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International joint research on precise frequency comb electromagnetic monitoring technology for phreatic eruption prediction

Research Project

Project/Area Number 21KK0081
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

小川 康雄  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10334525)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石須 慶一  兵庫県立大学, 理学研究科, 助教 (80880054)
南 拓人  神戸大学, 理学研究科, 助教 (90756496)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords火山モニタリング / 人工電磁探査 / 周波数コム信号 / 水蒸気噴火 / ニュージーランド
Outline of Research at the Start

水蒸気噴火のトリガーとなる地下の熱水やガスの分布とその変動を捉えることは、既存の地震学的・測地学的な地球物理観測では困難である。一方、比抵抗は熱水やガスの分布に敏感な物理量であるため、電磁場でリモートセンシングすることによって、地下の熱水やガスの分布の時間変動を検知することができる。本研究では、高精度に制御された人工的な周波数コム電磁信号源を用いて、火山体を精密にモニタリングするシステムを用いて、ニュージーランド国ワイマング地熱地域のインフェルノ火口湖において、ニュージーランドの研究者と共同して観測を行い、その熱水系の時間変動を精密に捉える観測を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度末に送信および受信装置の設置が完成し、インフェルノ火口湖のモニタリング観測を開始した。送信源は、1km程度離れた牧場に設置し、東西300m、南北250mの2系統の電流ダイポールからなり、このダイポールにGPSで精密に制御された20秒繰り返しの信号の発信を4Appで、停電のために7ヶ月で1回だけ送信を中断したが、そのほかは連続的に送信した。南北ダイポールの送信波形は、0.85Hzから322Hzまで対数等間隔に並ぶ10周波数からなるサイン波の合成である。東西ダイポールからは、南北ダイポールの周波数を0.1Hzずらした10周波数からなるサイン波の合成である。
10ヶ所の受信機では、水平電場2成分を7カ月に渡り、サンプリング周波数2400Hzで、データを取得した。2つのダイポールの信号は同時に発信されるが、周波数がわずかに異なるために、受信機の電場データとしては、分離して観測される。大地の電磁応答としてはこの0.1Hzの違いは無視できるので、結果として2成分の送信信号を同時に受信し、テンソル応答関数を得ることに成功した。データ処理は1時間の時間窓を単位として行われ、S/Nが10~100に達する高品位な観測データが得られた。
送信電流ダイポール2系統に対する、水平2成分の電場のテンソル応答関数が10ヶ所の電場受信点において、10周波数について、1時間ごとに得られた。電場信号の振幅は、観測点の地表付近の水分が降雨によって影響を受ける可能性が高いが、テンソル応答関数の実部と虚部を取り出して割り、位相テンソルを作成することでその影響を取り除ける。位相テンソルの時系列を作成し、火口湖の水位と水温と比較した。西端の観測点では、位相テンソルが、水温、水位と相関して変動していることが確認された。このことは、この観測手法が、蒸気熱水系のモニタリングに有益な観測方法となることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ニュージーランド側の共同研究者の多大な貢献によって、実験観測がスムーズに行われた、当初の目的であった火口湖の水位および水温と対応する電磁レスポンスを精密に、1時間の時間分解能で、7ヶ月に渡りほぼ連続に取得することに成功した。この手法が、熱水系の発達した火山のモニタリングに有効であることが示された。今後、この観測方法を、水蒸気噴火をする火山の監視観測に、実際に用いることができると期待される。

Strategy for Future Research Activity

観測データの取得および、データ処理によって電磁応答関数を、時間分解能1時間の精度で取得することができた。まずはこれまでの観測データをまとめ、投稿論文としてまとめる。
ついで、観測データから地下の3次元比抵抗モデルを時間窓1時間の単位で解析し、その時間発展を、4次元トモグラフィーとして解明する。さらに、それを気液比に換算することによって、熱水系のダイナミクスを比抵抗構造からイメージ化する。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (12 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

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  • [Journal Article] Estimation of Spatial Distribution and Fluid Fraction of a Potential Supercritical Geothermal Reservoir by Magnetotelluric Data: A Case Study From Yuzawa Geothermal Field, NE Japan2022

    • Author(s)
      Ishizu Keiichi、Ogawa Yasuo、Nunohara Keishi、Tsuchiya Noriyoshi、Ichiki Masahiro、Hase Hideaki、Kanda Wataru、Sakanaka Shinya、Honkura Yoshimori、Hino Yuta、Seki Kaori、Tseng Kuo Hsuan、Yamaya Yusuke、Mogi Toru
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      Volume: 127 Issue: 2

    • DOI

      10.1029/2021jb022911

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Offshore-onshore resistivity imaging of freshwater using a controlled-source electromagnetic method: A feasibility study2021

    • Author(s)
      Ishizu Keiichi、Ogawa Yasuo
    • Journal Title

      GEOPHYSICS

      Volume: 86 Issue: 6 Pages: E391-E405

    • DOI

      10.1190/geo2020-0906.1

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  • [Journal Article] The 2018 phreatic eruption at Mt. Motoshirane of Kusatsu-Shirane volcano, Japan: eruption and intrusion of hydrothermal fluid observed by a borehole tiltmeter network2021

    • Author(s)
      Terada Akihiko、Kanda Wataru、Ogawa Yasuo、Yamada Taishi、Yamamoto Mare、Ohkura Takahiro、Aoyama Hiroshi、Tsutsui Tomoki、Onizawa Shin’ya
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 73 Issue: 1 Pages: 157-157

    • DOI

      10.1186/s40623-021-01475-4

    • NAID

      120007166069

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ability of the magnetotelluric method to image a deep conductor: Exploration of a supercritical geothermal system2021

    • Author(s)
      Ishizu Keiichi、Ogawa Yasuo、Mogi Toru、Yamaya Yusuke、Uchida Toshihiro
    • Journal Title

      Geothermics

      Volume: 96 Pages: 102205-102205

    • DOI

      10.1016/j.geothermics.2021.102205

    • NAID

      40022604904

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  • [Journal Article] Simultaneous Analysis of Seismic Velocity and Electrical Conductivity in the Crust and the Uppermost Mantle: A Forward Model and Inversion Test Based on Grid Search2021

    • Author(s)
      Iwamori Hikaru、Ueki Kenta、Hoshide Takashi、Sakuma Hiroshi、Ichiki Masahiro、Watanabe Tohru、Nakamura Michihiko、Nakamura Hitomi、Nishizawa Tatsuji、Nakao Atsushi、Ogawa Yasuo、Kuwatani Tatsu、Nagata Kenji、Okada Tomomi、Takahashi Eiichi
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Solid Earth

      Volume: 126 Issue: 9

    • DOI

      10.1029/2021jb022307

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  • [Presentation] Forward modeling of the EM-ACROSS at Inferno Crater Lake, New Zealand,2023

    • Author(s)
      Kitaoka, N., Ogawa, Y., Ishizu, K., Minami, T., Caldwell, T.G., Kirkby, A.
    • Organizer
      Jpgu 2023, May, 2023.
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  • [Presentation] ニュージーランドInferno Crater LakeにおけるEM-ACROSS連続観測2023

    • Author(s)
      北岡紀広, 小川康雄, T. Grant Caldwell, 石須慶一, 南拓人, Alison Kirkby
    • Organizer
      第154回 地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会
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  • [Presentation] Precise CSEM monitoring at Inferno Crater Lake, New Zealand2023

    • Author(s)
      Norihiro Kitaoka, Yasuo Ogawa, T. Grant Caldwell, Ishizu Keiichi, Takuto Minami, Alison Kirkby
    • Organizer
      GU Fall meeting, San Francisco
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ニュージーランド・インフェルノ火口湖におけるEM-ACROSS法時系列解析2023

    • Author(s)
      北岡紀広・小川康雄・T. Grant Caldwell・石須慶一・南拓人・Alison Kirkby
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      CA研究会, 東京大学地震研究所
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  • [Presentation] 電磁誘導を用いた地殻構造探査2023

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      小川康雄
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      CA研究会, 東京大学地震研究所
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    • Invited
  • [Presentation] EM-ACROSS法によるInferno crater lakeの比抵抗構造解析に向けて2022

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      北岡紀広・小川康雄・石須慶一・南拓人・TG Caldwell・A. Kirkby
    • Organizer
      2022年度 Conductivity Anomaly 研究会, 京都大学防災研究所
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  • [Presentation] EM-ACROSS System: Installation at the Kusatsu-Shirane Volcano, Japan2022

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      Serita, S., Ogawa, Y., Ishizu, K., Tseng, K.H., Kunitomo, T., Minami, T., Ichihara, H, Caldwell, T.G., Heise, W., Bertrand E.A.
    • Organizer
      EMIW 2022, Cesme, Turkey, 11-17 September 2022
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  • [Presentation] 草津白根山のMT連続観測データ2022

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      2021年度 Conductivity Anomaly 研究会
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  • [Presentation] EM-ACROSSデータの現状と今後の展望2022

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      小川康雄・石須慶一・芹田創平・南拓人・市原寛・國友孝洋・TG Caldwell
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      2021年度 Conductivity Anomaly 研究会
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  • [Presentation] Crustal fault valve control of the CO2 rich Erebus volcano phonolite magmatic system, Antarctica2021

    • Author(s)
      Graham Hill, Philip E Wannamaker, Virginia Maris, John A Stodt, Michal A Kordy, Martyn Jonathan Unsworth, Paul Bedrosian, Erin Wallin, Danny F Uhlmann, Yasuo Ogawa, Philip R Kyle
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of spatial distribution and fluid fraction of a potential supercritical geothermal reservoir by magnetotelluric data: a case study from Yuzawa geothermal field, NE Japan2021

    • Author(s)
      Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa, Keishi Nunohara, Noriyoshi Tsuchiya, Masahiro Ichiki, Hideaki Hase, Wataru Kanda, Shinya Sakanaka, Yoshimori Honkura, Yuta Hino, Kaori Seki, Kuo Hsuan Tseng, Yusuke Yamaya and Toru Mogi
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A feasibility study of offshore-onshore resistivity imaging of freshwater using a controlled source electromagnetic method2021

    • Author(s)
      Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imaging fluids in the crust: seismological and volcanological applications2021

    • Author(s)
      Yasuo Ogawa
    • Organizer
      EMinars, online, https://www.mtnet.info/EMinars/EMinars.html, https://www.youtube.com/watch?v=Egf6aOH_qWg
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Offshore-onshore seamless resistivity imaging of2021

    • Author(s)
      Ishizu, K., Ogawa, Y.
    • Organizer
      JPGU 2021
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    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Home page

    • URL

      https://sites.google.com/view/yasuoogawatitech

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-12-25  

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