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2017 年度 実施状況報告書

次世代岩石学へのデータ駆動型アプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 15K20864
研究機関国立研究開発法人海洋研究開発機構

研究代表者

桑谷 立  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球内部物質循環研究分野, 研究員 (60646785)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードデータ駆動 / スパースモデリング / 多変量解析 / ベイズ推論 / 岩石組織 / 熱力学インバージョン
研究実績の概要

化学組成や岩石組織などを含む多様な岩石学データから,潜在構造・プロセスを正確に抽出するデータ駆動型の解析技術基盤を構築することが本研究の目的である.具体的には,ベイズ推論とスパースモデリングを最大限に活用し,鉱物組成データから温度圧力履歴を推定する手法や,全岩組成・岩石組織データから潜在的な物理化学プロセスを抽出する手法の開発に取り組む.
平成29年度は,【課題1】ベイズ推論を用いた新しい温度圧力履歴推定法の開発,に関して,包有物とホスト鉱物を利用した確率論的温度圧力計に関する投稿論文に関する査読コメントをもとに,手法の天然系への適用可能性を再検討した.その他,誤差評価などについても検討を加えた結果,論文受理にいたった.
【課題2】スパースモデリングを用いた全岩組成からの物理化学モデル抽出,において,沈み込み帯を含む様々なテクトニックセッティングにおける火成岩の全岩化学組成・同位体組成比データを用いて,スパース多項式ロジスティック回帰により帰属するテクトニック場を判別する手法を新たに開発した.得られた特徴ベクトルからマグマ生成プロセスについても考察を加えた.
【課題3】スパースモデリングを用いた岩石組織からのダイナミクス抽出,において,鉱物粒子成長則を導入した温度圧力時間履歴推定法の拡張を行った.粒子スムーズ法などを適用した結果,より精密な解析が可能になった.また,室内実験系に関する岩石-水溶液相互作用について,データ同化手法を適用することで,部分溶液組成観測から反応拡散ダイナミクスについて制約条件を与える方法の開発に成功しつつある.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成29年度に実施した【課題1】ベイズ推論を用いた新しい温度圧力履歴推定法の開発,および,【課題2】スパースモデリングを用いた全岩組成からの物理化学モデル抽出,に関して,それぞれの開発手法の頑健性や有効性を確認し,複数の学術論文を出版している.【課題3】スパースモデリングを用いた岩石組織からのダイナミクス抽出,において,新たなデータ同化手法や機械学習手法を開発し,研究成果としてまとめつつあるため.これらの取組の結果,岩石学分野全体にデータ駆動型解析が浸透しつつあるため.

今後の研究の推進方策

開発された手法について,未公表の研究の論文採択を目指す.さらに,岩石学分野に特化した新しいデータ駆動型解析手法の開発を実施する.平成29年度に引き続き,各課題のとりまとめを行い,次世代岩石学の指針を述べた解説論文を執筆する.

次年度使用額が生じた理由

効率的な事業遂行により,当初予想以上に多様かつ多数の研究成果を得た.その多くは既に学術論文として出版済みである一方,当初想定以上の数の論文発表を行うこととしたため,幾つかは論文査読中もしくは準備中の段階であり,次年度使用が生じた.平成30年度において,それらの論文の英文校正費および出版時のオープンアクセス化を行うために使用する.

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Application of the inverse Batschelet distribution to measuring the preferred orientation of tourmaline grains2018

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Tarojiro、Kuwatani Tatsu、Ando Yasunobu、Masuda Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of Structural Geology

      巻: 114 ページ: 288~293

    • DOI

      10.1016/j.jsg.2017.12.011

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bayesian probabilistic reconstruction of metamophic P-Tpaths using inclusion geothermobarometry2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwatani, K. Nagata, K. Yoshida, M. Okada, M. Toriumi
    • 雑誌名

      Journal of Mineralogical and Petrogical Science

      巻: 113 ページ: 82-95

    • DOI

      10.2465/jmps.170923

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Geochemcal discrimination and characteristics of magmatic tectonic settings; a machine learning approach2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ueki, H. Hino, T. Kuwatani
    • 雑誌名

      Geochemistry,Geophysics,Geosystems

      巻: 19 ページ: -

    • DOI

      10.1029/2017GC007401

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Progressive evolution of whole-rock composition during metamorphism revealed by multivariate statistical analyses2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Kenta、Kuwatani Tatsu、Hirajima Takao、Iwamori Hikaru、Akaho Shotaro
    • 雑誌名

      Journal of Metamophic Geology

      巻: 36 ページ: 41~54

    • DOI

      10.1111/jmg.12282

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 前文・表題説明:創立125周年記念特集:日本の変成岩研究の最近の進展と将来展望(その1)2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷立、河上哲生
    • 雑誌名

      地質学雑誌

      巻: 123 ページ: 659~660

    • DOI

      10.5575/geosoc.preface_123.9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 変成岩組織と鉱物組成累帯構造からの情報抽出:フォワードモデルと逆解析2017

    • 著者名/発表者名
      Okamoto Atsushi、Kuwatani Tatsu
    • 雑誌名

      地質学雑誌

      巻: 123 ページ: 733~745

    • DOI

      10.5575/geosoc.2017.0034

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Statistical model selection between elastic and Newtonian viscous matrix models for the microboudin palaeopiezometer2017

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Tarojiro、Kuwatani Tatsu、Masuda Toshiaki
    • 雑誌名

      Earth, Planets and Space

      巻: 69 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s40623-017-0669-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 地球化学におけるデータ駆動プロセッシング2018

    • 著者名/発表者名
      桑谷立
    • 学会等名
      資源・素材学会 平成30(2018)年度春季大会
  • [学会発表] 地球科学におけるデータ駆動型解析2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷立
    • 学会等名
      日本情報地質学会・地質情報整備活用機構共催シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] インフォマティクスで解き明かす岩石の歴史2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷立
    • 学会等名
      海洋地球インフォマティクス
    • 招待講演
  • [学会発表] 地球システムの理解に向けた情報計測融合2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷立
    • 学会等名
      第61回システム制御情報学会研究発表講演会 (SCI’17)
    • 招待講演
  • [学会発表] 島弧地殻エネルギーを評価するためのデータ駆動型解析2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷立・岩森光・駒井武
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [学会発表] 機械学習により検出された累進変成作用下での全岩化学組成の発展的変化2017

    • 著者名/発表者名
      吉田 健太・桑谷 立・平島 崇男・岩森 光・赤穗 昭太郎
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [学会発表] 交換モンテカルロ法を用いた角閃石固溶体の非理想パラメータの最適化2017

    • 著者名/発表者名
      岡本 敦・桑谷 立・上木 賢太・大森 敏明・福島 孝治
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [学会発表] 岩石―水相互作用を支配する不均質反応の時空間ダイナミクスの統計的推定2017

    • 著者名/発表者名
      大森 敏明・森本 亮太・桑谷 立・岡本 敦・福島 孝治
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [学会発表] A new statistical method to identify geochemical data structure2017

    • 著者名/発表者名
      岩森 光・吉田 健太・中村 仁美・桑谷 立・浜田 盛久・原口 悟・上木 賢太
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • [学会発表] 岩石学分野におけるデータ駆動型解析の現状と展望2017

    • 著者名/発表者名
      桑谷 立
    • 学会等名
      日本地質学会第 124 年学術大会(2017 愛媛大会)
  • [学会発表] 多変量解析による日本列島深層地下水の化学的特徴の抽出2017

    • 著者名/発表者名
      吉田健太・中村仁美・桑谷立・原口悟・風早康平・高橋正明・岩森光
    • 学会等名
      日本地球化学会第64回年会
  • [学会発表] 逐次モンテカルロ法に基づく不均質反応ダイナミクスの推定2017

    • 著者名/発表者名
      森本 亮太・桑谷 立・岡本 敦 ・福島 孝治・大森 敏明
    • 学会等名
      第61回システム制御情報学会研究発表講演会 (SCI’17)
  • [学会発表] Geochemical-petrological evolution under the paleo subduction zone identified by mashine-learning techniques2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida, T. Kuwatani, T.Hirajima, H. Iwamori, S. Akaho
    • 学会等名
      International meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (HD3-2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Bayesian inversion analysis of nonlinear spatiotemporal dynamics of heterogeneous reactions in rock-water interactions2017

    • 著者名/発表者名
      R. Morimoto, T. Kuwatani, A. Okamoto, K. Hukushima, T. Omori
    • 学会等名
      International meeting on High-Dimensional Data-Driven Science (HD3-2017)
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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