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Improvement of the method to estimate physical property distribution by fusion of physical model and machine learning

Research Project

Project/Area Number 20K15219
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Ishitsuka Kazuya  京都大学, 工学研究科, 講師 (90756470)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsベイズ統計学 / 岩石物性 / 熱水システム / 空隙率 / 機械学習 / 深層学習 / 不確実性 / 地熱 / 比抵抗 / 弾性波速度 / ベイズ推定 / 応力 / 地熱開発 / 資源評価 / 不確実性の定量化
Outline of Research at the Start

地球資源開発において、地下の物性分布の推定は、資源評価や掘削位置の選定の観点から重要である。これまでにも物理モデルを基にした手法と機械学習を基にした手法が提案され、検層データや物理探査データの解釈手法として広く用いられている。しかしながら、既存手法には、解の不確実性の定量化や物理メカニズムの妥当性といった各々に固有の課題を有する。本研究では、物理モデルと機械学習を融合した手法の開発により、これらの課題の解決を目指す。また、開発した手法は地熱地域に適用を行い、手法の有効性を検証する。

Outline of Final Research Achievements

In the Earth resource development, the estimations of subsurface physical properties and their distribution are important on the evaluation of the potentials of the resource and the selection of drilling locations. This study developed machine learning-based methods to estimate physical properties of the target area, such as porosities. The developed methods were examined by applying it to a geothermal field. The study further developed methods for measuring rocks to improve the quality and quantity of data, allowing the developed machine learning-based methods to be applied to promising areas of earth resources.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球資源開発において、空隙率等の地下の物性値の推定は不可欠である。本研究で開発した手法は、機械学習と物理モデルを組み合わせることによって、厳密な物理モデルが不明瞭な条件下でも一定程度の物理的な妥当性を考慮して、物性値を推定できるフレームワークを構築した。さらに、推定値のばらつきの評価を行い、どの範囲の推定値まで信頼がおけるか評価を可能とした。また、応力や弾性波速度、熱伝導率といった観測値をより効率的に取得する手法を開発し、従来よりも多くの地域や条件でデータ取得が可能となることが期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Measurement of thermal conductivities of drill cuttings and quantification of the contribution of thermal conduction to the temperature log of the Hachimantai geothermal field, Japan2023

    • Author(s)
      Haruo Sugamoto, Kazuya Ishitsuka, Weiren Lin, Takemi Sakai
    • Journal Title

      Geothermics

      Volume: -

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Calculation of P-Wave Velocity in Sandstones with Different Pore Size Distributions Using Digital Rock Model without Segmentation2022

    • Author(s)
      石塚師也, 林為人, 神谷奈々, 奈良禎太
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 71 Issue: 3 Pages: 235-242

    • DOI

      10.2472/jsms.71.235

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2022-03-15
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bayesian and neural network approaches to estimate deep temperature distribution for assessing a supercritical geothermal system: evaluation using a numerical model2021

    • Author(s)
      Kazuya Ishitsuka, Yosuke Kobayashi, Norihiro Watanabe, Yusuke Yamaya, Elvar Bjarkason, Anna Suzuki, Toru Mogi, Hiroshi Asanuma, Tatsuya Kajiwara, Takeshi Sugimoto, Ryoichi Saito
    • Journal Title

      Natural Resources Research

      Volume: 30 Issue: 5 Pages: 3289-3314

    • DOI

      10.1007/s11053-021-09874-w

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characterization of hydrothermal alteration along geothermal wells using unsupervised machine-learning analysis of X-ray powder diffraction data2021

    • Author(s)
      Kazuya Ishitsuka, Hiroki Ojima Toru Mogi, Tatsuya Kajiwara, Takeshi Sugimoto, Hiroshi Asanum
    • Journal Title

      Earth Science Informatics

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 73-87

    • DOI

      10.1007/s12145-021-00694-3

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ベイズ統計モデリングに基づく非弾性ひずみ回復応力測定法の新規解析手法に関する理論的検討2021

    • Author(s)
      杉本達洋・石塚師也・林 為人
    • Journal Title

      材料

      Volume: 出版中

    • NAID

      130008066097

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] X線CT画像を用いた砂岩の熱伝導率の推定における解像度の違いによる推定精度への影響に関する検討2023

    • Author(s)
      酒井雄飛,石塚師也,林為人
    • Organizer
      資源・素材学会2023年度春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] カッティングス試料を用いた熱伝導率測定手法の検証と岩手県八幡平地域の地熱坑井への適用2022

    • Author(s)
      菅本大仁,石塚師也,林為人,坂井健海
    • Organizer
      資源・素材学会 関西支部 第19回若手研究者・学生のための研究発表会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 数値モデルを事前情報とした深層学習による地熱地域のモデリング手法の開発2022

    • Author(s)
      嶋章裕,石塚師也,林為人,Elvar Bjarkason,鈴木杏奈
    • Organizer
      2022年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 深部地熱資源評価におけるAIの活用2022

    • Author(s)
      石塚師也, 山谷祐介, 渡邉教弘, 小林洋介, Elvar Bjarkason, 鈴木杏奈, 茂木透, 浅沼宏, 梶原竜哉, 杉本健, 齋藤遼一
    • Organizer
      資源地質学会第71回年会学術講演会
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 非定常面熱源法を用いたカッティングス試料の熱物性測定および N19-HA-1 坑井の温度プロファイルの考察2022

    • Author(s)
      菅本大仁,石塚師也,林為人,坂井健海
    • Organizer
      日本地熱学会令和4年学術講演会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Examining the effectiveness of digital rock physics without segmentation for thermal conductivity estimation of sandstones2022

    • Author(s)
      Yuhi Sakai, Kazuya Ishitsuka, Weiren Lin
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting 2022
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Noise removal of InSAR surface displacement images using Noise2Noise deep learning2022

    • Author(s)
      永田智季, 重光勇太朗, 石塚師也, 林為人
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 数値モデルを事前情報としたphysics-informedニューラルネットワークによる地熱地域のモデリング手法の開発2022

    • Author(s)
      嶋章裕,石塚師也,林為人,Elvar K. Bjarkason,鈴木杏奈
    • Organizer
      日本地熱学会令和4年学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 比抵抗を基としたベイズ統計モデリングによる葛根田地熱地域の空隙率・塩濃度分布推定2021

    • Author(s)
      鶴木智,石塚師也,林為人,山谷祐介,梶原竜哉,杉本健,斎藤遼一
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 深層学習を用いた地熱系シミュレーションのパラメータ推定および多次元尺度構成法による教師データの評価2021

    • Author(s)
      嶋章裕,石塚師也,林為人,Elvar K. Bjarkason,鈴木杏奈
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 八幡平地域N19-HA-1坑井におけるカッティングス試料を用いた熱物性測定および坑井の温度構造解析2021

    • Author(s)
      菅本大仁,石塚師也,林為人,坂井健海
    • Organizer
      日本地熱学会令和3年学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 深層学習を用いた地熱系シミュレーションのパラメータ推定手法の開発:2次元モデルを用いた評価2021

    • Author(s)
      嶋 章裕,石塚師也,Elvar K. Bjarkason,鈴木杏奈,林 為人
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 八幡平地域の地熱坑井から得られたカッティングス試料を用いた熱物性測定及び温度構造解析2021

    • Author(s)
      菅本大仁,石塚師也,林 為人,坂井健海
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Bayesian inference of the spatial distribution of effective porosity and salinity at great depths of a geothermal field2021

    • Author(s)
      Satoru Tsuruki, Kazuya Ishitsuka, Weiren Lin, Yusuke Yamaya, Tatsuya Kajiwara, Ryoichi Saito
    • Organizer
      AGU fall meeting 2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of time-series surface displacements in Taiwan using interferometric SAR analysis2021

    • Author(s)
      Shoki Hiranaka, Kazuya Ishitsuka, and Weiren Lin
    • Organizer
      The 14th SEGJ international symposium
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 干渉SAR解析で得られた地表変動と地下水位変化の相関性評価:京阪地域を例として2021

    • Author(s)
      重光勇太朗,石塚師也,林 為人
    • Organizer
      日本リモートセンシング学会第71回学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 干渉SAR解析を用いた台湾北東地域における時系列地表変動の推定2021

    • Author(s)
      平中章貴,石塚師也,林 為人
    • Organizer
      日本リモートセンシング学会第71回学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 比抵抗を用いたベイズモデルによる地熱地域深部における高塩濃度流体分布の推定2021

    • Author(s)
      鶴木智,石塚師也,林為人,山谷祐介,梶原竜哉,杉本健,斎藤遼一
    • Organizer
      第15回岩の力学国内シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] AIによる超臨界地熱資源評価・掘削技術―AIによる資源量評価2020

    • Author(s)
      石塚師也,山谷祐介,渡邉教弘,岡本京祐,村田泰章,浅沼宏,鈴木浩一,小林洋介,岡本敦,鈴木杏奈,茂木透,北村圭吾,梶原竜哉,杉本健,斎藤遼一
    • Organizer
      日本地熱学会令和2年学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 掘削コア試料の測定による火山地帯の岩石の比抵抗特性とその考察2020

    • Author(s)
      藤井元宏,林為人,石塚師也,澁谷奨
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多変量解析による地熱井の検層データを用いた地層の特徴の抽出2020

    • Author(s)
      小嶋洸輝,石塚師也,茂木透,梶原竜哉,杉本健,浅沼宏
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた岩手県葛根田地熱地域の温度・浸透率分布の推定2020

    • Author(s)
      宇郷翼,石塚師也,茂木透,鈴木浩一,小林洋介
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 比抵抗を基とした葛根田地熱地域における空隙率・塩濃度のベイズ推定2020

    • Author(s)
      鶴木智,石塚師也,林為人,山谷祐介,梶原竜哉,杉本健,齋藤遼一
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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