秋田大学工学資源学部研究報告,第 2 3 号 ,2 0 0 2 年1 0 月
論 文
カー ブマ ッチ ング法による 水平成層比抵抗構造解析の 自動化
坂 中伸也 * *
AnAut o ma t i cAna l y s ュ sO ft heCur v eMa t c hi ngMe t hod f o rEl e c t r i cSo undi ngunde rLa ye r e dSt r a t a
Shi n' ya Sakanaka
* *Abst Tact
Thec ur vemat c hi ngme t hodhast r adi t i onal l yus e df oranal ys i soft her e s i s t i vi t yme t hod,whi c hi ss o‑
c a l l e de l e ct r i cs oundi ng,unde rl a ye r e ds t r at a・I nt hec ur vemat c hi ngme t hod,atf ir s twepl otobs e r vedv a lue s ofappar e ntr e s i s t i vi t yonal ogar i t hmi cc oo r di nat et r ac i ngpaPe r ・The nwea n a lyz et hes ubs ur f ac er e s i s t i vi t y s t r uct ur ewi t hc ompar l ngt heobs e r ve dc ur v ewi t ht het he or e t i c alonef らrt wo‑ l a ye r e ds t r at a.Al t hought he l i ne ar丘l t e rmet hod,whi c hc anc al c ul at et het he or e t i c alc ur vee as i l yandac c ur at e l y,i smor epopul ari nl at e ye ar s,t hec ur vemat c hi ngme t hodhasana dv ant ageofvi s ua li z i ngt heana lys i spr oc e s s .
I nt hi smanus c r i pt ,anaut omat i cana lys i soft hecur vemat c hi ngme t hodf orWe nne re l e c t r odec onf igur at i on i si nt r oduc e d・I nt hepr ogr am c ode,Mar qua r dtme t hod,oneoft henon‑ l i ne arl e as ts quar emet hods ,i sus e dt o f
itt het heor e t i ca l c ur vewi t ht heobs e r ve done.Thee xampl e sofappl yi ngt heaut omat i canal ys i st opr ac t i c a l dat aandi t savai l abi l i t yar es hownaswe l la st hef low c har toft hemet hod.
1 . は じめに
一般 に電 気 探 査 と呼 ばれ る比抵 抗 法 ( r e s i s t i vi t y me t hod) では,水平成層構造の解析に対 して,カー ブマ ッチ ング法 が伝統的 に用い られて きた.近年で は正確 な理論観 測値 を少 ない計算量で算出できる リ ニアフィル タ一法 ( 1 )を用い るのが主流だが,カーブ マ ッチ ング法 は解析手順 を視覚的に確 かめなが ら構 造 を決定で きる とい う利 点がある.
カーブマ ッチ ング法ではまず,両対数方眼 トレー シングペーパー に測定値 である見掛比抵抗の値 をプ ロッ トし,あ らか じめ用意 された水平二層比抵抗構 造 に対す る理論 曲線 に合致 させ なが ら地下の比抵抗
2002 年 8 月 7 日受理
= 秋 田大学 工学 資源 学部地球資源 学科 .De par t me ntor Ear t hSc i e nc eandTe c hnol ogy,Fac ul t yorEngi ne e r l ng andRe s our c eSc i e nc e,Aki t aUni ve r s i t y.
1
構造 を推定 してゆ く. この方法 を コン ピュー タのア ル ゴ リズムで記述 し,自動解析化す ることを試み る.
自動解析 に際 しては,カーブマ ッチ ングで解析 した とき と同様 の解析 シー トをコンピュー タの画面に出 力 し,視覚化す ることが 目標 である.
カーブマ ッチ ング法は,決 め られ た手順 に従 って
解析 をすす めれ ば,誰で も計算機 を使 わな くて も地
下の比抵抗構造 を解析す ることがで きる. この よ う
な手軽 さか ら,秋 田大学工学資源 学部地球資源学科
の応用地球物理学研 究室では,学部 3 年生対象 の電
気探査実習 において ウェンナ一法 にカーブマ ッチ ン
グ法 を利用 している.電気探査 の測定値 を丁寧 に理
論 曲線 に合 わせ てい くには注意力 と時間が必要であ
ることか ら,カーブマ ッチ ング法 の 自動解析 プ ログ
ラムが開発 されれば,教育活動 を よ り円滑 に行 える
とい う利点 もある.
2 坂 中伸也
水平成層比抵抗構造 を 自動解析す る方法 としては, リニア フィル ター を用 い るイ ンバー ジ ョンの方法が す で に確 立 され てい る.正確 な比抵抗構 造 を少 ない 計算 量で算 出す るには リニア フ ィル ター法 は有効で あ るが,カー ブマ ッチ ング法の 自動解析法 を用意 し てお けば,カーブマ ッチ ング法 の結果 を用 いて リニ ア フ ィル ター法のスター トモデル と して用 い る こと もで きるであろ う.
以 下の章では,やや冗長ではあるがまず カーブマ ッ チ ング法 の考 え方 と手順 を述べ る.そ の上 で今 回考 えた 自動解析 の手順 を紹介す る.最後 に ここで紹介 す るカー ブマ ッチ ングの 自動解析 を,学生実験 で得 られ た電気探査のデー タに適用 した ものを紹介す る.
実験 フィール ドは秋 田大学近辺 の手形 山で ある.辛 形 山は標 高 100m 足 らず の台地 で あ るが,その表層 は磯 ・砂 ・泥 よ りな る更新 世の堆積物及 び段丘堆積 物 か らな る.電気探査 を実施 した場所 では確認 でき
ないが,下部 には暗灰 色泥岩 を主 とす る中新世後期 の船川層 の存在が予想 され る ( 2)
2. 標準曲線 によるカー ブマ ッチ ング法 2.1 ウェンナ一法
比抵抗法 は四極 法が主流 だが, 四極 法の うちで も 特 に ウェンナ‑ ( we nne r ) 法, シュランベル ジャー ( sc hl umbe r ge r ) 法,ダイポール ・ダイポール ( di pol e ‑ di pol e )法 とい った電極配置が よ く用い られ る. この 稿 では ウェンナ一法のみ を扱 うが,その電極配置の 概念 図を Fi g. 1 に示す . ウェンナ‑電極配置 におい ては, 4 本 の電極 を等 間隔 α で直線 状 に配 置す るわ けだが, この とき,外側 の電流電極 か ら地 中に交代 直流電流 を流 し,内側 の電位 電極 で電位 差 を測定す る. ウェンナ一法 はその電極配置 が単純 でわか り易 いため,地 下の比抵抗構 造 の垂 直探査 に も水平探査 に も広 く用 い られ てい る. ウェンナ一法 に よる見掛 比抵抗 paの算 出式 は
pa‑2 汀a芋 ‑2打αR
(1)
で表す こ とができる. ここで V は電位 電極 間の電位 差,Jは電流電極 か ら流 した電流 である.
2.2 標準 曲線
ウェンナ一法 に よる水 平成層 2 層構 造 に対す る見 掛比抵抗 は,鏡像 法な どを用 い る と以 下の式 で表す
ことがで きる.
∞∑ 血4 + l r Iハr 二dnr
‑2 皇
k l‑
( 1 + 4 n 2 ( d l / a ) 2 ) 1 / 2
‑ n f f 1( 1+ n 2 ( d l / a ) 2 ) 1 / 2
P2 ‑Pl β2 + β1
ここで p l ,P2 は上部第 1 層 目及びその下部 の第 2 層 目の比抵抗 ,d lは第 1 層 の層厚 , aは ウェンナ一法の 電極 間隔である. k l は比抵抗 反射係数 と呼ばれ る.
ここで, pa /pl と a / d l がパ ラメー タ p2 / pl を介す る従属変数 と独 立変数 であ る とみ な して常用対数 を とる と,式 ( 2 ) はあ る関数 F を用 いて,
l ogpa‑l o gp l ‑ F (l ogall ogd l , 賢) ( 4)
と表す こ とがで きる. この 2 層構 造 に対す る理論 曲 線 をそれ ぞれ のパ ラメー タ p2 / pl につ いて両対数軸 上に描いた ものを標準曲線 または指導 曲線 ( s t a nda r d c ur v e) と呼んでい る・縦軸 に p a /p l ,横軸 に a / d l を
とった この標準 曲線 を Fi g.2 に示す.
比抵 抗 法 の垂 直 探 査 で は横 軸 に電 極 間隔 ,縦 軸 に実 際 に測 定 され た見 掛 比抵 抗 を グ ラフにプ ロ ッ
トす るが , これ を以 下 で は実 測 曲線 と呼ぶ こ とに す る・式 ( 4) よ り,大地 の比抵 抗構 造 が 2 層 で あ る 場合 ,電極 間隔 a に対す る見 掛 比抵 抗 pa の実測 曲 線 を標 準 曲線 と同 じス ケール の 両常 用対数 グ ラフ に プ ロ ッ トして平行 移 動 す れ ば ,いずれ かのパ ラ メー タ p2 / pl に対応 す る標 準 曲線 と一 致 す る こ と が わ か る. この とき,Fi g.2で示 され る標 準 曲線 の原 点 ,す な わ ち l ogpa‑l ogp1‑ l og( p a / p l ) ‑ 0 , l ogall og d 1 ‑ l og( a/d l ) ‑ 0の実測 曲線 グラフ上で の位 置 よ り,第 1 層 目の比抵抗 pl , 第 1 層 の層厚 d l
が求 め られ る.
2.3 ハ ンメルの補助曲線
前節 では水平 2 層 構 造 の場 合 につ い て考 えたが, 水平 3 層構 造の場合 で も,上 部 の 2 層 を新 たに第 1 層,第 3 層 を新 たに第 2 層 と見 なせ ば ,2 層構造解析
に用 い る標 準 曲線 を用 いて構 造解 析 が可能 にな る.
3 層構 造 の とき,電極 間隔 を大 き くしてゆ くと,上 部 2 層 中を流れ る電流は層 に平行 に流れ る と見 なせ る. この仮 定に よ り以下の式 を導 くこ とができる.
de p2 pe d l PI pl 賢 ・ 芸 ‑ 1
( 5 )
カーブマ ッチ ング法による水平成層比抵抗構造解析の 自動化
Re s i s t i vi t y p k一 一 一 一 a ‑ ‑ 斗 ‑ α 斗 a ‑ ‑ .‑ 一 斗
Fi g.1 Sc he mat i cdi agr am ofWe nne re l e c t r odec onf igur at i on・Twoout e re l e ct r ode sC l ,C 2 ar ef ori nj e c t i on ofe l e ct r i cc u汀e nti nt ot hee ar t handt woi nnere l e c t r ode sPl ,P 2 ar ef orme as ur e me ntofe l e ct r i cpot e nt i a l . Eac hs paci ngoft hee l e c t r ode shast hes amei nt e r va l a・
pa/pl ‑∞
0. 1 1 1 0
a / d l
0 0 0 5 2 1 5 2iZ' 2 1 1 0 0 0 5 1 2 5 / / / / HU H 日 日 r:
Fi g.2 St andar dc ur vef わrWe nne re l e c t r ode c o n f igur at i on( af t e rSas s a etal . ,1993( 2 ) ) .
ここで peは第 1 層 と第 2 層 を 1 つの一様 な層 とみな した ときの等価 な比抵抗 ,d e はその等価層の厚 さ ( 第 1 層の厚 さ+第 2 層 の厚 さ)である・式 ( 5 ) について p 2 / pl をパ ラメー タ として pe / pl と d e / d l の関係 を両 対数 グラフに描 いた ものが Fi g. 3 である. この曲線 をハ ンメル ( Humme l ) の補助 曲線 と呼んでいる.
このよ うに大地の比抵抗構造が水平 3 層構造であ る場合で も,まず 実 測 曲線上の電極間隔が小 さな部 分 を 2層構造用 の標 準 曲線 に合致 させ ,続いて第 3 層 を新たな第 2 層 と見な して標準 曲線 に合致 させれ
p 2/pl‑ ∞ ヽ
t q
0. 1 1 1 0
de /dl
0 0 0 2 5 1 2 5 0 0 0 ′/ / / / / 5 2 1 5 2 1 1 1 1 1 1
Fi g・ 3 Humme l ' sauxi l i ar y c ur ve ( af t e r sas s a etaL . ,1 993( 2 ) ) .
3
ば よい.第 3 層 を標 準曲線 に合致 させ るときの新た な原 点 ( l og( p a / pl ) ‑ 0 , l og( a / dl ) ‑ 0) は,上部 2 層解析時の原点か らのびた補助 曲線 上 にあることに なる.
水平 4 層構造以上の多層構造 の ときで も上部のい
くつかの層 をま とめて‑様 な比抵抗 を持つ 1 枚の層
とみな して順次解析 して ゆ くことがで きる.以上の
よ うに標準 曲線 に実測 曲線 を合致 させ て構造を決定
す る解析法 がカー ブマ ッチ ン グ法 ( cur vemat c hi ng
met hod) である. ウェンナ一法や シュランベルジャー
法 な ど, よく用い られ る電極配 置 については, さま
4 坂 中伸 也
ざま な場合 の理 論 曲線 が用意 され てい る.
2.4 カー ブマ ッチ ング法 の 手順
以 下に ウェ ンナ一 法 にお け るカー ブ マ ッチ ン グ法 の手順 の一例 を具体 的 に示 してお く.
1 . 実測 曲線 ( 横 軸 a,縦 軸 pa) を標 準 曲線 と同 じスケール の 両対 数 方 眼紙 に描 く.
2 . 実測 曲線 の初 めの部 分 ( 電 極 間隔 α の小 さい 部分 ) に合 致す る標 準 曲線 を見 つ け,一 致 さ せ た部分 を実線 で なぞ る.
3. この ときの標 準 曲線 グラフ上のの原点 ( p a/ pl ‑ 1 , a / h ‑ 1 の交点)を実測 曲線 グラフ上に ㊦0 1
と記入す る.
4. ‑致 した標 準 曲線 の p2 / pl の値 が実測 の p2 / p l.
5. 0 0 1 の縦 軸 の値 を読 み 取 る。 この値 が 比抵 抗 β1 を与 え る。
6. 0 0 1 の横 軸 の値 を読 み 取 る。 この値 が 一層 目の厚 さ ん1を与 え る
。7. p2 /pl ,Pl ,hlを 読 み 取 っ た ら,p2 / plの 値 か ら p2を計 算 す る .図 中 に p2 / p1‑ 00 , p 1 ‑ 00 nm,h1‑ 00m ,p2 ‑ 00nm と 記入す る.
8. 実測 曲線 グ ラフ上 の ⑳0 1 を補 助 曲線 の原 点 に重ね る.
9. 手順 4 で 得 られ た p2 / pl に対応 す る補 助 曲線 ( 原 点移 動 曲線 ) を点線 で写 し取 る.
1 0. 実測 曲線 を再 び標 準 曲線 に重 ね ,標 準 曲線 の 原 点 が手順 9. で写 し取 った補 助 曲線 上 に乗 る よ うに平行移 動 させ て, 実測 曲線 の次 の部分 と一 致 す る標 準 曲線 を探 し,一 致部分 を実線 で なぞ る.
l l . 手順 1 0 . の場合 の標 準 曲線 上の原 点 を 00 2 と 図 中に記入 .
1 2. p2 / pl( 実 は p3 / pe ) ,Pe ,he ( 実 は h2 )を読み 取 り,p3を計 算 す る ・図 中 に p3 / pe ‑ ○ ○ , pe ‑ 000 m,h e ‑ h2 ‑ 00m ,p3 = 000m
と記入 す る.
1 3. 4 層構 造 以上 の場 合 は ,手順 1 2. か ら再び 手順 8. に戻 って 同 じ手 順 を繰 り返 す .た だ し,捕 助 曲線 で読 み 取 った p2 /pl は , p3 / pe,P4 / p / e, p 5 / p / e /な どと読み か え る。 0 0 1 , 0 02 も順 に
0 0 2 ,0 0 3 な どと書 きか え る.
1 4 . 最後 に実測 曲線 の下 ( 上で もよい)に水平成層 比抵抗構造 を示す柱状 図風 の絵 を書 き入れ る.
カー ブマ ッチ ング法 で解 析 した実測 曲線 の グラフの 例 が Fi gs.5‑ 7 の上部 で あ る.
この章の前半 に表れ た式 ( 2 ) や式 ( 5 ) の導 出につい ては例 えば,佐 々ほか ( 3) を参 照す る とよい.
3. カー ブマ ッチ ング法 の 自動解析
3.1 Marquardt 法
測 定デー タか ら実測 曲線 を作 成 した ら, 実測 曲線 の部分 部分 に最 適 な標 準 曲線 を 「自動 的 に 」 あては めて ゆ くの が 目標 で あ るが, そ の あて は めのた めに ここでは Ma r qua r dt 法 ( 4) , ( 5) を用いた.Ma r qua r dt 法 は非線 形最 小 二乗 法 の一 種 で あ る.標 準 曲線 の 関数 型 は,式 ( 2 ) か らも明か な よ うに非線 形 で ある.
Mar qua r dt 法 は,単純 な最急 降下法や Ne wt on 法 と は違 い,最適解 に近 づ くにつれ ,決 定すべ きパ ラメー タの変化 量 を調 整 す る方 法 で あ る. この方 法 は,残 差 が発 散 した りロー カル ミニマ ム に陥 る こ とに比較 的 強い と言 われ て い る.Mar qua r dt 法 の他 に も,最 急 降 下法 に似 た方 法 も試 してみ たが,最適解 が見つ
か りに くか った り,計算 時 間 が かか った りした.
ここで は実測 申線 に最 も よ く合 致す る標 準 曲線 を 見つ け るた め に決 定す べ きパ ラメー タは式 ( 2 ) や 式 ( 4) よ り, k l ( また は p2 / pl ) ,l o g d l ,l o gpl の 3 つ で あ る.多層構 造 を考 え る ときは , もち ろん これ らの パ ラメー タは等価 層 を考 慮 に入 れ た ときの もの にな る・比抵抗反 射係 数 k l につ い ては式 ( 3)か らもわか る よ うに p2 / pl の 関数 で あ る.手 動 の カー ブマ ッチ ング法 では い くつ か の p 2 / pl につ い てそれ ぞれ の標 準 曲線 が用 意 され て い るが, ここで紹 介す る 自動 の カー ブマ ッチ ン グ法 で は ,連 続 的 な p2 / pl か ら最適 値 を さがす こ とにす る. もち ろん 自動 のカー ブマ ッ チ ン グ法 にお い て も手動 の カー ブマ ッチ ング法 と同 様 にあ る決 め られ た離 散 的 な p2 / pl または k lの最適 値 を決 定す るこ とはアル ゴ リズ ム上可能 であ る.
実測 曲線 上 で, は じめの標 準 曲線 との合致部 分 を 見つ け る場 合 ,最 適 化 す るパ ラメー タは上記 の kl , l ogdl ,l ogpl の 3 つ で あ るが,2 番 目以 降の合致部分
を見つ け る場合 ,最適 化 す べ きパ ラメー タは 2 つ に な る・ なぜ な らば,式 ( 5)に よって d l と β 1が独 立で はな くなるか らであ る. ここで は ,2 番 目以降の標 準 曲線 の合致部分 を見つ け る とき,k l,l ogd l だけを最 適化 し ,l ogp1 に対 して は式 ( 5) を用 いて決定す る.
Mar quar dt 法 にお い て はパ ラ メー タの初期値 をあ
らか じめ与 える必 要 が あ る. このパ ラメー タの初期
値 は場合 に よって は最終 的 なパ ラメー タの値 に影響
し うる.で き るだ け最適値 に近 い値 を初期値 と して
設 定 したい わけだが,ここでは初期値 として k l= 0 ,
d l を 2 番 目に小 さな電極 間隔 α の値 ,β1 をその 。に
カーブマ ッチ ング法に よる水平成層比抵抗構造解析 の 自動化
対応す る観 測 され た見掛 比抵抗 伽 とした.
それぞれ のパ ラメー タを繰 り返 し調整変更 しなが ら最適値 を求 め るわ けだが,その繰 り返 しの最大値 MAXIT = 1 0 0と し,繰 り返 し回数 が この回数 を超 え て も最適値 が見つか らない場合,計算 を打 ちきるこ とに した.また,それ ぞれ のパ ラメー タの変化率が EPSILON = 1 0‑ 7 以内 にな った とき,最適値 が求 め ら れた とみな し,その ときの残差 を最小の残差 とした.
この問題 の場合 ,実数 空 間で残差 を最小 にす る方 法 と,対 数 空 間 で残 差 を最 小 にす る方 法 が考 え ら れ るが,対数 空 間 中で残 差 を最 小 にす る よ うにパ
ラメー タを決定す る ことにす る.す なわち,見掛比 抵抗 ,電極 間隔 ともに常用対数 を とった値 に対 して Ma r quar dt 法 を適用す る.
なお,標 準 曲線 は式 ( 2 ) よ り,無限級数 であ らわ され る・式 ( 2 ) で n を大 き く していった とき,その
n に対応す る項 が 1 0‑ 10 を下 まわ る と,それ よ り大 きな n に対す る項 を打 ち切 った.
3.2 最適 な標 準曲線 を選 び出す基準
今 ,実測 曲線 のそれぞれ の ある一部分 に対 して標 準曲線 をあては めるわけで あ るが,あてはめに用い る観 測デー タの個 数 が決 ま ってい るわ けではない.
単に実測 曲線 と標 準 曲線 の残 差二乗和 が小 さい とい う基準で最適 なパ ラメー タを選び 出す とすれば,用 い るデー タ数 が少 なけれ ば少 ないほ ど残差二乗和は 小 さくなる. ここでは, もちろん残差 が小 さくなる ことも要請 され るが,で きるだけ多 くの個数のデー タに対 して標 準 曲線 をあてはめたい とい う要請 もあ る. ここでは
merrOr = ( 6 )
を最適 な標 準 曲線 を求 め るた めの基準値 として採用 す る.nはあて はめに用 いたデー タ数 であ る. この 式は平均誤差 を求 め る式 その ものであ るが,残差二 乗和の平均 が同 じで あれ ば,あてはめに用 いたデー
タ数の多い もの を採 用す ることになる.
あてはめに用 い る最低 限のデー タ数 を nmi nf i tと してあ らか じめ与 えるこ とに した.最初 にあてはめ る標準曲線 に対 しては nmi nfi t= 3 , 2 番 目以降 に対 しては nmi nfi t =4 とした.最初 にあてはめる標準 曲線については,電極 間隔の小 さな部分であるので 地表 もしくは電極表 面の不均質 に影響 されやす く見 掛比抵抗 が不安 定 な ため, nmi nfi t の値 を小 さく し
てあてはめやす くした.
5
3.3 カー ブマ ッチ ング法の 自動解析手順 今回考 えた 自動解析 手順 を以下 に示す .
1 . デー タフ ァイル か ら観 測 デ ー タ を読み込 む.
読み こむべ きデー タは, npts :デー タセ ッ トの数
aw(i) :ウェンナ一法の電極 間隔 ap(i) :観測 され た見掛比抵抗
( i ‑ 1, 2 , … , npts)
2. 実測 曲線 ( β 。 ‑ α 両対数 曲線 ) を画 面上 にプ ロッ ト.
3. あて は め に用 い る最初 のデ ー タ番 号 is tart を決 める.は じめの標 準 曲線 をあてはめ る場 合 , is tar t = 1 と し, 2 番 目以 降の標 準 曲線 をあてはめ始 める場合 はあてはめにまだ用い ていない最初 のデー タ番号 を istart とす る.
また, あてはめに用い る最低 限のデー タ数 nmi nfi tを決 め る.は じめの標 準 曲線 の場合 nmi nfi t= 3 とし, 2 番 目以降にあてはめる標 準 曲線 の場合 nminfi t =4 とす る.
4. 標 準 曲線 のあては めに用 い るデー タ数 n ,最 適値 を求めるべ きパ ラメー タ k l,l og d l ,l og pl
の初期値 を設 定す る.デー タ数 n の初期値 は nmi nfi t であ る.2 番 目以 降 の標 準 曲線 をあ てはめる場合 ,l og pl をパ ラメー タ として用い ない ので この初期値 を設 定す る必要 はない.
これ らのデー タ設 定は Mar quar dt 法 のための ものであ る.
5. Mar qua r dt 法により最適 なパ ラメータ k l, l ogdl , l og P1 を決定 し,それ らのパ ラメー タに対 して 式 ( 6 ) で定義 され る mer ror の値 を算 出す る.
6. あて は め に用 い るデ ー タ数 n を変化 させ な が ら merror を算 出す る うち,最小 の merror を mi nerr とす る.その ときのデ ー タ数 n を mi nn とす る.
7. m の値 が mi nn+ 3 と同 じに なれ ば次 の手順 8 .に進 む . これ は最 小 の merror す な わ ち mi nerr が現れてか ら n を順 に 3 だけ大 きくし て も新 たな最小値 mi nerr が現れ ない ときで ある ・n≧mi nn+3 が満 た され てない とき,あ てはめに用 い るデー タ数 n を 1 つ増や し,辛 順 4. に戻 る.
8. あて は め に用 い る最 初 のデ ー タ番 号 istart
を変化 させ なが ら mi nerr を算 出す る うち最
小 の mi nerr を mi nferr とす る.そ の ときの
i s tartを mi ns tart とす る.
6 坂 中伸也
9. istar tの値 が mi nstart+3 と同 じになれ ば次 の手順 1 0 .に進 む . これ は最 小 の mi nerr す なわ ち mi nferr が現 れ て か ら istar tを順 に 3 だ け大 き く して も新 た な最 小値 mi nferr が 現れ ない ときで あ る・ istart≧minstart+3 が満 た され てない とき, あては めに用 い る最 初 のデー タ番 号 is tar tを 1 つ増や し,手順 3.
に戻 る.
1 0. この時点で 目下の標準曲線 に対 して , mi nstar t, それ に対応 す る mi nn 及 び最適 なパ ラメー タ がそれ ぞれ決 まってい る. これ らの情報 か ら, 最適 な標 準 曲線 を実測 曲線 上 に図示 す る.標 準 曲線 を措 く範 囲は あて はめに用 いたデー タ の周辺 とす る.
ll. あてはめに使 うべ きデー タが残 っていないか, さ らな る最適 な標 準 曲線 が見つ か らなか った 場合 次 の手順 に進 む .新 たな標 準 曲線 が あて は め可能 な らば手順 3. に戻 る.
1 2. この時 点で層 の数及 びそれ ぞれ の層 厚 ,それ ぞれ の層 内の比抵抗 値 が求 まってい る.それ ぞれ の値 を出力す る とともに,実測 曲線 の上 方 に柱状図風 の比抵抗構 造 図 を描 く.
以上 の 自動解 析手順 の フロー チ ャー トを Fi g.4 に示 した.
最 後 の手順 1 2. では手動 のカー ブマ ッチ ングの表 記 と合 わせ るた め に層 境 界 の深 さ di ( i ‑ 1, 2 , …)を hi ( i ‑ 1, 2 , . . . )と して出力 した・
プ ログラムは W i ndows 版 vi s ualBas i c6. 0Le ar nung Edi t i on 上 で作 成 した . 自動 解 析 の た め の計算 時 間 は, MAXIT の大 き さや解 析 に用 い るデ ー タに よって 差が あるが, pe nt i um Ⅲ 750MHz のパ ソコンで 2‑ 6 分程度 で あ る.
4. カー ブマ ッチ ング法の 自動解析 の適 用例 前 章で紹介 したカー ブマ ッチ ング法 の 自動解析 プ ログラムの実行結果 を 3 例紹介す る. Fi gs .5‑ 7 に その結果 を示 した.それ ぞれ の図の上部 には両対数 トレー シ ン グペ ー パ ー を用 い た 手 動 に よ るカ ー ブ マ ッチ ン グ法 の解 析結 果 ,下部 には 自動解析 に よる 結果 を示 した.
手動 に よるカー ブマ ッチ ング法 は,実測 曲線 の ど の部分 に どの標 準 曲線 をあわせ るのか とい う部分 で ある程度個人差 が生 まれ る.解 析結果 も層境界 まで の深 さ,それ ぞれ の層 内にお け る比抵 抗値 に も個人 差 が出 るのが普通 で あ る. しか し地下構造 の定性的 な解釈 は誰 が解析 して も差 異 は ない.解析結果 にそ
測定データ読み込み npts, aw( i), ap( i)
( i三 言 1 , 2 ,‥ ‥ npts) 両 対 数 軸 グ ラ フに 実 測 値 を プ ロ ッ ト
新たな標準曲線の あて は め
i s t a r t = i s t a rt+1
変数
npts:データセ ッ ト数 a w ( i): Y e n n e r 法のt極間隅 ap( i ):観測 された見浄比抵抗 istar亡 ;あてはめを始めるデータ番号
∩: あてはめに用いるデータセッ ト数
iStartの決 定
nの 決 定 ( 初 期 値 n=nmi nfit) パ ラ メー タ kl ,dl , 1の 初 期値決
Ma r q u∬ dt 法
与 え られ た データセッ ト歓 n に対 して 最 適 な パ ラ メー タ れ れ plを算出 平 均 誤 差 me rror の算出
最小のm e r r o rを 与 える n を m⊥nn とし,
そのと きのm e r r o r を minerr とす る
n≧m i n n + 3
最小のm e n e r rを与えるi s t a r tをT n instart とし
そのと きのm e n e r rをm i n f e r rと する . i s t a r t≧m i n s t a r t + 3
標準曲線のプロ ット
次の標準曲線のあてはめが可能か
柱状図J L の 比抵抗構造出力
Fi g.4 Fl o wc ha r to ft hea ut omat i ca na l ys i s o rt hec ur v ema t c hi ngme t hod・Se eDe t a i l si n t hema nus c r i pt .
の よ うな若 干 の任 意性 が あ る こ とを考 える と, Fi gs.
5‑ 7 の手動解 析 の結果 と自動解 析 の結果 はほぼ等 しい と見て よいだろ う ・⑳ の数 が層構 造の数,その 位 置 が層境 界 の深 さと等価 な比抵 抗値 を示す こ とか ら, ⑳ の分布 を比べれ ば解析 結果 が似通 ってい るか ど うか一 目瞭然 であ る.
なお, 自動解析 の出力結果 には煩雑 を避 けるため に補助 曲線 は図示 してい ない .また, 自動解析 の結 果 を示 した柱 状 図風 の絵 の 中の数 値 は小数点以 下 2 桁 で表示す るよ うに した .
以 下で はそれ ぞれ の例 ( Exampl eA 〜 C) を概観 してみ る.
4.1 Exampl eA
Exampl eA についての解析結果 は Fi g.5 に示 した.
手動 に よるカー ブマ ッチ ン グは筆者 自身が 自動解
カーブマ ッチ ング法による水平成層比抵抗構造解析の 自動化
密穐郷靖 久 叫 t 的な ち
○ I ヽ { > > l ヽ " . ′ ∧ l
一 、 古 淵モ 持H
生 霊左 記 持鉛 ≡ i 葦 … ・ ヽ > }〜 \ ヽヽ 、 4 十 、 号 1 モ 、 虫 蕃 事 . 当 、 モ ! 、 ‑ヽ ○ ■ 秦 古 ∨
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0. I I l O
h 0 1 . 2 ‑ 9 m h g . O : 9m h B 3 . 06 m 0 1 =r h o 1 = r h o 2 = r ho3 ‑ ̲ .
8 8 . 1 38 0 9 . 5 8 1 2 6 . 4 3 4. 42
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くrn)r h o l= 5 8 8 . 1 2 85 559 25 587o hm‑n hl = 0 . 2 9 0 4 1 6 67 399 1 8 41r n r h o 2≡8 0 9. 57 6 21 02 65 5 07o hm‑r n r ho 3/r h oo≡0. 15 8 9 7 81 5 4 2 4 8 5 7 9 r h o ̲ e = 7 5 5. 2 9 5242 8 4 62 4 5o hm‑n h2 = 6 . 0 8 9 6 3 30 19 91 8 58r n r h o 3 = 12 6 . 4 3 4 5 697 90 37 lo hr T t ‑r n
r h o 4/r h oe≡2. 72 00 2 88 0 14 3 28 2E ‑ 0 2 r ho ̲ e :1 6 2 . 5 3 6747 7 3 04 4 lo hm‑m h3≡2 3 . 0 57 7 3 0 63 87 4 9 4∩
r ho 4≡4. 4 2 1 0 4 6 351 18 0 19o hm一m
Fi g・5 Exampl eA.Uppe r :Ther e s ul toft hemanualc ur vemat c hi ngme t hod.Lowe r :TheComput ers c r e e n a氏e rt heaut omat i canal ys i soft hec ur vemat hi ngmet hodwasdone.
7
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一・ ・ 車 奉 .軌 ・ I.‑ 二 也 申′‑ 中 坂
m 〜,、ミ ÷ は 苦 竹妻 軒 ミ ∫ i 手 / き 書 ; … 、 識 i + . )i l ・ L 、 ヽ ミ H 守 釜i 巨 , 代 と < 、 や 、 T i、 求 詫 i 育 半 裸
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