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応用地球物理学

21世紀を支えるエネルギー資源の開発、地下空間の有効利用や地球環境の保全といった地殻に関する諸問題の解決には、「地下を見る目」、「地下を探る手」を持った「地下を診るドクター」の存在が必要不可欠です。

本研究室では、波動や電流、電磁気などの物理現象を用いて地下の状態を非破壊かつ遠隔的に探査する物理探査と、この技術を利用する地盤・岩盤の原位置評価に関する教育と研究をおこなっています。物理探査学は地球物理学だけではなく、地質学、資源工学、電気電子工学その他、理学・工学の各分野と密接な関係を有する学際的学問で、地下に関する情報工学的色彩が強い分野です。

教員

三ケ田 均 ( Hitoshi MIKADA )

三ケ田 均教授(工学研究科)

研究テーマ

科学的な目標として,地震発生や火山噴火のメカニズムに関わる地下構造の解明を目指しています。その手法として,弾性波の散乱や減衰現象,これまで探査 が困難とされてきた地域への弾性波探査法の適用、単孔井イメージング等の手法の適用,そして弾性波探査と電磁気学的探査結果の統合化の推進,そしてラド ン変換や平面波分解法などの信号処理方法の研究開発を推進しています。

連絡先

桂キャンパス C1棟 1階112号室
TEL: 075-383-3196
FAX: 075-383-3198
E-mail: mikada@gakushikai.jp
http://tansa.kumst.kyoto-u.ac.jp/tansa/people/mikada/

武川 順一 ( Junichi TAKEKAWA )

武川 順一助教(工学研究科)

研究テーマ

資源・エネルギー開発,地震防災,地球環境の保全といった地殻に関する様々な問題の解決には,地殻を構成する物質である岩石の力学的・工学的性質の把握が重要な課題となります。岩石の力学的・工学的性質は微視的な亀裂の存在に大きく依存するとの視点から,地殻を伝播する弾性波動やそれに伴って生じる破壊現象,また,岩石の破壊現象やそれに伴って生じる流体流動に関して,数値解析的なアプローチで取り組んでいます。また,これに伴う様々な数値解析手法の開発・適用性の検討などにも取り組んでいます。

連絡先

桂キャンパス C1棟 1階111号室
TEL: 075-383-3197
FAX: 075-383-3198
E-mail: takekawa@tansa.kumst.kyoto-u.ac.jp

研究テーマ・開発紹介

社会基盤と地盤環境の整備のための物理探査による地下浅部調査

地下はまさに「一寸先は闇」。人間活動の及ぶごく浅部であっても、その先の地盤や岩盤の地質や物理的性質を知ることは非常に難しい問題です。また、地質構造だけでなく地下水や汚染物質の地中での広がりを地表から3次元的に把握できる手法は物理探査だけです。

当研究室は、このような社会基盤および地盤環境の整備のために不可欠な地下浅部調査への物理探査技術の適用例として、

  • 弾性波を用いたトンネル切羽前方の探査
  • S波浅層反射法による河川堤防の堤体内部の空洞調査
  • 地中レーダを用いた既設管の検知とその材質の予測
  • 物理探査技術を用いた地盤改良工法や環境浄化工法のモニタリング

などの研究を実施しています。

図-1は弾性波を用いたトンネル切羽前方探査の適用例です。トンネル前方に2箇所の弾性波の反射面が現れています。これにより、掘削の進行に先立って、地質構造の急変部の位置や方向および傾斜、物性変化を予測することが可能になりました。

トンネル切羽前方探査の結果得られた地質構造の急変部のイメージ
図-1 トンネル切羽前方探査の結果得られた地質構造の急変部のイメージ
(a) 概念図 (b) 3次元イメージングの結果 (c) 推定した地質変化面

新しいエネルギー資源の探査および開発のための地下深部調査

21世紀の産業発展を支えてきたものは石油・天然ガスといった化石燃料であると言っても過言ではありません。地下数千メートルもの深度に存在するこれらのエネルギー源の探査・開発に物理探査技術は不可欠です。3次元地震探査反射法技術により断層、褶曲などの複雑な地下構造を3次元的に可視化し、過去の堆積環境を把握して、地史を完全に復元することが可能になっています。

また、新しいエネルギー資源の探査開発のために、以下のようなターゲットに対して物理探査技術を適用する研究をおこなっています。

  • 海底および永久凍土層下Mに存在するメタン
  • ハイドレートの探査と生産のモニタリング
  • オイルサンドの水蒸気圧入回収法のモニタリング
  • CO2ガスの炭層固定と炭層からのメタンガスの回収・生産のモニタリング

図-2は3次元地震探査反射法によって得られた地下構造のデータ・ボリュームです。任意の断面を抽出したり、物性値を計算したりすることが可能です。

3次元地震探査反射法によって得られた地下構造データ・ボリュームの図
図-2 3次元地震探査反射法によって得られた地下構造データ・ボリューム

高分解能な地下情報可視化技術(ジオトモグラフィ)とその応用

医学の分野ではX線CTやMRIといった技術により人体を切断せずに人体の断面図や立体画像を得ることができます。それと同様の考え方を地下探査に応用した技術がジオトモグラフィです。探査対象を取り囲むように配置したセンサーによってデータを取得し、コンピュータ処理をおこなうことによって媒質内部を伝播する弾性波の速度分布やエネルギーの減衰特性分布、比抵抗分布などをカラー・イメージ表示することができます。さらに3次元分布を表示することも可能になっています。

本研究室ではこの技術の基礎研究からプログラム開発、さらには以下のような実問題への応用を研究しています。

  • 波形インバージョン手法による破砕帯の高分解能イメージング
  • 比抵抗トモグラフィによる環境浄化工法の効果のモニタリング
  • 3次元弾性波トモグラフィによるダム計画現場の破砕帯の3次元分布の把握

図-3は3次元弾性波トモグラフィによって得られた地下の3次元的な速度分布です。上図は4本のボーリング孔を用いて得られたボーリング孔間の速度分布で、下図は別の現場の岩盤内の破砕帯の3次元分布を示したものです。

3次元弾性波トモグラフィによって得られた地下の3次元的な速度分布
図-3 3次元弾性波トモグラフィによって得られた地下の3次元的な速度分布

研究室ウェブサイト

http://tansa.kumst.kyoto-u.ac.jp/