地質工学
地質工学は、土木工学、鉱業、環境工学、林業などの分野への地質科学と工学の原理の応用に関する工学の分野です。 [ 1 ]地質技術者の仕事は、地質、地質環境、地球物理学、地質工学の研究を実施して土木工学、環境工学、鉱業、石油・ガスプロジェクトのための場所の適合性を評価するなど、他の工学分野の仕事を指導またはサポートすることがよくあります。 [ 2 ]彼らは、地表および地下環境に影響を与える施設や作業の影響調査に関与しています。これらのプロジェクトで地質技術者が行う工学設計の入力やその他の推奨事項は、建設と操作に大きな影響を与えることがよくあります。 地質技術者は、地質工学、地質学、地球物理学、水文地質学、環境データの取得を計画、設計、実装します。これは、手作業による地上ベースの方法から、深部掘削、地球化学サンプル採取、高度な地球物理学的技術、衛星測量まで多岐にわたります。[ 3 ]地質エンジニアは、過去および将来の地盤挙動の分析、あらゆるスケールでのマッピング、および特定のエンジニアリング要件のための地盤特性評価プログラムにも関与しています。[ 1 ]これらの分析により、地質エンジニアは、建設、鉱業、土木プロジェクトの基盤に大きな影響を与える可能性のある推奨事項を作成し、レポートを作成します。[ 1 ]プロジェクトの例としては、岩盤掘削、建物の基礎の強化、圧力グラウト、水路侵食制御、斜面および盛土の安定化、地滑りリスク評価、地下水モニタリング、汚染の評価と修復などがあります。さらに、地質エンジニアは、地表の危険、地下水の修復、地下および地表の掘削プロジェクト、および資源管理に対するソリューションを開発する設計チームに含まれます。鉱山エンジニアと同様に、地質エンジニアは資源探査キャンペーン、鉱山の評価と実現可能性評価を実施し、稼働中の鉱山プロジェクトの継続的な効率、持続可能性、および安全性に貢献します。[ 4 ]
歴史
地質工学という用語は19世紀まで造られませんでしたが、[ 5 ]地質工学の原理は何千年にもわたる人類の歴史を通じて実証されています。
古代の工学
地質工学の原理が用いられた最も古い例の一つは、紀元前2180年から2160年頃に建設されたユーフラテス川トンネルである。 [ 6 ]このトンネルや同時期の他のトンネル、カナートは、灌漑目的でバビロンやペルシャなどの古代文明で使用されていた。[ 6 ]地質工学の原理が古代の土木プロジェクトで使用されたもう一つの有名な例は、古代ギリシャのエウパリノス水道トンネルの建設である。[ 7 ]これは、幾何学と三角法の原理を用いて両端から内側に向かって建設された最初のトンネルであり、土木工学と地質工学の両方にとって重要なマイルストーンとなった。 [ 7 ]
地質工学という学問
地質工学の原理を設計や建設に応用したプロジェクトは数千年前から存在していましたが、そのほとんどは土木工学の分野に含まれていました。地質工学のコースは1900年代初頭から提供されていますが、20世紀半ばに需要が大幅に増加するまで、専門的なコースにとどまっていました。 [ 2 ]この需要は、ますます大規模で野心的な構造物の開発、人間が生み出す廃棄物、鉱物およびエネルギー資源の不足、人為的な気候変動によって発生した問題によって生み出されました。これらすべてにより、地質学または地球科学の専門家でもあるプロのエンジニアを擁する、より専門的な工学分野の必要性が生まれました。
地質工学という学問分野の正式な創設に起因するとされる注目すべき災害としては、1950年代から1960年代にかけてアメリカ合衆国と西ヨーロッパで発生したダムの決壊が挙げられる。最も有名なものとしては、セント・フランシス・ダムの決壊（1928年）[ 8 ] 、マルパッセ・ダムの決壊（1959年） [ 9 ]、そしてヴァイヨン・ダムの決壊（1963年）[ 10 ]が挙げられる。後者の2つのダム決壊だけでも、地質学に関する知識の欠如により約3,000人の死者が出た。マルパッセ・ダムの決壊は、フランスにおける20世紀最大の土木災害とされ、ヴァイヨン・ダムの決壊は、ヨーロッパ史上 最悪の地滑りとして今もなお記憶されている。
教育
地質工学の高等学位は世界中の様々な大学で提供されていますが、主に北米に集中しています。地質技術者は、地質学または地球科学と工学の両方のコースを含む学位を取得することがよくあります。プロの地質技術者として働くには、認定機関で関連分野の学士号を取得する必要があります。 [ 2 ]特定の職種では、関連する工学分野の修士号または博士号が必要になる場合があります。[ 2 ]これらの学位を取得後、プロの地質技術者として働くことを希望する人は、管轄区域内の専門協会または規制機関から免許を取得するプロセスを経る必要があります。
カナダの機関
カナダでは、8つの大学がカナダ技術者協会（Engineers Canada）の認定を受け、地質工学の学士号を提供しています。[ 11 ]これらの大学の多くは、地質工学の大学院課程も提供しています。具体的には以下のとおりです。
- クイーンズ大学（地質科学・地質工学部）（1975年～現在）
- エコール・ポリテクニック(1965 – 現在)、
- ラヴァル大学(1965 – 現在)、
- ケベック大学シクーティミ校(1983 – 現在)、
- ブリティッシュコロンビア大学（1965年～現在）
- ニューブランズウィック大学（地球科学部と土木工学部の共同運営）（1984年～現在）
- サスカチュワン大学（1965年～現在）
- ウォータールー大学（1986年～現在）。
アメリカの機関
アメリカ合衆国には、工学技術認定委員会（ABET）の工学認定委員会（EAC）によって認定された地質工学プログラムが13ある。[ 12 ]これらには以下のものが含まれる。
- コロラド鉱山学校（1936年 - 現在）
- ミシガン工科大学（1951年～現在）
- ミズーリ科学技術大学（1973年～現在）
- モンタナ工科大学（1972年～現在）
- サウスダコタ鉱山技術学校（1950年～現在）
- ユタ大学（1952年～現在）
- アラスカ大学フェアバンクス校（1941年～現在）
- ミネソタ大学ツインシティ校（1950年～現在）
- ミシシッピ大学（1987年～現在）
- ネバダ大学リノ校（1958年～現在）
- ノースダコタ大学（1984年～現在）
- テキサス大学オースティン校（1998年～現在）
- ウィスコンシン大学マディソン校（1993年～現在）。
その他の機関
ABETによってEACから地質工学の学位プログラムを提供するための認定を受けている他の国の大学には以下のものがある：[ 12 ]
- Escuela Superior Politécnica Del Litoral、グアヤキル、エクアドル(2018 – 現在)、
- イスタンブール工科大学、イスタンブール、トルコ（2009年～現在）、
- ペルー国立リマック大学( 2017 – 現在)、および
- マドリッド工科大学、マドリード、スペイン（2014 – 現在）。
専門分野
地質工学には、地球科学の様々な側面を分析し、それを様々な工学プロジェクトに応用する複数の分野があります。以下に挙げる分野は学部レベルで一般的に教えられており、それぞれが地質工学以外の分野と重複しています。しかし、教育を通してこれらの分野のいずれかを専門とする地質技術者は、他の分野に従事するための資格を取得できる場合があります。
地質環境および水文地質工学
地質環境工学は地質工学の一分野であり、土壌や水中の人為的汚染物質の環境影響を防止または緩和することに重点を置きます。 [ 13 ] [ 14 ]これらの問題は、きれいな水の供給、廃棄物処理、あらゆる種類の汚染の制御のためのプロセスとインフラストラクチャの開発を通じて解決されます。 [ 15 ]地質環境エンジニアの仕事は、主に汚染物質の移動、相互作用、結果の調査、汚染された場所の修復、汚染されていない場所の保護を扱っています。[ 14 ]地質環境エンジニアの典型的な仕事は次のとおりです。
- 環境調査報告書の作成、検討、更新[ 15 ]
- 環境保護につながる水再生施設や地下水監視井戸などのプロジェクトの設計[ 15 ]
- 環境プロジェクトの実現可能性調査と経済分析の実施[ 3 ]
- 許可証、計画書、標準手順の取得と改訂[ 15 ]
- 法的措置を必要とする環境修復プロジェクトへの技術的専門知識の提供[ 15 ]
- 品質管理チェックを目的とした地下水データの分析[ 15 ]
- 環境規制の遵守を確保するための環境修復および持続可能性プロジェクトの現場調査と監視[ 14 ] [ 16 ]および
- 汚染された土地の浄化手順について企業や政府機関に助言する。[ 15 ]
鉱物・エネルギー資源探査工学
鉱物・エネルギー資源探査（一般的にはMinExと略される）は地質工学の分野の一つで、現代のツールや概念を天然鉱物・エネルギー資源の発見と持続可能な抽出に応用するものである。[ 4 ]この分野を専門とする地質技術者は、探査や鉱体の境界設定、鉱山生産作業、鉱物処理、鉱山廃石やその他の鉱山廃棄物の環境影響評価プログラムなど、鉱物探査や採掘プロジェクトの様々な段階に携わることがある。[ 17 ]鉱山技術者と同様に、鉱物・エネルギー資源探査技術者も鉱山現場の設計、財務、管理を担当することがある。
地球物理工学（応用地球物理学）
地球物理工学は地質工学の一分野であり、地球物理学の原理をトンネル、ダム、鉱山などの工学プロジェクトの設計や、地下の地質災害、地下水、汚染の検出に適用する。地球物理学的調査は、地表、ボーリング孔、または宇宙から行われ、あらゆる規模の地盤の状態、組成、構造を分析する。地球物理学的手法では、地震活動、磁気、重力、抵抗率などのさまざまな物理学の原理を適用する。この分野は、世界人口の急増に伴うより正確な地下情報への需要の高まりを受けて、1990年代初頭に創設された。[ 18 ]地球物理工学と応用地球物理学は、規制要件を最小コストで満たすのではなく、限界収益と最適化された設計と実践を求める点で、従来の地球物理学と主に異なる。[ 18 ]
職務内容
地質技術者は、地質学、地質工学、地球物理学、地質環境、水文地質学の研究のための現場調査およびデータ収集プログラムの計画、開発、調整を担当します。[ 4 ]これらの研究は伝統的に土木工学、鉱業、石油、廃棄物管理、地域開発プロジェクトで実施されていますが、環境および沿岸工学プロジェクトや、核廃棄物の長期地下貯蔵といったより専門的なプロジェクトに重点が置かれるようになっています。[ 3 ]地質技術者はまた、岩盤および土壌掘削、圧力グラウト、水圧路侵食制御などの土木プロジェクトの基礎工事を改善するための推奨事項やレポートの分析および作成を担当します。 さらに、地質技術者は、建設および土木プロジェクトをサポートするために、建物の沈下、斜面および盛土の安定性、地滑りおよび地震の考えられる影響に関する推奨事項やレポートを分析および作成します。[ 3 ]地下掘削や地上建設においては、掘削現場からの水の流れや掘削現場内の水の流れを管理するだけでなく、周囲の岩石や土壌を安全に掘削し安定させる手段を設計する必要がある。[ 4 ]
地質技術者は、トンネル工事、採鉱、水力発電プロジェクト、立坑、深部貯蔵所、電力、貯蔵、産業活動、レクリエーション用の洞窟など、あらゆる形態の地下インフラにおいても主要な役割を果たしています。 [ 4 ]さらに、地質技術者は監視システムを設計し、自然および誘発性の地盤応答を分析し、建物の沈下、斜面や盛土の安定性、自然災害の起こりうる影響に関する推奨事項やレポートを作成して、建設および土木プロジェクトをサポートします。[ 4 ]仕事によっては、地質技術者が地下水の流れや汚染に関する理論的および応用的な研究を行い、汚染物質を処理して安全な建設を可能にする現場固有の解決策を開発します。[ 4 ]さらに、地質技術者は、地表水と地下水資源を管理および保護し、汚染が発生した場合の修復ソリューションを設計します。[ 4 ]鉱山現場で作業する場合、地質技術者は、鉱業に関する鉱山探査、鉱山評価、実行可能性調査における理論的および実験的研究の計画、開発、調整、実施を任されることがあります。[ 4 ]彼らは鉱床の調査や研究、鉱石埋蔵量の計算を行い、鉱物資源の専門知識、地質工学および地質機械設計とモニタリングの専門知識、環境管理を開発中または進行中の鉱山事業に貢献します。[ 4 ]さまざまなプロジェクトで、彼らはボーリング孔を使用して地表から、または宇宙からあらゆる規模の地盤の状態、構成、構造を分析するための地球物理学的調査を設計および実施することが期待されます。 [ 4 ]
専門団体とライセンス
プロフェッショナルエンジニアライセンスは、管轄区域に応じて、市町村、州、または連邦/国の政府機関を通じて発行される場合があります。このライセンスプロセスの目的は、プロフェッショナルエンジニアが専門レベルでエンジニアリングを実践するために必要な技術的知識、実社会での経験、および現地の法制度に関する基本的な理解を備えていることを確認することです。カナダ、米国、日本、韓国、バングラデシュ、南アフリカでは、プロフェッショナルエンジニアの称号はライセンスによって付与されます。[ 19 ]英国、アイルランド、インド、ジンバブエでは、付与される称号は Chartered Engineer です。オーストラリアでは、付与される称号は Chartered Professional Engineer です。[ 19 ]最後に、欧州連合では、付与される称号は European Engineer です。これらすべての称号には、認められた中等後の学位や関連する職務経験など、認定に関する同様の要件があります。[ 19 ]
カナダ
カナダでは、プロフェッショナルエンジニア（P.Eng.）とプロフェッショナル地球科学者（P.Geo.）の免許は、カナダ技術者協会[ 20 ]とカナダ地球科学者協会[ 21 ]によって制定された法律の基盤を持つ州の専門団体によって規制されています。州の組織は以下の表に記載されています。
| 州 | 規制機関 |
| アルバータ州 | アルバータ州プロフェッショナルエンジニアおよび地質科学者協会 |
| ブリティッシュコロンビア州 | ブリティッシュコロンビア州技術者・地質学者協会 |
| マニトバ州 | マニトバ州エンジニア地球科学者 |
| ニューブランズウィック | ニューブランズウィック州プロフェッショナルエンジニアおよび地質科学者協会 |
| ニューファンドランド・ラブラドール州 | ニューファンドランド・ラブラドール州の専門技術者および地質学者 |
| ノースウェスト準州 | ノースウェスト準州およびヌナブト準州の専門技術者および地質学者協会 |
| ノバスコシア州 | ノバスコシア州プロフェッショナルエンジニア協会 |
| ヌナブト準州 | ノースウェスト準州およびヌナブト準州の専門技術者および地質学者協会 |
| オンタリオ | オンタリオ州プロフェッショナルエンジニア |
| プリンスエドワード島 | プリンスエドワード島プロフェッショナルエンジニア協会 |
| ケベック | ケベック工科大学 |
| サスカチュワン州 | サスカチュワン州プロフェッショナルエンジニアおよび地質科学者協会 |
| ユーコン | ユーコンのエンジニア |
アメリカ合衆国
アメリカ合衆国では、プロフェッショナルエンジニア（PE）を目指すすべての個人は、工学技術認定委員会（ABET）のエンジニアリング認定委員会（EAC）を通じてライセンスを取得する必要があります。[ 12 ]アメリカ合衆国の認定プロフェッショナル地質学者のライセンスは、アメリカプロフェッショナル地質学者協会（AIPG）によって発行および規制されています。[ 21 ]
専門団体
地質工学の専門学会は、ネットワーク、定期的な会議、会合、その他のイベントを通じて、代表される専門分野の発展と推進、専門家間の連携を図る非営利団体です。また、会議録、書籍、技術基準、提案手法といった形で技術文献を出版するプラットフォームを提供し、短期コース、ワークショップ、技術ツアーといった専門能力開発の機会も提供しています。地質工学に関連する地域、国内、そして国際的な専門学会には、以下のようなものがあります。
- アメリカ地球物理学連合（AGU）
- アメリカ地球科学研究所（AGI）
- アメリカ岩石力学協会（ARMA）
- 環境地質工学協会（AEG）
- 鉱物探査協会（AME）
- 大西洋地球科学協会（AGS）
- カナダダム協会（CDA）
- カナダ地球科学連盟（CFES）
- カナダ地球物理学連合（CGU）
- カナダ地盤工学会（CGS）
- カナダ鉱業冶金石油協会（CIM）
- カナダ石油地質学会（CSPG）
- カナダ岩石力学協会（CARMA）
- 欧州地球科学者・技術者協会（EAGE）
- 欧州地球科学連合（EGU）
- 欧州地質学者連盟（EFG）
- カナダ地質学会（GAC）
- アメリカ地質学会（GSA）
- 地球科学情報学会（GSIS）
- 材料・鉱物・採鉱研究所（IOM3）
- 国際土木地質学・環境協会（IAEG）
- 国際水文地質学会（IAH）
- 国際金属鉱業評議会（ICMM）
- 国際岩石力学・岩石工学協会（ISRM）
- 国際土質力学・地盤工学学会（ISSMGE）
- 国際トンネル協会（ITA）
- 国際地質科学連合（IUGS）
- カナダ鉱物学協会（MAC）
- カナダ鉱業協会（MAC）
- カナダ探鉱者・開発者協会（PDAC）
- 鉱業・冶金・探査協会（SME）
- 探査地球物理学会（SEG）
- カナダトンネル協会（TAC）
- 米国地質調査所（USGS）
- 米国全米鉱業協会（NMA）
工学地質学との違い
工学地質学者と地質エンジニアはどちらも、地球、その移動や変質[ 22 ] [ 23 ]、および人間社会とインフラストラクチャと地球物質との相互作用 (地球上および地球物質内)の研究に興味を持っています。 どちらの分野も、関連する作業を行うためにほとんどの管轄区域の専門団体からのライセンスが必要です。[ 22 ] [ 23 ]地質エンジニアと工学地質学者の主な違いは、地質エンジニアは地球科学と工学の原理を組み合わせた理解を持つライセンスを持つプロのエンジニア(場合によってはプロの地球科学者/地質学者でもある) であるのに対し、工学地質学者は、仕事が工学プロジェクトへの応用に焦点を当てている地質学者であり、ライセンスを持つプロの地球科学者/地質学者である場合もありますが、プロのエンジニアではないことです。 次のサブセクションでは、工学地質学者と地質エンジニア の異なる責任についてより詳細に説明します。
工学地質学
工学地質学者は、工学プロジェクトの前、最中、そして後に発生する可能性のある問題を評価する応用地質学者です。彼らは、以下のような潜在的な問題を認識するための訓練を受けています。
工学地質学者は、様々な現場試験および実験室試験技術を用いて、建設、長期的な安全性、あるいはプロジェクトの環境への影響に影響を与える可能性のある地盤材料の特性を明らかにします。工学地質学者の職務には以下が含まれます。
地質工学
地質エンジニアは、地質学または地球科学に加え、工学地質学、工学原理、そして工学設計実務に関する幅広い知識を持つエンジニアです。これらの専門家は、工学地質学者の役割を果たす、あるいは工学地質学者と連携する資格を有しています。しかし、彼らの主な焦点は、工学地質学データと、以下のエンジニアリングスキル の活用にあります。
これらすべての活動において、地質モデル、地質史、環境、そして関連する地球物質の測定された工学特性は、工学設計と意思決定に不可欠です。 [ 23 ]
参照
参考文献
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