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岩石ー水反応と物質移動による階層的構造を読み解く超解像イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 18K18778
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

岡本 敦  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40422092)

研究分担者 大森 敏明  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10391898)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2018年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワードX線CT / スパース超解像 / 掘削コア / 岩石組織 / 蛇紋岩化作用 / オマーン掘削プロジェクト / 岩石ー水相互作用 / 蛇紋岩 / マグネタイト / 段階的超解像 / 岩石―水相互作用 / オマーンオフィオライト / 機械学習 / 超解像 / 水熱実験
研究成果の概要

X線断層撮影(CT)は、非破壊で3次元構造を調べる手法であり、近年、岩石の掘削コア試料にも汎用的に適用されつつある。しかし、広範囲を撮像では、岩石組織まで観察する解像度がないという問題がある.本研究では,「スパース超解像技術」を軸に,ミクロとマクロをつなぐ新しい岩石の解読方法を開発にチャレンジした。解析試料は、オマーンオフィオライトの蛇紋岩化したかんらん岩であり、同じ場所を異なる解像度で撮像した。スパース超解像により、特徴的な少数の(スパース)基底画像が抽出され、従来の補間法などと比べて高性能な超解像に成功した。さらに、大きな解像度の差がある場合には、段階的超解像が有効であることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球内部では、鉱物からプレートまで様々なスケールの現象が連動して起こっている。近年、分析・解析装置は飛躍的に向上たものの、異なるスケールの間を結びつけることは未だにできていない。本研究では、X線CTという岩石・地質試料の普遍的に使われる分析方法に、スパース超解像という機械学習技術の1つを適用して岩石組織解読の方法論を提案したものであり、この「スケールの壁」を打破すること第一歩になったと考えられる。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Impact of fluid pressure on failure mode in shear zones: Numerical simulation of en-echelon tensile fracturing and transition to shear2020

    • 著者名/発表者名
      Okamoto Atsushi、Fuse Kazumasa、Shimizu Hiroyuki、Ito Takatoshi
    • 雑誌名

      Tectonophysics

      巻: 774 ページ: 228277-228277

    • DOI

      10.1016/j.tecto.2019.228277

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silica controls on hydration kinetics during serpentinization of olivine: Insights from hydrothermal experiments and a reactive transport model2020

    • 著者名/発表者名
      Oyanagi Ryosuke、Okamoto Atsushi、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Geochimica et Cosmochimica Acta

      巻: 270 ページ: 21-42

    • DOI

      10.1016/j.gca.2019.11.017

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilizing and enhancing permeability for sustainable and profitable energy extraction from superhot geothermal environments2020

    • 著者名/発表者名
      N. Watanabe, K. Saito, A. Okamoto, K. Nakamura, T. Ishibashi, H. Saishu, T. Komai, N. Tsuchiya
    • 雑誌名

      Applied Energy

      巻: 260 ページ: 114306-114306

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2019.114306

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallographic preferred orientation of talc determined by an improved EBSD procedure for sheet silicates: Implications for anisotropy at the slab-mantle interface due to Si-metasomatism2020

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Nagaya, Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Yusuke Seto, Akira Miyake, Masaoki Uno, Jun Muto, Simon R. Wallis
    • 雑誌名

      American Mineralogist

      巻: in press 号: 6 ページ: 873-893

    • DOI

      10.2138/am-2020-7006

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characteristics of hydrogen production with carbon storage by CO2-rich hydrothermal alteration of olivine in the presence of Mg?Al spinel2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Okamoto Atsushi、Nakamura Kengo、Komai Takeshi
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: in press 号: 24 ページ: 13163-13175

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2020.03.032

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Acceleration of hydrogen production during water-olivine-CO2 reactions via high-temperature-facilitated Fe(II) release2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Okamoto Atsushi、Nakamura Kengo、Komai Takeshi
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 23 号: 23 ページ: 11514-11524

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.03.119

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Enhanced hydrogen production with carbon storage by olivine alteration in CO2-rich hydrothermal environments2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Jiajie、Watanabe Noriaki、Okamoto Atsushi、Nakamura Kengo、Komai Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of CO2 Utilization

      巻: 30 ページ: 205-213

    • DOI

      10.1016/j.jcou.2019.02.008

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recovering the past history of natural recording media by Bayesian inversion2018

    • 著者名/発表者名
      Kuwatani T, Nagao H, Ito SI, Okamoto A, Yoshida K Okudaira T
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 98 号: 4 ページ: 043311-043311

    • DOI

      10.1103/physreve.98.043311

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiple Kinetic Parameterization in a Reactive Transport Model Using the Exchange Monte Carlo Method2018

    • 著者名/発表者名
      Oyanagi Ryosuke、Okamoto Atsushi、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Minerals

      巻: 8 号: 12 ページ: 579-579

    • DOI

      10.3390/min8120579

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Drone brings new advance of geological mapping in Mongolia: Opportunities and challenges2018

    • 著者名/発表者名
      Dandar Otgonbayar、Okamoto Atsushi、Uno Masaoki、Batsaikhan Undarmaa、Ulziiburen Burenjargal、Tsuchiya Noriyoshi
    • 雑誌名

      Mongolian Geoscientist

      巻: - 号: 47 ページ: 53-57

    • DOI

      10.5564/mgs.v0i47.1063

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Formation of fracture network and permeability enhancement during olivine hydration within oceanic lower crust2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Yoshida, Atsushi Okamoto, Ryosuke Oyanagi, Hiroyuki Shimizu, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Conference on Ophiolites and the Oceanic Lithosphere
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Super-resolution of X-ray CT images of rock core samples by sparse representation : methodology and applications to serpetinized peridotite from CM1A2020

    • 著者名/発表者名
      "Atsushi Okamoto, Toshiaki Omori, Masao Kimura, Katsuyoshi Michibayashi Oman Drilling Project Phase 2 Science Party "
    • 学会等名
      International Conference on Ophiolites and the Oceanic Lithosphere
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydration and development of fracture network within oceanic lower crust: an evidence from CM1A of Oman Drilling2019

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Okamoto, Kazuki Yoshida, Ryosuke Oyanagi, Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 岩石ー水相互作用によるマルチスケール構造の理解のためのコア試料のX線CT画像の超解像2019

    • 著者名/発表者名
      大森敏明、岡本敦、道林克禎, Oman Drilling Project Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 蛇紋岩体中のドロマイトー滑石脈の形成と泥質片岩境界との反応帯:三波川帯関東山地長瀞の例2019

    • 著者名/発表者名
      岡本 敦・大柳 良介・吉田 一貴・サティシュ クマール・宇野 正起
    • 学会等名
      日本地質学会2019年山口大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] オマーンオフィオライトの層状斑れい岩の加水反応とき裂形成シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      吉田一貴・岡本敦・清水浩之・土屋範芳
    • 学会等名
      東京大学大気海洋研究所共同研究集会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Porosity generation during feldspar replacement as the mark of potassium-rich supercritical fluids on the top of granitic intrusion2019

    • 著者名/発表者名
      A. Nurdiana, A. Okamoto, M. Uno, K. Yoshida, N. Tsuchiya
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 反応誘起応力による地殻応力発生と浸透率発展:MgO-H2O系での測定2019

    • 著者名/発表者名
      宇野 正起,笠原 久夢,岡本 敦,土屋 範芳
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] シリカ粒子と流体圧振動2019

    • 著者名/発表者名
      岡本 敦
    • 学会等名
      変成岩などシンポジウム2019、蒲郡
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] NaHCO3-promoted olivine weathering with H2 generation and CO2 sequestration in alkaline hydrothermal system2019

    • 著者名/発表者名
      Jiajie Wang, Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe, Atsushi Okamoto, Takeshi Komai
    • 学会等名
      9th International Conference on Future Environment and Energy
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrothermal experiments on supercritical water-rock interaction: thermodynamic data and silica2019

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Okamoto
    • 学会等名
      16th international symposium on Water Dynamics, March 12, Sendai
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of secondary olivine after orthopyroxene induced by highly oxidizing fluid in the mantle wedge: An evidence from the Khantaishir Ophiolite, western Mongolia2019

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      JSPS-DST Japan-India Forum for Advanced Study, Niigata
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Pseudomorphs after Orthopyroxene during serpentinization and Ca-metasomatism of mantle wedge (the Alag Khadny accretionary wedge, the Chandman area, western Mongolia2019

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      16th international symposium on Water Dynamics, March 12, Sendai
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pore network of feldspar replacement as the mark of potassium-rich supercritical fluids on the top of granitic intrusion2019

    • 著者名/発表者名
      A. Nurdiana, A. Okamoto, M. Uno, N. Tsuchiya
    • 学会等名
      16th international symposium on Water Dynamics, March 12, Sendai
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CO2リッチ水熱環境における橄欖石の加速風化を用いた水素生成と炭素固定2018

    • 著者名/発表者名
      Jiajie Wang, Noriaki Watanabe, Kengo Nakamura, Atsushi Okamoto, Takeshi Komai
    • 学会等名
      日本地熱学会平成30年学術講演会(東京大会)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 数値シミュレーションと組み合わせた構造解析による蛇紋岩の形成メカニズム推定2018

    • 著者名/発表者名
      宮澤美幸, 鈴木杏奈, 岡本敦, 清水浩之, 大林一平, 平岡裕章, 伊藤高敏
    • 学会等名
      日本地質学会第125年学術大会(2018つくば特別大会)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] アモルファスシリカの亜臨界・超臨界環境における相変化の速度論的検討2018

    • 著者名/発表者名
      新部 貴理, 岡本 敦, 天谷 宇志, 土屋 範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 海洋底蛇紋岩作用におけるSi交代作用の律速過程2018

    • 著者名/発表者名
      大柳 良介、岡本 敦、土屋 範芳
    • 学会等名
      日本地質学会第125年学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Ca-metasomatism of the Mantle: an example from the Khantaishir ophiolite in the chandman area, western Mongolia2018

    • 著者名/発表者名
      Otgonbayar Dandar, Atsushi Okamoto, Masaoki Uno, Noriyoshi Tsuchiya
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 吸水反応における反応誘起応力の反応速度・変形速度依存性:MgO- H2O系における実験的研究2018

    • 著者名/発表者名
      笠原 久夢, 宇野 正起, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 350-450℃水熱反応によるアパタイト中のハロゲン置換反応実験2018

    • 著者名/発表者名
      杉沢 直樹, 東野 文子, 宇野 正起, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 東南極セールロンダーネ山地,グラニュライト・角閃岩相反応帯における多元微量元素解析による含Cl流体の浸透の時間スケール2018

    • 著者名/発表者名
      ミンダリョワ ディアナ, 宇野 正起, 東野 文子, 岡本 敦, 土屋 範芳
    • 学会等名
      日本鉱物科学会2018年年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Analysis of rock fracture pattern and fluid flow by persistent homology2018

    • 著者名/発表者名
      M. Miyazawa, A. Suzuki, A. Okamoto, H. Shimizu, I. Obayashi, and T. Ito
    • 学会等名
      The 15th International Conference of Flow Dynamics, Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrothermal experiments on olivine-quartz-seawater system at 300° C: implication for the progress of silica-metasomatism during serpentinization at the crust-mantle boundary in the oceanic lithosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Oyanagi, R., A. Okamoto, and N. Tsuchiya
    • 学会等名
      American Geophysics Union, Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydrothermal Alteration of the Crust-Mantle Transition and Upper Mantle in the Samail Ophiolite: Insights from Holes CM1A and CM2B of the Oman Drilling Project2018

    • 著者名/発表者名
      Frueh-Green, G. L., Grabowska, M., Oyanagi, R., Kimura, K., Klein, F., Okamoto, A., Morishita, T., Warsi, N., Tamura, A., Teagle, D.A.H., Takazawa, E., Coogan, J.A.., Kelemen, P.B., Matter, J.M., the OmanDP Phase 2 Science Party
    • 学会等名
      American Geophysics Union, Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simultaneous H2 production with carbon storage by enhanced olivine weathering in laboratory-scale: An investigation of CO2 effect2018

    • 著者名/発表者名
      Jiajie Wang, Kengo Nakamura, Noriaki Watanabe, Atsushi Okamoto and Takeshi Komai
    • 学会等名
      The Second International Conference on Materials Chemistry and Environmental Protection. Oral, Sanya (China),
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2021-02-19  

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