High-resolution reconstruction of the ancient oceanographic environments based on the development of evaluating method of microscopic three-dimensional fabrics of sediments
| Project/Area Number |
21K03704
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022)
Osaka Prefecture University (2021) |
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Principal Investigator |
伊藤 康人 大阪公立大学, 大学院現代システム科学研究科, 教授 (20285315)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 地質学 / 岩石磁気学 / 古環境 / 磁性流体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、定方位採取された堆積物・岩石試料の孔隙に強磁性流体を圧入した後に磁化率異方性を測定することによって、地層流体の浸透率異方性を定量的に評価し、地盤沈下や環境汚染に繋がる地下水の流れがどの方向に卓越するかを解析する方法論を確立することを目的とする。さらに、Ｘ線マイクロフォーカスCTスキャナーを用いて強磁性流体を含浸させた試料を撮影し、微細な化石や生物擾乱の三次元的な可視化を行うと共に、多岐にわたる地化学分析との総合解釈を通じ、古環境変動を高精度で復元する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、強磁性鉱物の懸濁液（磁性流体）を試料に含浸させ、その磁化率異方性測定とＸ線CTスキャンによって得られたデータを解析し、地球と生命の共進化過程と古環境変遷の解明に必要な情報の質・量を飛躍的に向上させることを目的としている。2022年度においては、研究対象となる地層の変形プロセスに関するモデル再検討と、磁性流体含浸試料作成の方法論の検討が、主要な作業内容となっていた。特に前者に関して、本州の代表的な新期テクトニックベースンである大阪堆積盆で、第四系・大阪層群のリアルタイム変形を評価するため、リモートセンシング技術を導入した。合成開口レーダー（SAR）を搭載した人工衛星データは、その差分干渉解析に基づいて、地表変位をミリメートル単位で評価することが可能になる。本来、干渉SARで評価されるのは人工衛星の「視線」方向の一次元的な動きであるが、その北行・南行軌道のデータを組み合わせることで、鉛直・水平方向の変位トレンドを分離することが可能になる。この手法で三次元的な地形アノマリー分布を明らかにし、広域イベントの全貌解明を試みた。大阪層群は、太古の気候変動に伴って海成・非海成の部分が何度も繰り返すシーケンスを示す。その累積変形は、地震探査における非常に鮮明な反射面である海成粘土層に記録されるので、SARデータと組み合わせることによって堆積盆の発達過程に関する重要な知見を得ることができた。今回は、国内外で十分な実績を有する分析機関に、鍵となる人工衛星の５年に亘るデータのスタッキング処理を委託した。その結果、地殻変動に起因する変位が正確に抽出され、磁性流体を用いた実験を進めるにあたって必ず試料を採取すべき重要なエリアがどこかを特定することができた。さらに、先行研究で明らかにされている他地域の堆積盆沈降史との比較に基づき、構造発達エピソードの時系列を整理することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
磁性流体を用いた実験は、それを岩石中に含浸させるため長い時間（百気圧の高圧化で１ヶ月）を要するため、定められた研究期間に実り多い成果を上げるためには、分析対象とする地層を注意深く選択する必要がある。例えば、断層運動など激しい構造変形によって破壊の進んだ地層は、ダメージの蓄積した方向に試薬が浸透しやすく、一般的な地層と異なるファブリックを示すことも多い。2022年度に実施した人工衛星データ分析の結果、地層変形の広域分布が明らかとなり、堆積盆を取り巻く活断層の運動フェーズを推定することができた。具体的には、第四紀の日本列島で卓越している東西方向の圧縮応力に伴って地震を繰り返している北東－南西走向の右横ずれ活断層（今回の調査エリアでは淡路－六甲断層系が該当）や南北走向の逆断層（今回の調査エリアでは生駒断層系が該当）の発達プロセスに関して新たな制約条件を得ることができた。これらの断層系は人口密集地を通っているため、大規模な地下探査を行うことは困難なケースが多く、これまでの研究では運動像が十分に理解されていなかった。今回は、大深度ボーリング調査に関してデータ空白域となっていたゾーンを分析対象としたので、資源探査や環境保全・地盤改良といった実利的側面からも重要な情報を得ることができた。当該地域では、地表地質調査に基づく堆積岩ファブリックはこれまで多くの研究者によって報告されてきたが、その三次元的な総合評価は膨大な時間を要すると同時に、定量的かつ恣意性のない評価が困難であるという欠点が残されていた。今回は、僅かな変位を可視化する人工衛星データを活用し、既存の地質学的情報と組み合わせることによって、累積的変動プロセス解明に必要な情報の質・量を向上させるという目的を達成するための、重要な知見を得たと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる2023年度は、磁性流体実験のターゲットとなる地層について磁化率異方性測定とＸ線マイクロフォーカスCTスキャンデータの画像処理を完了させると共に、海洋プレート沈み込みに伴う火成活動ヒストリー構築など、基礎となる地質情報データベースを整備する。これは、大量絶滅の遠因とも考えられる全地球的で急速な温暖化に関与したものと考えられており、地球環境の将来予測という見地からも、重要な基礎データである。また、地殻変動の三次元的な拡がりを評価するため、引き続き合成開口レーダー（SAR）を搭載した人工衛星データを活用し、差分干渉解析に基づいて広域地質イベントの全貌解明を目指す。地球と生命の共進化プロセスの鍵とされる大量絶滅イベント中に形成された堆積岩については、磁性流体実験と並行して地化学分析を実施し、酸化還元状態を定量評価する。作業は、各種地化学分析に実績を有する東北大学工学部・工学研究科技術部の合同計測分析班に委託する。最終的に、今年度はＸ線CTスキャンデータの三次元化を試みる。具体的にはCTの濃淡画像を積み重ねて立体データ（ボリュームデータ）に変換し、その輝度値から一定の閾値の等値面を可視化する。この画像をベースに、生痕断面の平均直径や堆積岩中における生痕の占める密度をソフトウェア上で数値化して、古環境を精密かつ定量的に復元する。一方、テクトニックイベントに連動する広域応力場の変化は、磁化率異方性が示す堆積岩ファブリックの解析から定量的に評価する。以上のデータを総覧し、広域的なテクトニックイベントが引き起こした顕著な古環境変動を統合的に解釈して、学会発表すると共に、オープンアクセスの学術論文として取り纏める。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
