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機関誌

2004年度バックナンバー解説5月

2004年5月1日更新

機関誌「非破壊検査」 バックナンバー 2004年5月度

解説 弾性波を用いた物理探査

表面波を用いた地下浅層部の探査
   林  宏一 応用地質(株)

Estimation of Near-surface Shear-wave Velocity Model Using Surface-waves
Koichi HAYASHI OYO Corporation
キーワード 波形解析,表面波,周波数特性,振動解析,土木構造物



1. はじめに
 地盤のS波速度は,物質の硬さなど工学的な目安となる剛性率に直接関係する値であり,地盤の特性の把握・検討などには不可欠なパラメーターである1)。 したがって土木地質調査において深度数10mまでのS波速度構造を把握することは,土質地盤の調査や構造物の耐震設計などにおいて重要である。
 地表付近を伝わる表面波(レイリー波)は,一般に地盤のS波速度に敏感である。表面波は地表付近を伝播する弾性波であり,その伝播速度はおよそ波長に相 当する深度までの地盤のS波速度を主に反映する。したがって,表面波を測定し解析することにより,地盤のS波速度分布を求めることができる。このことか ら,表面波を用いた探査により,広範囲のS波速度構造を地表から簡単に把握することができると考えられ,表面波を用いた物理探査手法の研究とその理学的お よび工学的課題への適用が試みられてきた。
 例えば,常時微動を用いて深度数10m〜数kmのS波速度構造を求める微動探査等は近年実用化され,地震防災などを目的とした深部地盤探査等に盛んに用 いられるようになっている2)。また深度数10m以浅の地盤構造を簡便に調べる手法として人工振源を用いた表面波探査の適用も試みられてきた3)。土木地 質調査において,これまで日本で行われてきた表面波探査は,主にバイブレーターにより励起された定常波を2個の受振器を用いて測定し,水平成層構造を仮定 して一次元の解析を行うものであった。しかし,一次元探査であるため複雑な地盤への適用が難しいこと,表面波を発生させるために特殊な起振器を必要とする ことなどから,広く一般に用いられるにはいたっていなかった。
 近年米国で,表面波多チャンネル解析(MASW : Multi-channel Analysis of Surface Waves)4),5)と呼ばれる手法が提案され,土木地質調査へ適用されるようになってきた。これは,カケヤや重錘落下などのインパルス振源によって励 起された表面波を,測線上の多数の受振器を用いて測定し,二次元のS波速度構造を求めるものである。この手法は,現場実験や数値実験をとおして日本の浅部 地盤構造探査にも適用され始め6),舗装道路下の地質調査7)や,地盤改良における強制圧密脱水工法の改良効果の評価8)等にも適用されている。さらに, この手法を発展させて複雑な地盤構造でもより高い分解能で地盤のS波速度構造を求めることが可能な手法(表面波CMP解析9))も開発され,多くの土木地 質調査に適用され始めた。
 本稿ではまず,表面波探査の原理について簡単にまとめ,次に近年開発されてきた二次元表面波探査の測定・解析方法について述べ,最後に土木地質調査への適用例を紹介する。

 

 

「3次元地震探査」−石油開発の現場から−
  羽藤 正実/河合 展夫 石油資源開発(株)  今住  隆 (株)地球科学総合研究所

3 Dimensional Seismic Survey − From the Viewpoint of Oil and Gas Exploration −
Masami HATO, Nobuo KAWAI JAPEX and Takashi IMAZUMI JGI
キーワード 3次元可視化,3次元マイグレーション,構造解釈,貯留層解析,ホライゾン,椅子型表示,タイムスライス



1. はじめに
 石油探鉱開発とは陸域・海域の地下に存在する石油・天然ガス等の炭化水素系エネルギー資源を探査し掘削を行い生産する一連の開発作業のことである。対象 は深度数千mに存在する3次元構造をもつ石油・天然ガス貯留層である。探査手法は主として弾性波を利用する反射法地震探査である。このように対象は異なる が,弾性波を用いて検査対象を破壊せずにその内部構造や性状を探る非破壊検査と石油・天然ガス探査は非常に類似している。本稿では,反射法地震探査法の基 礎を述べた後に,近年,3次元探査が多用されるに至った歴史を述べる。次に,実例に則して反射法3次元地震探査の調査手法を紹介する。最後に,得られた地 震探査データから石油・天然ガス探鉱の最終目的の一つである地質構造解釈について解説する。

 

 

重合前深度マイグレーション処理
   淺川 栄一 (株)地球科学総合研究所

Pre-stack Depth Migration
Eiichi ASAKAWA JGI, Inc.
キーワード 物理探査,イメージング,深度マイグレーション,重合,速度モデル



1. はじめに
 反射法地震探査において,人工震源から発生した地震波が地下の地層境界面で反射して戻った波を観測した地震記録に一連の処理を施して,地層の形状あるい は岩石の物性を反映した地下構造を把握する技術を一般的にイメージングと呼ぶ。狭義には,地震記録に含まれる反射イベントをその反射が起こった地下の場所 (反射点)に戻す(移動させる)処理を指す。地下の層境界では反射係数が変化し反射波が発生すると考えられるため,このような処理で得られる反射イベント の断面図を地下構造の断面図とみなすことができる。本稿では,狭義のイメージングに関して説明するが,観測された反射イベントを地下の反射点に「移動す る」という意味で「マイグレーション(migration)」という用語も使われる。その手法としてはNMO(Normal Move Out)補正,DMO(Dip Move Out)補正,重合後/重合前時間マイグレーション,重合後/重合前深度マイグレーションが挙げられる。
 石油探鉱におけるイメージング技術は,探鉱対象の複雑化,計算機技術の進歩と密接に関係してきた。堆積層の様に緩やかな構造の場合には,水平多層構造の 仮定に基づくNMO補正などでも十分であったが,岩塩ドームやオーバースラスト構造などの複雑な構造が探鉱対象となってくると,精度の高い重合前深度マイ グレーションの必要性が高まってきた。また,一方で,近年のコンピュータ技術の飛躍的な進歩により,重合前深度マイグレーションが要求する膨大な計算量 を,現実的な時間で処理することが可能になってきた。この他,3次元反射法地震探査や石油貯留層解析などで,より精度の高い解析が要求されてきていること も,重合前深度マイグレーション普及の一因となっている。本稿では,反射法地震探査データを用いて地下構造をイメージングする技術全般に関し概観した後, 重合前深度マイグレーションの概要,速度モデルの構築技術,今後の展望について説明する。

 

 

地震探査振幅・AVO解析による石油・天然ガス貯留層物性評価
    高橋  功 石油公団石油開発技術センター(現 国際石油開発(株))


Seismic Amplitude/AVO Analysis for Subsurface
Oil/Gas Reservoir Property Estimation
Isao TAKAHASHI Technology Research Center, Japan National Oil Corporation
キーワード 貯留層物性,地震波振幅,AVO解析,音響インピーダンス,S波,油層キャラクタリゼーション


1. はじめに
 直接目に見ることが出来ない地下深部を人工地震波(弾性波)の反射を利用して探査する地震探査反射法において,振幅・AVO解析は直接的な地層の可視化 及び物性検知を可能とする技術である。地下の石油・天然ガスの探鉱において,地震探査は歴史的に主に地層の「構造」把握ツールとして,油・ガス田成立に必 要なトラップ構造*が存在するかどうかを評価するため,即ち石油・天然ガスが入るうつわがあるかないかを調べるために利用されてきた。これに対し地震探査 振幅・AVO解析では,地震探査データに含まれる反射振幅強度情報を利用することにより,石油・天然ガス貯留層内の物性分布について,より直接的かつ高分 解能な探査を行う。例えば,トラップ構造(うつわ)の中に石油・天然ガスがあるかないか,トラップ内のどこに油ガスが多く集積しているか等について,振 幅・AVO解析により「可視化」「定量評価」を行うことが可能となってきている。
 本稿では,最近の石油・天然ガスの探鉱発見率向上,開発最適化に大きく貢献している地震探査振幅・AVO解析技術について,その基礎理論,適用例及び効果について概説する。

 

 

フルウェーブ・インバージョン
    渡辺 俊樹 名古屋大学大学院環境学研究科附属地震火山・防災研究センター


Full-waveform Inversion
Toshiki WATANABE Research Center for Seismology, Volcanology and Disaster Mitigation,
Graduate School of Environmental studies, Nagoya University
キーワード 弾性波探査,波形,インバージョン,トモグラフィ,最小二乗法,散乱


1. はじめに
 よく知られているように,入力と系の応答が既知である場合に出力を求める問題が順問題であり,逆問題(インバージョン)は出力から入力または応答を推定 する問題である。物理探査は人工的に発生させた信号に対する地下の応答を観測したり自然に存在する物理場を観測することによって,地下構造や物性値を推定 する技術である。したがって,使用する物理現象が地震波動,電気,電磁気などのいずれであるかを問わず,物理探査は数学的にすべて逆問題に帰着するといっ てよい。したがって,逆問題につきまとう解の唯一性,信頼性,精度そして分解能といった課題は常に物理探査の問題点でもある。
 物理探査におけるフルウェーブ・インバージョンとは弾性波探査データの解析方法のひとつであり,ディジタル・データとして記録された波形そのものをデー タとして扱い,目的とする物性量の分布を求める手法の総称である。フルウェーブ・インバージョンの理論は,特定の観測系配置,目的とする物理量,計算手法 に依存しない一般的理論として導かれている。
 フルウェーブ・インバージョンを紹介するにあたり,一般のインバージョン理論から解き起こすことは限られた紙面では困難であり,また,著者の能力を超え ている。本解説ではインバージョン理論を展開するために必要な確率的記述や統計的性質などには一切触れず,波動場の散乱理論に基づいて直感的な解説を心が ける。詳細は参考文献1),2)をご覧いただきたい。また,本稿の主眼を理論の紹介に置き,実問題への適用の際に生じる諸問題については割愛する。

 

 

連載講座 非破壊検査技術の動向

表面きずの新検査技術
   廣島 龍夫 シータテクノロジー

Recent Topics on Surface Inspection Technologies
Tatsuo HIROSHIMA Theta Technology
キーワード 表面探傷,渦流探傷,磁気探傷,赤外線サーモグラフィ,電位差法, 浸透探傷,目視検査



1. はじめに
 表面探傷技術は種々の非破壊試験技術の中で最も多く用いられている手法である。特に最近は構造物などの疲労き裂を定量的に検出し,寿命予測や維持管理用 データを得る目的あるいはプラントなどのモニタリング手法など,従来のきず検査以外の新しい要求に対応可能な技術として注目されてきている。そのため,今 日の表面探傷技術は幅広い技術分野,あらゆる材料および製品分野への適用,複合的な評価技術などを可能にし,今後発展拡大して行く新しい非破壊試験技術分 野を形成しつつある。本講座では最近注目されている新しい表面探傷技術について概説する。

 

 

論文

きず深さの評価を目指したリフトオフ雑音が小さい渦流探傷上置プローブの提案
   星川  洋/小山  潔

SProposition for a New Eddy Current Probe for Flaw Depth Evaluation with Minimal Lift-off Noise
Hiroshi HOSHIKAWA* and Kiyoshi KOYAMA*
Abstract
Ahe authors propose a surface eddy current probe for flaw depth evaluation with minimal lift-off noise. The probe consists of a tangential exciting coil and two tangential detecting coils arranged on either side of the exciting coil. These detecting coils do not pick up eddy current induced in flawless material but do pick up the current induced in flawed material. Thus the new probe can detect surface flaws without lift-off noise in principle. Experimental results with the new probe have indicated that it generates only minimal lift-off noise compared to the conventional surface probe. The phase of flaw signal changes according to the depth of slit flaws but is changed little by the length, width, or direction. Thus the new probe makes it possible to evaluate the flaw depth based on the phase of flaw signal. The probe can also eliminate the cumbersome bridge balance procedure that is a necessary for conventional eddy current testing.
Key Words Eddy current testing, Metal plate, Lift-off noise, Signal phase, Flaw depth evaluation



1. はじめに
 上置コイルによる渦流探傷では平板状金属の表面に沿ってプローブを走査させながら探傷を行なう。このとき試験体の上を走査探傷するに際して,上置コイル と試験体の間の相対距離(以下,リフトオフという)を一定に保つことは困難である。従来の上置コイルによる渦流探傷では,リフトオフの変化によって発生す る雑音が探傷の妨げとなることが大きな問題となっている。リフトオフ雑音を抑圧する方法としてはプローブを自己比較方式で構成する方法があるが1),この 方法でもプローブが試験体面に対して傾いた場合にはリフトオフ雑音は避けられない。さらに,リフトオフ雑音はきず信号の位相を非常に不安定とし大きく変化 させるので,上置コイルによる渦流探傷ではきずの評価に信号の位相を利用することはほとんど不可能であり,したがって信号の振幅だけによってきずの評価が 行われてきた。しかし,渦流探傷におけるきず信号の振幅はきずの深さ,長さ,および幅によって変化するので,渦流探傷によるきず深さ評価の信頼性は高くな い。以上のような背景の下に,渦流探傷は非接触で高速度であるという利点を利用して広く実用されているが,きずの評価に関しては精度の低い試験法であると いう認識が定着している2)。近年において原理的にリフトオフ雑音が発生しない新しいプローブが幾つか開発されている3)−8)。それらは実際にリフトオ フ雑音が小さく渦流探傷の信頼性を向上させるものであるが,渦流探傷の信頼性を向上させるために,更なる高性能のプローブの開発が求められている。
 筆者らはリフトオフ雑音が発生しないプローブはきずによって発生する渦電流成分だけを検出することによって実現できることを既に報告した8)。この考え に基づいて本論文では,リフトオフ雑音が発生しないプローブとして一つの縦置励磁コイルとその両側に直角に配置した2つの縦置検出コイルにより構成する新 しいプローブを提案する。このプローブにおける巻線を上から見たときに‘+’の形に見えることから,以下ではこのプローブをプラスプローブと呼ぶ。プラス プローブは原理的にリフトオフ雑音を全く発生しないものであり,実際にプローブを製作して実験を行った結果,従来の上置コイルに比べるとリフトオフ雑音が 非常に小さいことを確認した。さらに,このプローブを用いた場合には,きず信号は8字パターンを描き,きず信号の位相は安定しており,きずの評価に利用で きることが分かった。スリット状のきずの場合,きず信号の位相はきずの深さに対応して変化し,きずの長さ,幅,および縦置検出コイルときず方向の間の傾き 角度によってはほとんど変わらないことを確認した9)。すなわち,プラスプローブを用いれば,内挿コイルによる配管の保守検査の場合と同様に,きず信号の 位相に基づいてきずの深さを評価できるため,表面きずの深さを従来に比べて高い精度で評価できる。このようにプラスプローブは渦流探傷の信頼性を向上させ るものであると考える。

 

原稿受付:平成15年6月30日
 日本大学 生産工学部(千葉県習志野市泉町1-2-1) Nihon University, College of Industrial Technology

 

面の凹凸に起因する超音波厚さ測定誤差の一補正法
   成瀬  健/島田 道男/吉井 徳治


Method of Correcting the Ultrasonic Thickness Measurement Error Caused by Roughness of Test Surfaces
Takeshi NARUSE*, Michio SHIMADA* and Tokuharu YOSHII*
Abstract

Experiments comparing the measured value of ultrasonic thickness measurements and mechanical measurements on rough corroded materials without flattening the test surface were carried out. An average measurement error of from +0.6mm to +2.2mm was found in the ultrasonic measurements. To address this problem, an error correction method using surface echo duration was proposed. A 2.25MHz broadband type transducer was suitable for the measurement and the proposed method can also be applied to a painted test surface.
Key Words Ultrasonic thickness measurement, Ship inspection, Corrosion, Error correction, Surface echo



1. はじめに
 船舶および海洋構造物において,構造部材の腐食衰耗は,構造物全体の強度低下をもたらすことから安全性を確保する上で大きな問題となっている。そのた め,衰耗状況を調べるために行われる厚さ測定は重要な検査項目と認識されており,国際的な船舶検査強化の流れの中で適用拡大が図られている。
 通常,船舶検査において,厚さ測定は超音波厚さ計により行われている。しかし,腐食した構造部材の表面は,腐食生成物に覆われていたり,大きな凹凸を生 じていたりするなどの理由から,測定の信頼性を確保するため,グラインダー等による測定面の平滑化(前処理)が必要となり,そこに多くの労力と費用を要す ることが問題となっている。
 腐食凹凸面における非破壊厚さ測定方法として,集束探触子による超音波測定方法1),小径探触子による超音波測定方法2),電磁超音波法による測定方法 3),電磁誘導法による測定方法4)等が研究または実用化されている。これらについて,船舶への適用を試みる実験等を実施した結果,船舶の,表面が著しく 腐食した厚い鋼板(20mm以上)に対しては必ずしも有効ではなかった。集束探触子を利用した超音波厚さ測定方法は,腐食ピットのような凹面での測定が可 能である利点を有する反面,超音波ビームが広がり,厚板では十分な底面エコー高さが得られない場合がある。小径探触子(f3mm)による超音波厚さ測定 は,通常の探触子(f12.7mm)に比べて誤差は小さいものの,測定面の状態によっては,最大0.9mmの誤差が確認され,有効な方策ではなかった 2)。電磁超音波による方法は,非接触での測定が可能である長所を有するものの,著しい凹凸面では共鳴スペクトル振幅が低下するため,1MHz以下の低周 波数領域での共鳴スペクトル測定が必要であることが判明した。しかし,1MHz以下の領域はセンサノイズが大きく,それを解決するシステムが必要となる 3)。また,電磁超音波の発生にパワーが必要となるため装置の小型化が難しく,現場での使用に適さない問題点が予想される。電磁誘導法による測定は,厚さ 25mm程度の鋼板において,非接触での測定が可能である利点を有する反面,鋼板の両面にセンサを配置しなければならないため測定位置が限られる欠点があ る4)。以上のように,現状では,表面が著しく腐食した厚い鋼板の有効な非破壊的厚さ測定方法は確立されていない。
 そこで本研究では,通常の超音波厚さ測定を腐食鋼板に適用した際の問題点を再確認し,対策を検討するため,ブラシ等により錆を落としただけの腐食鋼板を 用いて超音波厚さ測定と機械式厚さ測定の比較実験を行った。その結果,測定面の平滑化を行わなくても,第1回底面エコー(B1エコー)を十分検出できるこ とが分かった。一方,測定値には,プラス側に平均0.6mmから2.2mmの測定誤差が発生するという問題点を確認した。
 その対策として,本研究では表面エコー(Sエコー)を利用した測定誤差の補正方法を提案し,その有効性を確認するとともに,測定面の凹凸をモデル化した シミュレーションにより補正方法の妥当性を検証した。また,誤差補正に適した探触子および測定面の塗膜影響についての調査も実施した。

原稿受付:平成15年7月11日
 独立行政法人海上技術安全研究所(東京都三鷹市新川6-38-1) National Maritime Research Institute

 

資料

第14回ISO/TC135(非破壊試験)及び関連SC会議に出席して
   大岡 紀一 ISO委員会委員長((社)日本溶接協会参与)

Report on Meeting of the 14th ISO/TC135 and SCs
Norikazu OOKA The Japan Welding Engineering Socity, Senior Technial Advisor
キーワード ISO / TC 135,SC2,SC5,SC6,SC7,韓国会議


1. 概要
 第14回ISO/TC 135(非破壊試験)の関連SC及び総会が韓国済州島のオリエンタルホテルにおいて9ヶ国約40名の出席のもと2003年10月28日から4日間開催され た。SC2表面試験(7ヶ国,18名),SC5放射線試験(6ヶ国,12名),SC6漏れ試験(7ヶ国,14名)及びSC7技量認定(9ヶ国,23名)に 関する分科委員会(SC)が開かれ,日本から代表としての大岡紀一(元日本原子力研究所),藤岡和俊(発電技検),池田忠夫(東亜非破壊検査),加藤潔 (日本X線検査),田村芳一(日本アネルバ),津村俊二(タセト),緒方隆昌(川崎重工)の7名,更に各SCへはオブザーバとして,TC 135高木幹雄議長,羽田野甫セクレタリ,SC 6土屋武雄セクレタリが出席した。
 今回,SC3音響試験及びSC4渦流試験の両分科委員会については開催されなかった。なお,SC 8(サーモグラフィ試験)については,新たな議長を選出中である。

第14回ISO/TC135(非破壊試験)及び関連SC会議
第14回ISO/TC135(非破壊試験)及び関連SC会議 

 

 

 

 

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