の状態を推定し、かつその時間変動を監視することが可能となる。固 体地球の様々な現象が地殻内の水の影響であると推理されながらこれまでにそれを調 べる手法がほとんどないといってもよい状況だった現状を考えると、電磁アクロスの 開発研究の意義は大きい。
  「結果の比較」
 2次元構造している場合に、それぞれの方法で同じ受信点での観測量の比較、解析 によって求まるものの比較する。特に周波数依存性については、MTでは探査領域の深 度の移行としてとらえるが、電磁アクロスでは構造分散と物理分散に分けて解析でき ることを具体的に示す。