2020 Fiscal Year Research-status Report

重力異常や重力偏差データを用いた間隙率分布の推定手法についての研究

Research Project

Project/Area Number	20K05399
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	楠本成寿京都大学, 理学研究科, 教授 (50338761)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	間隙率 / 重力異常 / 重力偏差
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，重力探査により，間隙率分布を直接推定する手法とそれを効率よく実施するための最適フィルタの開発を目指す。間隙率は，地熱や石油・天然ガスなどの資源探査で重要な役割を担うパラメータである。破砕帯=低密度領域(低重力異常域)という構図の下，重力探査が多く実施され，成果を挙げてきた。間隙に入る物質の密度により，高重力異常か低重力異常が形成されるため，広範囲で間隙率分布の情報が必要とされる分野の発展に本研究は寄与できると考えている。本研究では，①密度と間隙率の関係を明らかにすることで，重力異常から間隙率分布を逆解析により推定する方法の考案と，②浅部密度構造に起因する重力異常を抽出する最適フィルタの設計についての研究を行う。初年度は，間隙率を介した岩盤の密度構造と重力異常の理論的関係を示した。また，浅部密度構造に起因する重力異常を抽出する最適フィルタの設計として，重力異常のパワースペクトルから原因層の平均深度と周波数帯を自動で推定する手法を開発した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 間隙率を介した岩盤の密度構造と重力異常の理論的関係について，本年度は以下の3つのモデルに対する解を求めた。(1) 母岩とターゲット(重力異常の原因となっている物体)の構成物質が同じで，間隙率nの間隙に入る物質と母岩の密度差が重力異常の原因となっているモデル (2) 母岩とターゲットはそれぞれ異なる間隙率をもつが，両者の構成物質と間隙に入る物質は同じであるモデル (3) 母岩とターゲットはそれぞれ異なる間隙率をもち，両者の構成物質と間隙に入る物質も異なるモデルまた，自由度調整済決定係数を指標として，重力異常のパワースペクトルから原因層の平均深度を与える回帰直線とそれを適用する周波数帯の双方を自動的に推定する手法を開発した。解析では，まず全周波数帯のデータを初期データとして設定し，最深層に対応する回帰直線を推定する。高い波数側から順次データを減らしながら回帰直線の推定と自由度調整済決定係数を計算し，自由度調整済決定係数が最も高い回帰直線を最適回帰直線とする。その後，同じ手法を残りのデータ(高周波数側)に適用し，その次に深い深度を与える回帰直線を推定する。これを繰り返すことで，原因層の数とその平均深さ与える回帰直線が自動的に決定される。数値テストの結果，ノイズが小さいとき，本手法は最小二乗法によっても正確なモデルパラメータを推定することが出来た。しかしながらノイズ大きくなった場合，最小二乗法よりロバストなL1ノルム最小化により推定される回帰直線の方が良い結果を与えることが明らかになった。富山平野と庄内平野の重力異常に本手法を適用したところ，実フィールドのデータには数値テストほど大きなノイズを含むことが少ないためか，最小二乗法でも適切な回帰直線を推定することが出来た。
Strategy for Future Research Activity	間隙率を介した岩盤の密度構造と重力異常の理論的関係について，次年度は，地熱地帯での実データに本手法を適用し，推定された間隙比の妥当性，さらにはモデルの妥当性についても議論を行う。また，間隙内に入る流体の気液比を考慮したモデルを構築する。最適フィルタの設計については，もう少し実データへの適用を行い，手法の妥当性の確認を行う。また，長波長重力異常に対して，下方接続によるシグナル強化を行うことによって得られる重力異常データに対し，本手法の適用の可能性についての考察を行う。次年度は，本年度に得た成果の議論を深め，学会発表をはじめオープンジャーナル等への投稿等，成果発表を積極的に行っていく。
Causes of Carryover	<理由> 研究のコアとなる部分の理論や手法について一定の成果は出たものの，今年度はコロナ禍によるオンライン授業への対応に追われ，議論を深めることが出来なかった。そのため論文作成に至らず，論文出版にかかる費用に残額が生じた。また学会開催や参加，野外調査の実施に制限が生じたため，旅費等にも残額が生じた <使用計画> 来年度もコロナ禍の下での研究，成果発表になる。本年度の理論や手法の研究成果の議論を深め，オープンアクセスジャーナルへの投稿を目指す。また旅費は来年度も支出の可能性が低いため，計算機環境の向上に使用する。