2014 Fiscal Year Annual Research Report
日本周辺でのアレイ電磁気観測（JEMINI計画）のための基礎的研究
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26289347
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
後藤 忠徳 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90303685)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三ヶ田 均 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10239197)
武川 順一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70463304)
笠谷 貴史 独立行政法人海洋研究開発機構, その他部局等, 研究員 (90373456)
市原 寛 独立行政法人海洋研究開発機構, その他部局等, 研究員 (90553074)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 地球工学 / 海底電磁気学 / 電気伝導度構造 / 沈み込み帯 / アレイ観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) 時系列解析ソフトの試作
陸上および海底で取得された電磁場データには多くのノイズが含まれている。この除去方法については、従来より様々な方法が提案されてきたが、これらはノイズレベルが信号強度を上回るようになると（S/Nが1を下回ると）効果的ではない。そこで本研究ではノイズと信号を分離する新たな手法として、独立成分分析（ICA）に着目した。ICAを海底電磁場データの解析に適用を試みたところ、S/Nが0.1程度のデータに対して、ノイズと信号を適切に分離できることが分かった。
2) 地下構造解析ソフトの試作
本研究では日本列島の広域3次元地下電気伝導度構造を求めることを最終目的として、そのための数値モデリングの準備を行っている。ここでは、海陸境界や海底地形・陸上地形などをモデルに組み込む工夫が必要である。本研究では新たに、粒子法の一つであるMPS（Moving Particle semi-implicit）法を地中での電磁場伝搬のモデリングに適用した。ここでは2次元的な地下構造を仮定し、MT法における電磁場の平面波入射に対する電磁場伝搬のシミュレーションを実施した。その結果、従来法と遜色ない精度で電磁場の計算を行えることが確認された。
3) 小型海底電磁気観測装置の試作
従来の海底電位差磁力計の問題点は、価格が高いこと、メンテナンスに人手がかかること等であった。そこで本研究では、あらたに小型の改定電磁気観測装置の試作を行った。新型装置は、浮力体（ガラス球）とアルミ製耐圧容器から構成されており、メンテナンス性が大幅に向上し、低価格化・低サイズ化も達成できた本装置を沖縄沖海底に設置して試験観測を行ったところ、電場については従来型と遜色ない精度で観測できることが確認された。ただし磁力計についてはデータ品質のさらなる改善が必要であることも明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
時系列解析ソフトの試作については、従来より様々な方法が提案されてきた。例えばノイズを含まない参照データを用いてノイズを補正する方法（例：リモートリファレンス法）、電磁場データのスタック時に統計的手法を用いてノイズを含む区間を自動的に除去する方法（例：ロバストスタッキング）などである。しかしこれらの手法はノイズが大きい場合は有効ではない。本研究の当初の予定ではZ変換に基づくIIRフィルタを応用する予定であったが、フィルタ適用の前段階として独立成分分析（ICA）を適用した。その結果、従来よりも格段にノイズレベルを抑えることに成功した。地下構造解析ソフトの試作に関しては、当初は3次元フォワードモデリングソフトを一気に作成する予定であったが、2次元構造に関する精度確認などに重点を置いた。従来から用いられている2次元数値計算法には有限差分法があるが、長方形ブロックを単位として2次元モデルを構築するため、斜面のような緩やかに変化する地形については適切に表現することができない。また有限要素法は有限差分法よりも複雑な形状を表現することが得意ではあるが、計算精度を担保するためには、効率的に要素を配置する必要がある。一方、粒子法は計算点（粒子）を自由に配置できることが特徴である。本研究では、粒子法は従来法と遜色ない計算結果を示すことが明らかとなった。小型海底電磁気観測装置の試作に関しては、既存の機器などを流用しつつ、また室内や港内での実験を重ねた結果、予算を効率的に使用し施策することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
時系列解析ソフトに関しては、現状で独立成分分析（ICA）を用いたアルゴリズムの部分試作に成功した。今後は、フィルターなども適用しつつ、MT法における電磁場応答関数の算出を目指す。また完成したソフトについては、大学や企業へ公開するべく、整備を進める。地下構造解析ソフトに関しては、粒子法の一つであるMPS（Moving Particle semi-implicit）法に基づいて2次元的な地下構造に対するシミュレーションコードの開発を行うことができたため、今後は3次元フォワードモデリングコードへの発展を目指す。また順計算だけでなく、逆計算（インバージョン）についても開発を進める。完成したソフトについては、大学や企業へ公開するべく、整備を進める。一方、既取得の陸上・海底の電磁場データの整理については今後も継続的にすすめて、開発されたモデリングコードなどによる構造解析へとつなげる。小型海底電磁気観測装置については、試作・試験観測に成功したため、今後は実観測を進める。具体的には房総沖海底において、沈み込むフィリピン海プレート周辺の地下構造解明のための試験的な調査を実施する。
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| Causes of Carryover |
今年度に購入予定であった音響トランスポンダーに関して、海域試験においては既存の備品で代用することができたため、翌年度の購入とした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度の実海域試験時に、音響トランスポンダーの購入を行う。
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