重力勾配移動観測と複数台同時観測技術の開発

重力梯度移动观测及多重同时观测技术发展

• 批准号: 18K04653
• 负责人: 潮見 幸江
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K04653/
• 关键词: 地下探査; 移動観測; マッピング; 重力勾配; 干渉計; 火山; 山体斜面; 道路陥没; 地下構造; 重力勾配観測; 自由落下; マイケルソン干渉計; 投げ上げ法

地下構造の時間変動を詳細に把握することが可能であれば、地震や火山、土砂災害や道路陥没などの災害をより正確に予測できると考えられる。しかし従来の観測手法では振動ノイズや電磁ノイズ、地中の水分・塩分含有量の影響等により、都市部や沿岸域での高精度観測が困難である。本研究では、これらの問題点を解決する手法として干渉計型重力勾配実地観測を検討している。本重力勾配計は、2つの落下体を真空槽内で同時に投げ上げ、落下加速度の差をマイケルソン干渉計で測定する。自由落下加速度の差を直接測定することで、2つの落下体に共通する振動ノイズを相殺することができ、振動ノイズの影響を大幅に削減した観測が原理的に可能となる。また本装置の測定値は原理的に重力以外の影響を受けないため、次のような観測上の利点がある：（１）地形や地質構造には依存しないため、形状の複雑な沿岸域や山体斜面でも良い精度で観測を行うことができる、（２）塩分や水分の影響を受けることもないため、海岸域でも良い精度で観測を行うことができる、（３）地面振動の影響を受けにくく、火山活動の活発な地域や都市部、沿岸域でも高精度観測が可能である。このことから、沿岸域や山体斜面、市街地、移動体上においても装置本来の精度を活かした観測が可能となる。また独自の投げ上げ法を用いることで小型化も可能な構造となっている。重力勾配値は距離の3乗に反比例するため観測できる範囲は限定されるが、観測対象地区に複数台設置して同時観測を行うことで、地下の局域的な物質分布の変動を面的に捉えることができる。本研究では複数台同時観測技術と本装置の可搬性を活かした移動観測技術の確立を目指し、移動プラットフォームの開発や光学系の小型化開発等に取り組んできた。本年度は、これまでの結果を踏まえ、火山地など人手の少ない遠隔地でも安全に移動観測を行うことができる移動台車の考案を行った。

如果能够详细了解地下结构随时间的变化，相信可以更准确地预测地震、火山、山体滑坡、道路塌陷等灾害。然而，由于振动噪声、电磁噪声以及地下水分和盐分含量的影响，常规观测方法难以在城市和沿海地区进行高精度观测。在本研究中，我们正在考虑将干涉仪式重力梯度场观测作为解决这些问题的方法。该重力梯度计同时将两个下落物体放入真空室中，并使用迈克尔逊干涉仪测量下落加速度的差异。通过直接测量自由落体加速度的差异，可以抵消两个下落物体共有的振动噪声，从而原则上可以进行大大降低振动噪声影响的观测。另外，该装置的测量值原则上不受重力以外任何因素的影响，因此具有以下观测优点：（1）不依赖于地形或地质结构，因此可以在沿海地区使用（2）不受盐分或水分的影响，即使在沿海地区也能进行高精度观测。（3）不受地面振动的影响。即使在火山活动活跃的地区、城市地区和沿海地区也能进行观测。这使得可以在沿海地区、山坡、城市地区和移动物体上进行观测，充分利用设备固有的精度。该结构还可以通过使用独特的投掷方法实现小型化。由于重力梯度值与距离的三次方成反比，因此可观测的范围受到限制，但通过在观测目标区域安装多个单元并同时进行观测，可以检测重力梯度局部分布的变化。可以捕获地下的材料。在这项研究中，我们一直致力于移动平台的开发和光学系统的小型化，旨在建立一种利用多个单元同时观察技术和该设备的便携性的移动观察技术。今年，根据目前取得的成果，我们设计了一种移动台车，即使在火山地区等人烟稀少的偏远地区也能安全地进行移动观测。

项目成果

可搬型重力勾配計の光学系の開発と性能試験

便携式重力梯度仪光学系统研制及性能测试

• 发表时间: 2019
• 作者: 渡邉駿介; 潮見幸江; 彦坂太一; 山本竜典; 佐々木大; 知久拓希; XUE Kailun; 山田功
• 通讯作者: 山田功

Measurement of the centres of mass of test masses for free-fall interferometry

自由落体干涉测量测试质量中心的测量

• 发表时间: 2018
• 作者: S. Shiomi

Reducing acceleration disturbance in a free-fall interferometer by adjusting the location of the center of mass of its optical table

通过调整光学平台质心位置来减少自由落体干涉仪中的加速度扰动

• 发表时间: 2018
• 作者: S. Watanabe; S. Shiomi; T. Hikosaka; K. Xue; T. Yamamoto; Y. Matsuda;K. Yamada
• 通讯作者: K. Yamada

Test Mass Verification for Free Fall Interferometers

自由落体干涉仪的测试质量验证

• 发表时间: 2020
• 作者: Sachie Shiomi; Shunsuke Watanabe; Taichi Hikosaka; Tatsunori Yamamoto; Hiroki Chiku; Masaru Sasaki;Kou Yamada
• 通讯作者: Kou Yamada

Reducing acceleration disturbance in a free-fall interferometer by adjusting the location of the center of mass of its optical table

通过调整光学平台质心位置来减少自由落体干涉仪中的加速度扰动

• 发表时间: 2018
• 作者: 2.S. Watanabe; S. Shiomi; T. Hikosaka; K. Xue; T. Yamamoto; Y. Matsuda;K. Yamada
• 通讯作者: K. Yamada