深海底における長基線電場観測によるマントル遷移層研究の展開

• Project/Area Number: 18H01302
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 清水 久芳 東京大学, 地震研究所, 教授 (70302619)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 多田 訓子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 研究員 (00509713) ; 馬場 聖至 東京大学, 地震研究所, 准教授 (70371721) ; 歌田 久司 東京大学, 地震研究所, 特任研究員 (70134632)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2018: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: マントルダイナミクス / 海底長期観測 / 地球電場 / マントル遷移層 / 海底観測 / 地磁気静穏日変化

Outline of Annual Research Achievements

2018年度は、「改良型地球電場計測システム（EFOS-X）」について、有人潜水艇を用いた設置および回収方法の検討を含めた設計を行い、観測機器システムを作成した。周期３時間から１日の周期帯において、地磁気静穏日日変化（Sq磁場変動）によってグローバル１次元地球に誘導される電磁場と、同様の構造をもった平面地球に同じ周期帯の平面電磁場が入力することによる電磁場が混在する場合に得られる電磁応答関数に関する統計的な調査を行った。
2019年度は、「しんかい6500」を用いた設置手順の確認等、試験観測に向けた準備を継続した。しかし、8月3日から16日に予定されていた機器設置航海は、台風の影響により調査予定海域に到達することができず、設置できなかった。海洋潮汐流による誘導電磁場を求めるグローバルスケールの数値計算プログラムの開発を継続した。また、2018年度の研究成果の一部を、学会および論文として公表した。
2020年度は、「しんかい6500」がケーブル展張装置を確保する位置の形状を変更し、展張時の安定性向上を果たした。試験観測航海公募に応募し、青ヶ島東方沖の水深約 2400 mの海底において１年間実施する試験観測計画が採択された。Sq 磁場変動および海洋潮汐流による誘導電磁場を求めるグローバルスケールの数値計算プログラムの開発を継続した。また、2019年度の研究成果の一部を、学会および論文として公表した。
2021年度は、試験観測に向けた準備を継続した。特に、設置・回収手順の再改良と、観測機器投入時に用いる係留系の軽量化を図った。しかし、6月2日から6日に予定されていた機器設置航海では海況不良のため調査予定海域に到達することができなかった。一方で、その後も船上作業の小規模化と単純化を実現すべく、開発研究を継続した。また、グローバルスケールの電磁誘導数値計算プログラムの開発を継続した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画通りに、2018年度に EFOS-X システムの作成を完了し、2019年度はシステムの改良を行った。2019年度および2021年度に実施予定であった試験観測は海域の状況により実施できなかったが、作成したシステムの開発研究を継続し、改良版のシステムができつつある。解析手法の開発については、Sq 磁場変動による電磁誘導の評価や海洋潮汐による電磁誘導計算手法の開発等、ほぼ予定通りに進んだ。

Strategy for Future Research Activity

海底での観測実施に向けて、機器設置および回収の手順について検討を進める。
最適化された実施手順を実現するために必要な機器改修を行う。
また、解析手法の開発と、既存の海底電磁場データを用いた解析を継続する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nord West Ltd.(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] ソウル大学(韓国)
• [Int'l Joint Research] Nord West Ltd.(ロシア連邦)
• [Journal Article] Magnetization structure of Nishinoshima volcano, Ogasawara island arc, obtained from magnetic surveys using an unmanned aerial vehicle (2021)
  • Author(s): Tada Noriko、Ichihara Hiroshi、Nakano Masaru、Utsugi Mitsuru、Koyama Takao、Kuwatani Tatsu、Baba Kiyoshi、Maeno Fukashi、Takagi Akimichi、Takeo Minoru
  • Journal Title: Journal of Volcanology and Geothermal Research Volume: 419 Pages: 107349-107349
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2021.107349
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Validity of the dispersion relations in magnetotellurics: Part I - theory (2020)
  • Author(s): Zorin Nikita、Aleksanova Elena、Shimizu Hisayoshi、Yakovlev Denis
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1186/s40623-020-1133-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Validity of the dispersion relations in magnetotellurics. Part II: synthetic and field data (2020)
  • Author(s): Zorin Nikita、Alekseev Dmitry、Epishkin Dmitrii、Shimizu Hisayoshi、Yakovlev Denis、Zaytsev Sergey
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01273-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing 1-D electrical anisotropy in the oceanic upper mantle from seafloor magnetotelluric array data (2020)
  • Author(s): Matsuno Tetsuo、Baba Kiyoshi、Utada Hisashi
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 222 Pages: 1502-1525
  • DOI: 10.1093/gji/ggaa221
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A candidate secular variation model for IGRF-13 based on MHD dynamo simulation and 4DEnVar data assimilation (2020)
  • Author(s): Minami Takuto、Nakano Shin’ya、Lesur Vincent、Takahashi Futoshi、Matsushima Masaki、Shimizu Hisayoshi、Nakashima Ryosuke、Taniguchi Hinami、Toh Hiroaki
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Pages: 136-136
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01253-8
  • NAID: 120006892083
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ocean bottom geophysical array studies may reveal the cause of seafloor flattening (2019)
  • Author(s): Utada Hisashi
  • Journal Title: Earth and Planetary Science Letters Volume: 518 Pages: 100-107
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2019.04.040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A generating process of geomagnetic drifting field (2018)
  • Author(s): Yukutake Takesi、Shimizu Hisayoshi
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 70 Pages: 145-145
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0908-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A 3D electrical resistivity model around the focal zone of the 2017 southern Nagano Prefecture earthquake (MJMA 5.6): implications for relationship between seismicity and crustal heterogeneity (2018)
  • Author(s): Ichihara Hiroshi、Kanehiro Junna、Mogi Toru、Yamaoka Koshun、Tada Noriko、Bertrand Edward Alan、Adachi Mamoru
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 70
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0950-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrical conductivity structure of old oceanic mantle in the northwestern Pacific: Achievements for Normal Oceanic Mantle Project (2021)
  • Author(s): Baba, K., Matsuno, T., Tada, N., Shimizu, H., Utada, H.
  • Organizer: 2021 International Symposium on Deep Earth Exploration and Practices
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Preliminary 1-D electrical conductivity structure of oldest oceanic mantle from magnetotelluric observation, Pacific Array Project (2020)
  • Author(s): Kim H., Baba, K., Utada, H., Shimizu, H., Lee, S.M., Kawakatsu, H., Kim, Y.H., and Oldest-1 Science Team
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ocean bottom electromagnetotmeters of Earthquake Research Institute (2020)
  • Author(s): Baba, K.
  • Organizer: JpGU-AGU joint meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] stimation of electrical conductivity in the mantle transition zone by using the Sq source model GAIA, (2020)
  • Author(s): oyama, T., Fujita, S., Fujii, I., and Baba, K.
  • Organizer: JpGU-AGU joint meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sensitivity of local electromagnetic response functions from Sq field to the electrical conductivity in the upper mantle (2020)
  • Author(s): Wan, X., Shimizu, H., Utada, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of high electrical conductivity heterogeneity at the bottom of the mantle on generation of 2007 geomagnetic jerk (2020)
  • Author(s): Shimizu, H.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regularity of geomagnetic field variations around 2003 and 2007: possible influence of the electrical conductivity heterogeneity at the bottom of the mantle (2019)
  • Author(s): H. Shimizu
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Examination of criteria to remove the influence of the Sq-field variations from electromagnetic field spectra for a better estimation of regional electromagnetic responses. (2019)
  • Author(s): R. Li, 清水久芳、馬場聖至、歌田久司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
• [Presentation] Application of the dispersion relations in magnetotellurics (2019)
  • Author(s): Nikita Zorin, Hisayoshi Shimizu
  • Organizer: Conductivity Anomaly 研究会
• [Presentation] Regularity of recent geomagnetic jerks estimated using wavelet analysis (2018)
  • Author(s): Hisayoshi Shimizu
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第144回講演会
• [Presentation] Examination of Geomagnetic Jerks around 2003 and 2007 Using Wavelet Analysis (2018)
  • Author(s): Hisayoshi Shimizu
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The initial report of the electromagnetic observation on the seafloor in the Ontong Java Plateau (2018)
  • Author(s): Noriko Tada, Kiyoshi Baba, Hiroshi Ichihara, Toyonobu Ota, Takumi Kobayashi, Hisashi Utada, Daisuke Suetsugu
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Lateral heterogeneity of nominally 'normal' oceanic upper mantle in the northwestern Pacific (2018)
  • Author(s): Noriko Tada, Kiyoshi Baba, Hisashi Utada
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第144回講演会
• [Presentation] Plane-wave and flat Earth approximations in EM induction studies (2018)
  • Author(s): Hisashi Utada
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会第144回講演会
  • Invited