Geophysical imaging and monitoring of the subsurface structures using vibration of artificial structures

利用人造结构的振动对地下结构进行地球物理成像和监测

• 批准号: 20H01997
• 负责人: 辻 健
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: The University of Tokyo (2022-2023)Kyushu University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01997/
• 关键词: 人工物の振動; 小型震源装置PASS; 地下のイメージング; 地下のモニタリング; 機械学習; 地震探査; 稠密地震計データ; 地球外の地震計データ; 小型震源装置; 火星の地震計データ

人工構造物の振動や小型震源装置を利用して、環境フレンドリーな超高密度の仮想人工震源ネットワークを構築し、高い解像度で地下のイメージングとモニタリングを行う手法を開発した。（１）小型震源装置の改良：我々の小型震源装置を、Portable Active Seismic Source (PASS)と呼ぶこととした。今年度は起振力の異なるPASS、起振方向の異なるPASS、地中で発振するPASSの開発を実施した。さらにPASSで発振された振動を、掘削井に設置した光ファイバ(DAS)で記録して、PASSからの信号が地下１kmに到達することを確認した。つまりPASSを用いて、１km深度を対象としたモニタリングやイメージングが可能になると考えられる。さらに阿蘇山のモニタリングに向けて、大型のPASSの開発も実施している。（２）発破振動を用いたイメージング：鉱山の地表部に地震計を密に設置し、鉱山の発破振動を記録した。その記録に対して、地震波干渉法を適用することで、反射断面図を構築した。その断面図からは、鉱脈に関係する特徴を把握できるなど、これまで利用されていなかった人工振動を利用して地下を可視化することに成功した。（３）機械学習による人工振動のクラス分け：機械学習を用いて人工振動を区別する解析ツールの開発を行った。例えば、車種と台数を地震計データから自動的に推定するシステムを構築した。人工構造物の振動を利用して地下のイメージングやモニタリングする際には、振動源を分離することが望ましい。この機械学習を用いたツールは、振動源を分離して波形を抽出することが可能となる。（４）月面データの再解析：アポロ14号では人工震源探査を実施しているが、地震計の数が少なく、精度の高い地震探査を実施できなかった。そこで地震波干渉法を利用して、仮想的に地震計の多い地震探査データを構築し、地下構造を推定した。

利用人工结构和小型震源装置的振动，构建了环境友好的超密集虚拟人工震源网络，并开发了高分辨率地下成像和监测方法。 （1）小型震源装置的改进：我们决定将我们的小型震源装置称为便携式主动震源（PASS）。今年，我们开发了不同激振力的PASS、不同激振方向的PASS、以及地下振荡的PASS。此外，使用安装在钻井中的光纤（DAS）记录了PASS产生的振动，并确认PASS的信号可以到达地下1公里。也就是说，使用PASS，将有可能在1km深度进行监测和成像。此外，我们还在开发用于监测阿苏山的大型 PASS。 (2)爆破振动成像：在矿井表面紧密安装地震仪，记录矿井的爆破振动。通过对记录应用地震干涉测量，构建了反射截面。从横截面视图中，可以了解与矿脉相关的特征，并且团队成功地利用以前从未使用过的人工振动来可视化地下。 (3)利用机器学习对人工振动进行分类：我们开发了一种利用机器学习对人工振动进行分类的分析工具。例如，我们构建了一个系统，可以根据地震仪数据自动估计车辆类型和数量。当使用人造结构的振动进行地下成像和监测时，需要隔离振动源。该工具使用机器学习可以分离振动源并提取波形。 （4）月面数据再分析：阿波罗14号虽然进行了人工震源探测，但地震仪数量较少，无法进行高精度地震探测。因此，我们利用地震干涉技术，通过多个地震仪虚拟构建地震勘测数据，并对地下结构进行估算。

项目成果

Nankai Forearc Structural and Seismogenic Segmentation Caused by a Magmatic Intrusion off the Kii Peninsula

• DOI: 10.1029/2022gc010331
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Geochemistry
• 影响因子: 3.7
• 作者: G. Kimura;Y. Nakamura;K. Shiraishi;G. Fujie;S. Kodaira;T. Tsuji;R. Fukuchi;A. Yamaguchi

Continuous Monitoring System for Safe and Effective CO₂ Geological Storage

安全有效的CO₂地质封存连续监测系统

• DOI: 10.1541/ieejjournal.143.90
• 发表时间: 2023
• 期刊: The Journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan
• 作者: Kawamura Miki;Sakanoi Takeshi;Fukizawa Mizuki;Miyoshi Yoshizumi;Hosokawa Keisuke;Tsuchiya Fuminori;Katoh Yuto;Ogawa Yasunobu;Asamura Kazushi;Saito Shinji;Spence Harlan;Johnson Arlo;Oyama Shin'ichiro;Br?ndstr?m Urban;TSUJI Takeshi
• 通讯作者: TSUJI Takeshi

High Fluid-Pressure Patches Beneath the Decollement: A Potential Source of Slow Earthquakes in the Nankai Trough off Cape Muroto

滑脱下方的高流体压力斑块：室户岬附近南海海槽慢地震的潜在来源

• DOI: 10.1029/2021jb021831
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Solid Earth
• 作者: T. Hirose;Y. Hamada;W. Tanikawa;N. Kamiya;Y. Yamamoto;T. Tsuji;M. Kinoshita;V. B. Heuer;F. Inagaki;Y. Morono;Y. Kubo
• 通讯作者: Y. Kubo

Sound speed of thermohaline fine structure in the Kuroshio Current inferred from automatic sound speed analysis

• DOI: 10.1080/08123985.2020.1736548
• 发表时间: 2020-03
• 期刊: Exploration Geophysics
• 影响因子: 0.9
• 作者: Chanmaly Chhun;T. Tsuji

月面着陸地点近傍の地下構造探査に向けた取り組み

月球着陆点附近地下结构勘探的努力

• 发表时间: 2022
• 作者: 辻健;Ahmad Bahaa Ahmad;川村太一;新谷昌人;田中智
• 通讯作者: 田中智