JP4805680B2

JP4805680B2 - 地中の気液混合流体観測装置

Info

Publication number: JP4805680B2
Application number: JP2006001295A
Authority: JP
Inventors: 田中秀実
Original assignee: 田中秀実
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: JP2007183160A

Description

本発明は、地下水及び地下ガスの状況を継続的に監視することを可能にする、地中の気液混合流体の観測装置に関する。

従来から、地殻変動特に地震予知に関する研究は各方面において盛んに行われているが、地震予知の難しさは未だ克服されていないのが実情である。

ところで、これらの研究成果の一つとして、観測井から採取した各種のガス及びイオン（水素ガス,ヘリウムガス,一酸化炭素,二酸化炭素,水素イオン及び炭酸水素イオンなど）の観測値が震源の浅い地震に対して応答した場合、それらの発生量が地震性破壊に伴う破壊表面積および破壊に伴う間隙率の増加に関係あることが分っている。また、近年、温泉水等の化学組成及びガス組成の変動も地震との関連が明らかにされてきた。

本発明は、この研究成果に基づいて、地震予知等のために、地下水及び地下ガスの継続的な監視を行うことを可能にする、地中の気液混合流体の観測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による気液混合流体観測装置は、掘削孔内より水とガスとの混合流体を汲み上げる揚水手段と、該揚水手段により汲み上げられた水とガスとを分離する気液分離手段と、該気液分離手段により分離された水の量と水質を測定する水量及び水質測定手段と、前記気液分離手段により分離されたガスの分析測定手段と、前記水量及び水質測定手段と前記分析測定手段による測定データを記録する記録手段とを備え、前記気液分離手段は、前記揚水手段の吐出側に接続されていて赤外線透過材料よりなる分離筒本体と、該分離筒本体に接続されていて分離した水を前記水量及び水質測定手段に輸送するための水輸送管と、該分離筒本体に接続されていて分離したガスを前記分析測定手段に輸送するためのガス輸送管と、該ガス輸送管に設けられた電磁弁と、所定位置で該分離筒本体を横切るように赤外光を射出する赤外光射出装置と、該赤外光射出装置から射出された前記赤外光を受光する赤外光受光装置とを有するガス水分離筒とを含み、前記所定位置よりも水位が上がり前記赤外光が遮断されたときに前記電磁弁を閉弁し、前記所定位置よりも水位が下がり前記赤外光の遮断が解除されたときに前記電磁弁を開弁させる。

本発明によれば、前記揚水手段は、好ましくは、前記掘削孔内に挿入されたスリット管に接続されたチューブポンプである。

また、本発明によれば、前記ガス水分離筒は、好ましくは、前記分離筒本体の内部に赤外光遮断材料よりなるフロートが封入されており、該フロートにより前記赤外光の遮断及び遮断の解除を行う。

また、本発明によれば、前記分析測定手段は、好ましくは、四重極型質量分析計を含んでいる。

また、本発明によれば、前記水量及び水質測定手段は、好ましくは、前記気液分離手段に接続された水量測定手段と、該水量測定手段に接続された水質測定手段とを含んでいる。
また、本発明によれば、前記ガス輸送管は、好ましくは、差圧計を有しており、該差圧計で計測されるガス圧が所定圧に達したときに前記電磁弁を開弁させる。
また、本発明によれば、好ましくは、前記気液分離手段と前記分析測定手段との間に、コールドトラップを備えている。
さらに、本発明によれば、好ましくは、地中約２００ｍの深さから前記水とガスとの混合流体を汲み上げる。

本発明によれば、得られたデータを監視することにより、地震等の地殻変動を比較的高い確度で予知することができるばかりか、入浴用温泉としての適否等を適確に知ることのできる、地中の気液混合流体の観測装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図示した実施例に基づき説明する。
図１は本発明装置の全体構成を示す概略図、図２は気液分離手段としてのガス水分離筒の詳細図である。

図１において、Ｈは地中約２００ｍの深さまで掘削された掘削孔内に打ち込まれたスリット管、Ｐ１はスリット管Ｈ内に挿入されてチュービングポンプＣＰの吸入側に接続された水とガスとの混合流体を採取するための採取管、ＣＹはチュービングポンプＣＰの吐出側に接続されたガス水分離筒、Ｐ２は流量測定手段としての流量計ＦＭを介してガス水分離筒ＣＹで分離された水を水質測定手段としての水質側定機ＷＭへ輸送するための水輸送管、ＲＣ１は流量計ＦＭの計測値を記録するためのパソコン等を含む記録装置、ＲＣ２は水質側定機ＷＭの測定値を記録するためのパソコン等を含む記録装置、Ｐ３は差圧計ＰＭＤ,電磁弁ＥＶ,コールドトラップＣＴ及び圧力計ＰＭを介してガス水分離筒ＣＹで分離されたガスをガス分析測定手段としての四重極型質量分析計ＱＭＳへ輸送するためのガス輸送管、ＲＣ３は質量分析計ＱＭＳの計測値を記録するためのパソコン等を含む記録装置である。

図２はガス水分離筒ＣＹの詳細構造を示す。図中、Ｂはアクリル等の赤外光透過材料よりなる分離筒本体、Ｆは分離筒本体Ｂ内に封入された赤外光遮断材料よりなるフロート、Ｅは赤外光射出装置、Ｒは赤外光受光装置である。赤外光射出装置Ｅと赤外光受光装置Ｒとは、光スイッチを構成して電磁弁ＥＶに接続されており、分離筒本体Ｂ内の水位が所定水位にあって赤外光射出装置Ｅからの赤外光がフロートＦにより遮断されているときは電磁弁ＥＶを閉弁させ、分離筒本体Ｂ内の水位が所定水位より下がってフロートＦによる上記赤外光の遮断が解除されたとき電磁弁ＥＶを開弁させ得るように配置されている。

なお、上記のガス水分離筒ＣＹを除くその他の機器は、全て公知のものを使用しているので、それらの構成及び作用の詳細な説明は省略する。

次に、上記観測装置の作用を説明する。
装置の作動開始により、採取管Ｐ１を介してチュービングポンプＣＰにより汲み上げられたスリット管Ｈ内の水とガスの混合流体は、ガス水分離筒ＣＹ内でガスと水とに分離されながら水位は上昇し、その水位が所定水位に達して電磁弁ＥＶが閉弁される。そして、水は水輸送管Ｐ２により流量計ＦＭを経て水質側定機ＷＭへ、ガスはガス水分離筒ＣＹの上部と電磁弁ＥＶに至るまでのガス輸送管Ｐ３内に溜まって行く。かくして分離筒上部のガス圧が上昇し、その差圧が差圧計ＰＤＭで計測され、予め設定されている所定圧に達すると、差圧計ＰＤＭから信号が出力され、その出力信号に基づいて電磁弁ＥＶが開弁せしめられる。従って、分離筒上部に貯留されていたガスは、ガス輸送管Ｐ３によりコールドトラップＣＴを経て質量分析計ＱＭＳへ送られ、周知の方法で組成が分析されて、その結果は記録装置ＲＣ３に記録される。また、流量計ＦＭで計測された水量は記録装置ＲＣ１に、水質側定機ＷＭにより測定された値は周知の方法で記録装置ＲＣ２にそれぞれ記録される。

上記のようにして電磁弁ＥＶが開弁せしめられると、分離筒上部のガス圧は徐々に減少するから、ガス水分離筒ＣＹ内の水位は徐々に上昇し、これと共に上昇するフロートＦにより赤外光射出装置Ｅから赤外光受光装置Ｒへ達していた赤外光が遮断され、これにより電磁弁ＥＶは閉弁せしめられる。
このようにして作動の一サイクルが終了し、再び上記の作動が開始されて、このサイクルが繰り返される。

本発明装置は、以上説明したように作動するから、長期に亘る地下ガス成分及び地下水の水質の監視が可能となり、得られた記録データから、研究成果を参照しながら、地震等の地殻変動を予知したり、温泉の変化等を適確に把握したりすることができる。

以上実施例では、光スイッチに赤外光を用いたり、記録装置を各計測手段毎に設けたりしたが、これに限定されるものではなく、赤外光以外の光を用いたり、各記録装置をユニットとして集約させたりすることも可能であり、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形及び修正が可能である。

本発明装置の全体構成を示す概略図である。気液分離手段としてのガス水分離筒の一部破断正面図である。

符号の説明

Ｈスリット管
Ｐ１採取管
ＣＰチュービングポンプ
ＣＹガス水分離筒
ＦＭ流量計
ＲＣ１,ＲＣ２,ＲＣ３記録装置
Ｐ２水輸送管
ＷＭ水質測定機
ＰＤＭ差圧計
ＥＶ電磁弁
Ｐ３ガス輸送管
ＣＴコールドフラップ
ＰＭ圧力計
ＱＭＳ質量分析計
Ｂガス水分離筒の本体
Ｅ赤外光射出装置
Ｆフロート
Ｒ赤外光受光装置

Claims

掘削孔内より水とガスとの混合流体を汲み上げる揚水手段と、該揚水手段により汲み上げられた水とガスとを分離する気液分離手段と、該気液分離手段により分離された水の量と水質を測定する水量及び水質測定手段と、前記気液分離手段により分離されたガスの分析測定手段と、前記水量及び水質測定手段と前記分析測定手段による測定データを記録する記録手段とを備え、
前記気液分離手段は、前記揚水手段の吐出側に接続されていて赤外線透過材料よりなる分離筒本体と、該分離筒本体に接続されていて分離した水を前記水量及び水質測定手段に輸送するための水輸送管と、該分離筒本体に接続されていて分離したガスを前記分析測定手段に輸送するためのガス輸送管と、該ガス輸送管に設けられた電磁弁と、所定位置で該分離筒本体を横切るように赤外光を射出する赤外光射出装置と、該赤外光射出装置から射出された前記赤外光を受光する赤外光受光装置とを有するガス水分離筒とを含み、
前記所定位置よりも水位が上がり前記赤外光が遮断されたときに前記電磁弁を閉弁し、前記所定位置よりも水位が下がり前記赤外光の遮断が解除されたときに前記電磁弁を開弁させる、気液混合流体観測装置。
前記揚水手段は、前記掘削孔内に挿入されたスリット管に接続されたチューブポンプである、請求項１に記載の気液混合流体観測装置。
前記ガス水分離筒は、前記分離筒本体の内部に赤外光遮断材料よりなるフロートが封入されており、該フロートにより前記赤外光の遮断及び遮断の解除を行う、請求項１または２に記載の気液混合流体観測装置。
前記分析測定手段は、四重極型質量分析計を含んでいる、請求項１乃至３の何れかに記載の気液混合流体観測装置。
前記水量及び水質測定手段は、前記気液分離手段に接続された水量測定手段と、該水量測定手段に接続された水質測定手段とを含んでいる、請求項１乃至４の何れかに記載の気液混合流体観測装置。
前記ガス輸送管は、差圧計を有しており、該差圧計で計測されるガス圧が所定圧に達したときに前記電磁弁を開弁させる、請求項１乃至５の何れかに記載の気液混合流体観測装置。
前記気液分離手段と前記分析測定手段との間に、コールドトラップを備えている、請求項１乃至６の何れかに記載の気液混合流体観測装置。
地中約２００ｍの深さから前記水とガスとの混合流体を汲み上げる、請求項１乃至７の何れかに記載の気液混合流体観測装置。