マイクロポラリメトリックボアホールレーダによる地層・岩盤計測の新たな展開

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450389
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 源之 東北大学, 東北アジア研究センター, 教授 (40178778)
• 研究分担者: 周 輝 東北大学, 東北アジア研究センター, 講師(研究機関研究員) ; 海老原 聡 東北大学, 東北アジア研究センター, 助手 (20301046)
• キーワード: レーダポラリメトリ / ボアホールレーダ / クロスホールレーダ / 光アナログ信号伝送 / 土木調査 / 岩盤保安調査 / 地下き裂イメージング / 地下き裂評価

研究概要

ポラリメトリックボアホールレーダは従来のレーダ分解能を超える反射体識別能力を有することから、より低い周波数を利用することで探査距離を伸ばしながらも地下き裂の分類・評価などに利用できる。本研究では直径5cm以下の坑井で200MHz以下の計測が行えるポラリメトリックボアホールレーダを開発し、本システムを利用することで地層・岩盤計測の新たな展開を行うことを本研究の目的とした。
細径のレーダゾンデを可能にするために、直径2cmの円筒状筐体に収納された光アナログ信号伝送回路を開発し、これと組み合わせて外形41mmのポラリメトリックボアホールレーダシステムを開発した。また本システムを利用してフィールド実験を行い、データ取得ができることを実証した。同時に、坑井の直径に比べて細いボアホールレーダでは、直交偏波を計測するためにスロットアンテナを利用した場合、アンテナ位置のずれが信号に反映することが明らかとなった。
ボアホールレーダにおけるレーダポラリメトリの利用法として、偏波シグネチャ、偏波エネルギー比の利用を検討した。米国ミラーレイクサイトで実施したポラリメトリックボアホールレーダ計測結果等へ適用し、偏波エネルギー比が地下き裂の表面粗さなどと相関の高いことを明らかにした。更に限られた範囲ではあるが、この性質を利用することでポラリメトリックボアホールレーダによる透水性き裂評価が可能であることを示した。
またクロスホールレーダに対してマイグレーションを利用した直接イメージング法を提案し、従来のマイグレーション法より分解能の高い地下き裂可視化が可能なことを示した。
以上の成果より、マイクロボアホールレーダによる土木調査、鉱床探査、岩盤保全調査など細い径のボアホールを利用する環境で実用的に利用できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] M.Sato,M.Takeshita,T.Miwa and J.Lane Jr.: "Polarimetric Borehole Radar Measurement at the Mirror lake Test Site"Proc.SPIE. 104-112 (1999)
• [文献書誌] H.Zhou and M.Sato: "Estimation of Subsurface Fracture Extension by Using Cross-hole Radar Measurement"信学技報. SANE99-73. 81-85 (1999)
• [文献書誌] 竹下盛泰、佐藤源之: "ポラメトリックボアホールレーダ計測における地下き裂分裂法の提案"信学技報. SANE99-79. 21-27 (1999)
• [文献書誌] M.Sato: "Polarimetric Borehole Radar Approach to Subsurface Fracture Classification"Proc.Three-Dimensional Electromagnetics. 259-262 (1999)
• [文献書誌] H.Zhou and M.Sato: "Fracture Detection Using Crosshole Borehole Radar in Kamaishi"Expanded Abstract of SEG 69th Annual Meeting. 480-483 (1999)
• [文献書誌] 竹下盛泰、佐藤源之: "ポラメトリックボアホールレーダを目的とした粗い反射体表面での散乱の数値解析と評価法"電磁界理論研究会資料. EMT-99-83. 77-82 (1999)
• [文献書誌] H.Zhou and M.Sato: "Borehole Radar Application to Fracture Imaging and Saline Tracer Detection,"Proceedings of the 8th Int.Conference on Ground Penetrating Radar. (in press). (2000)
• [文献書誌] M.Sato and T.Miwa: "Polarimetric Borehole Radar System for Fracture Measurement"Subsurface Sensing Technologies and Applications. (in press). (2000)