2025/05/01 更新

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イシズ ケイイチ
石須 慶一
ISHIZU KEIICHI
所属
工学研究院 地球資源システム工学部門 助教
職名
助教

研究分野

  • エネルギー / 地球資源工学、エネルギー学

学位

  • 博士(工学) ( 2020年3月 )

経歴

  • 九州大学 大学院工学研究院 助教 

    2024年12月 - 現在

  • 兵庫県立大学 大学院 理学研究科 助教 

    2022年4月 - 2024年12月

  • 国立研究開発法人海洋研究開発機構  招聘研究員 

    2022年4月 - 2024年11月

  • 国立研究開発法人海洋研究開発機構 海洋機能利用部門 臨時研究補助員 

    2021年10月 - 2022年3月

  • 東京工業大学 理学院 研究員 

    2020年4月 - 2022年3月

学歴

  • 京都大学    

    2017年4月 - 2020年3月

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 電磁探査

    研究キーワード: 電磁探査

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ: 逆解析

    研究キーワード: 逆解析

    研究期間: 2024年

  • 研究テーマ: 比抵抗

    研究キーワード: 比抵抗

    研究期間: 2024年

受賞

  • Top Downloaded Article

    2024年3月   AGU   Estimation of Spatial Distribution and Fluid Fraction of a Potential Supercritical Geothermal Reservoir by Magnetotelluric Data: A Case Study From Yuzawa Geothermal Field, NE Japan

論文

  • Inversion algorithm determining sharp boundaries in electrical resistivity tomography 査読

    Ishizu K., Goto T.N., Fukahata Y., Koike K., Vachiratienchai C., Siripunvaraporn W.

    GEOPHYSICS   90 ( 3 )   1 - 46   2025年2月   ISSN:0016-8033 eISSN:1942-2156

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Geophysics  

    Blurred resistivity boundaries resulting from smoothness-regularized inversions of electrical resistivity tomography (ERT) data can lead to inaccurate interpretations of sharp boundary structures. To address this issue, various ERT inversion algorithms have introduced localized adjustments (localized discontinuities) in the regularization operator at positions where sharp boundaries are anticipated. Current approaches rely on prior information about sharp boundary locations, obtained from complementary geophysical, geologic, and drilling data, to determine the positions and weights for these regularization adjustments. However, such prior information is frequently insufficient, limiting the application of localized regularization adjustments. Accordingly, we develop a sharp boundary inversion (SBI) algorithm using the Akaike Bayesian information criterion (ABIC) that determines the optimal positions and weights for localized regularization adjustments by testing various configurations and selecting the one that minimizes ABIC. A synthetic modeling study demonstrates that the SBI algorithm correctly delineated the sharp boundaries of a conductor. Its application to field data demonstrates that it delineated the sharp boundaries of a utility tunnel, and the size and horizontal position of the recovered tunnel were consistent with the estimated dimensions from the blueprint. As it does not rely heavily on prior information, the SBI algorithm can be applied to a wide range of geophysical survey data, even when prior knowledge of sharp boundary locations is limited.

    DOI: 10.1190/geo2024-0385.1

    Scopus

    リポジトリ公開URL: https://hdl.handle.net/2324/7347409

  • Controlled-source electromagnetic survey in a volcanic area: relationship between stacking time and signal-to-noise ratio and comparison with magnetotelluric data 査読

    Ishizu, K; Ogawa, Y; Tseng, KH; Kunitomo, T; Kitaoka, N; Caldwell, G; Minami, T; Serita, S; Ichihara, H; Bertrand, EA; Heise, W

    GEOPHYSICAL JOURNAL INTERNATIONAL   240 ( 2 )   1107 - 1121   2024年12月   ISSN:0956-540X eISSN:1365-246X

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    SUMMARY

    Although controlled-source electromagnetic (CSEM) methods have higher sensitivity to thin resistive bodies than the magnetotelluric (MT) method, their delineation by the inversion requires CSEM data with high signal-to-noise ratio (SNR). This study aims to enhance the SNR of CSEM data by increasing the number of stacks. To efficiently stack long-term data, we use an EM-accurately controlled, routinely operated signal system (ACROSS), which can transmit accurately controlled waveforms by synchronizing the transmitting waveforms with a 10 MHz Global Positioning System signal. We conducted a CSEM survey using the EM-ACROSS in the Kusatsu-Shirane Volcano to demonstrate that the SNR can be improved by extensive observation data and the CSEM inversion can delineate hydrothermal systems, including resistive bodies of vapour-rich reservoirs. Our EM-ACROSS simultaneously transmitted waveforms from two dipoles during a 192-h of the survey; five-component receivers located 4–6 km away from the transmitter captured EM-ACROSS signals ranging between 146 and 192 h. By stacking extensive observation data using a weighted method, the CSEM responses show minimal error levels, with standard errors <2 per cent for most frequencies. The SNR roughly followed the square root of the stacking times. 3-D inversion of the collected CSEM data delineated a relatively resistive body, interpreted as a vapour-dominated reservoir below a cap-rock layer, while the MT inversion failed to recover the same. This highlights the ability of an EM-ACROSS-based CSEM survey to delineate hydrothermal systems including vapour-dominated reservoirs, and provides a compelling rationale for establishing CSEM as a standard methodology in hydrothermal imaging. Furthermore, this study suggests that the enhanced imaging capabilities of CSEM data can be further improved when integrated with MT data.

    DOI: 10.1093/gji/ggae431

    Web of Science

    その他リンク: https://academic.oup.com/gji/article-pdf/240/2/1107/60941170/ggae431.pdf

  • Electrical resistivity tomography combined with seismic data estimates heterogeneous distribution of near-seafloor concentrated gas hydrates within gas chimneys 査読

    Keiichi Ishizu, Ayako Oda, Tada-nori Goto, Takafumi Kasaya, Toshiki Watanabe, Hideaki Machiyama

    Scientific Reports   14 ( 1 )   2024年7月   eISSN:2045-2322

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    Near-seafloor concentrated gas hydrates (GHs) containing large amounts of methane have been identified at various gas chimney sites. Although understanding the spatial distribution of GHs is fundamental for assessing their dissociation impact on aggravating global warming and resource potential, the spatial distribution of GHs within gas chimneys remains unclear. Here, we estimate the subseafloor distribution of GHs at a gas chimney site in the Japan Sea using marine electrical resistivity tomography data. The resulting two-dimensional subseafloor resistivity structure shows high anomalies (10–100 Ωm) within seismically inferred gas chimneys. As the resistivity anomalies are aligned with high amplitude seismic reflections and core positions recovering GHs, we interpret the resistivity anomalies are near-seafloor concentrated GH deposits. We also detect various distribution patterns of the high resistivity anomalies including 100-m wide and 40-m thick anomaly near the seafloor and 500-m wide anomaly buried 50 m below the seafloor, suggesting that GHs are heterogeneously distributed. Therefore, considering such heterogeneous GH distribution within gas chimneys is critical for in-depth assessments of GH environmental impacts and energy resources.

    DOI: 10.1038/s41598-024-65817-4

    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41598-024-65817-4

  • A marine controlled-source electromagnetic application using towed and seafloor-based receivers capable of mapping seafloor and embedded massive sulfides 査読

    Keiichi Ishizu, Takafumi Kasaya, Tada-Nori Goto, Katsuaki Koike, Weerachai Siripunvaraporn, Hisanori Iwamoto, Yoshifumi Kawada, Jun-Ichiro Ishibashi

    Geophysics   89 ( 3 )   E87 - E99   2024年4月   ISSN:0016-8033 eISSN:1942-2156

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Society of Exploration Geophysicists  

    Deep-sea massive sulfide deposits formed by hydrothermal fluid circulation are potential metal resources. They can exist not only as mound manifestations on the seafloor (seafloor massive sulfides) but also as embedded anomalies buried beneath the seafloor (embedded massive sulfides). The distribution of embedded massive sulfides is largely unknown, despite their expected high economic value. Recent drilling surveys have revealed a complex model suggesting embedded massive sulfides coexist beneath seafloor massive sulfides. In the coexisting case, geophysical methods are required to distinguish and map seafloor and embedded massive sulfides for accurate resource estimation. Marine controlled-source electromagnetic (CSEM) methods are useful for mapping massive sulfides because they exhibit higher electrical conductivity compared with the surrounding host rock. However, CSEM applications capable of distinguishing and mapping the massive sulfides are lacking. We use a towed electric dipole transmitter with two types of receivers: stationary ocean-bottom electric (OBE) and short-offset towed receivers. This combination uses differences in sensitivity: the towed receiver data are sensitive to seafloor massive sulfides, and the stationary OBE receiver data are sensitive to embedded massive sulfides. Our synthetic data example demonstrates that the combined inversion of towed and OBE data can recover resistivities and positions of the massive sulfides more accurately than existing inversion methods using individual applications. We perform the combined inversion of measured CSEM data obtained from the middle Okinawa Trough. The inversion models demonstrate that a combined inversion can map the location and shape of embedded massive sulfides identified during drilling more accurately than the inversion of individual data sets.

    DOI: 10.1190/geo2023-0389.1

    リポジトリ公開URL: https://hdl.handle.net/2324/7344022

  • A cost-effective three-dimensional marine controlled-source electromagnetic survey: Exploring seafloor massive sulfides 査読

    Keiichi Ishizu, Weerachai Siripunvaraporn, Tada-nori Goto, Katsuaki Koike, Takafumi Kasaya, Hisanori Iwamoto

    Geophysics   87 ( 4 )   E219 - E241   2022年7月   ISSN:0016-8033 eISSN:1942-2156

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Society of Exploration Geophysicists  

    A 3D marine controlled-source electromagnetic (CSEM) survey for mapping hydrocarbons uses dozens of ocean-bottom electric (OBE) receivers deployed in a grid pattern and several transmitter towlines. This study considers seafloor massive sulfides (SMS) exploration, and the horizontal survey scale of SMS is a few kilometers, which is small compared with hydrocarbon surveys of tens of kilometers. If we apply a 3D CSEM survey using a receiver deployment on grids to map SMS, high survey costs will be incurred despite the small survey size. We have developed a cost-effective 3D marine CSEM survey that uses fewer receivers than the survey with a receiver deployment on grids to reduce survey costs for SMS. This CSEM survey uses a line of OBE receivers in the center of the survey area and several transmitter towlines. Numerical tests demonstrate that our survey (seven OBE receivers) using 80% fewer receivers than the survey with a receiver deployment on grids (35 OBE receivers) is able to accurately map SMS, obtaining a performance similar to that of the receiver deployment on grids. Then, we explore SMS in the Ieyama hydrothermal area off Okinawa, southwest Japan, using our 3D CSEM survey with a line of six OBE receivers and three transmitter towlines. The resulting 3D resistivity distribution from the observed data highlights three potential SMS zones consisting of 0.2 ohm-m low resistivity embedded into 1 ohm-m sediment.

    DOI: 10.1190/geo2021-0328.1

    Scopus

    リポジトリ公開URL: https://hdl.handle.net/2324/7344000

  • Estimation of Spatial Distribution and Fluid Fraction of a Potential Supercritical Geothermal Reservoir by Magnetotelluric Data: A Case Study From Yuzawa Geothermal Field, NE Japan 査読

    Keiichi Ishizu and Yasuo Ogawa and Keishi Nunohara and Noriyoshi Tsuchiya and Masahiro Ichiki and Hideaki Hase and Wataru Kanda and Shinya Sakanaka and Yoshimori Honkura and Yuta Hino and Kaori Seki and Kuo Hsuan Tseng and Yusuke Yamaya and Toru Mogi

    Journal of Geophysical Research: Solid Earth   127 ( 2 )   2022年2月   ISSN:2169-9313 eISSN:2169-9356

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Geophysical Union ({AGU})  

    添付ファイル: JGR Solid Earth - 2022 - Ishizu - Estimation of Spatial Distribution and Fluid Fraction of a Potential Supercritical.pdf

    DOI: 10.1029/2021JB022911

    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1029/2021JB022911

  • Offshore-onshore resistivity imaging of freshwater using a controlled-source electromagnetic method: A feasibility study

    Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa

    Geophysics   2021年11月

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    担当区分:筆頭著者  

    DOI: 10.1190/geo2020-0906.1

    リポジトリ公開URL: https://hdl.handle.net/2324/7344024

  • Ability of the magnetotelluric method to image a deep conductor: Exploration of a supercritical geothermal system

    Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa, Toru Mogi, Yusuke Yamaya, Toshihiro Uchida

    2021年7月

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講演・口頭発表等

  • 3D inversion of onshore controlled source electromagnetic data in the Kusatsu-Shirane Volcano

    Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa, Kuo Hsuan Tseng, Takahiro Kunitomo, Norihiro Kitaoka, Grant Caldwell, Takuto Minami, Sohei Serita, Hiroshi Ichihara, Ted Bertrand, Wiebke Heise

    3DEM7  2023年11月 

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • MT法による鬼首地域の超臨界地熱貯留層の調査

    石須慶一, 小川康雄, 吹野浩美, 市來雅啓

    日本地熱学会令和4年学術講演会  2022年11月 

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    開催年月日: 2022年11月

    会議種別:ポスター発表  

  • 電気・電磁探査による海底熱水鉱床の分布調査 招待

    石須慶一

    海底資源探査分野・若手研究者シンポジウム  2022年8月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • 海底電気探査による日本海東縁部の表層型ガスハイドレート分布の可視化

    小田彩湖, 石須慶一, 後藤忠徳, 笠谷貴史

    物理探査学会第148回学術講演会  2023年5月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • 海底設置型および曳航型受信機で得られたCSEMデータ統合による海底熱水鉱床イメージング

    石須慶一, 笠谷貴史, 後藤忠徳, 小池克明, シリポンバラポンウィラシャイ, 岩本久則, 川田佳史

    2022年度CA研究会  2022年12月 

  • 曳航・海底受信機で測定されたCSEM データの統合逆解析による 海底熱水鉱床の比抵抗イメージング向上

    石須慶一, 笠谷貴史, 後藤忠徳, 小池克明, シリポンバラポンウィラシャイ, 岩本久則

    第33回日本情報地質学会講演会  2022年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

  • 地下比抵抗構造の逆解析法とその事例

    石須慶一

    地球電磁気・地球惑星圏学会「地磁気誘導電流(GIC)分科会」  2023年3月 

  • マウンド型・埋没型鉱床の両方をマッピング可能な海洋電磁探査法の開発

    石須慶一, 笠谷貴史, 後藤忠徳, 小池克明, Weerachai Siripunvaraporn, 岩本久則, 川田 佳史, 石橋 純一郎

    GEOINFORUM-2023  2023年6月 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  • Three-dimensional resistivity imaging of supercritical geothermal reservoir in Onikobe area, Japan

    Keiichi Ishizu, Yasuo Ogawa, Hiromi Fukino, Masahiro Ichiki

    Water-Rock Interaction(WRI-17)  2023年8月 

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    記述言語:英語  

  • Resistivity imaging of coastal freshwater: A feasibility study

    Keiichi Ishizu, Ogawa Yasuo

    International Workshop on Offshore Freshened Groundwater Research  2022年6月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

  • MT法による超臨界地熱貯留層の調査

    石須 慶一, 小川 康雄, 布原 啓史, 土屋 範芳, 市來 雅啓, 長谷 英彰, 神田 径, 坂中 伸也, 本蔵 義守, 日野 裕太, 関 香織, Tseng Kuo, 山谷 祐介, 茂木 透

    Japan Geoscience Union Meeting 2022  2022年5月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

  • Effective towed receiver offsets for controlled-source electromagnetic survey for imaging both seafloor and embedded massive sulfides, Japan

    Ishizu, K., Kasaya, T., Goto, T. N., Koike, K., Siripunvaraporn, W., Iwamoto, H., Ishibashi, J. I.

    EMIW 2024  2024年9月 

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    会議種別:ポスター発表  

  • Controlled-source electromagnetic survey for investigating Kusatsu-Shirane volcano, Japan

    Ishizu, K., Ogawa, Y., Kitaoka, N., Tseng, K.H., Serita, S., Minami, T., Ichihara, H., Kunitomo, T., Caldwell, G., Bertrand, E.A., Heise

    EMIW 2024  2024年9月 

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    会議種別:ポスター発表  

  • Application of EM-ACROSS to investigate underground structures of the Kusatsu-Shirane Volcano, Japan

    石須 慶一, 小川 康雄, Tseng Kuo Hsua, 芹田 創平, 國友 孝洋, 南 拓人, 市原 寛, Caldwell Grant, Heise Wiebke, Bertrand Ted

    Japan Geoscience Union Meeting 2023  2023年5月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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所属学協会

  • 物理探査学会

  • 地球電磁気・地球惑星圏学会

  • 地熱学会

  • SEG

  • JPGU

  • AGU

  • 資源素材学会

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委員歴

  • 資源・素材学会   探査工学部門委員会  

    2024年4月 - 現在   

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    団体区分:学協会

  • 物理探査学会   論文業績賞審査会  

    2023年11月 - 現在   

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    団体区分:学協会

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • シャープな比抵抗境界を再現可能な電磁探査逆解析法の開発

    研究課題/領域番号:25K17491  2025年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    石須 慶一

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    資金種別:科研費

  • 地表および空中電磁探査による予測困難な水蒸気噴火の切迫度評価

    研究課題/領域番号:23K17803  2023年6月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    小川 康雄, 石須 慶一, 寺田 暁彦

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    資金種別:科研費

    水蒸気爆発は規模の小さな現象ではあるが、その切迫度を予測することが困難である。本研究では比抵抗に注目し、人工的な電流源を用いた電磁探査により、水蒸気層を高比抵抗体として、直接検出することを目指す。実際には、人工電磁探査システムを草津白根火山の火口近傍に展開し、水蒸気層のモニタリングを行う。さらに、受信装置としてドローンを活用し、広い範囲の水蒸気層をマッピングするシステムを構築する。地上及び空中での電磁測定によって、水蒸気層の分布とその時間変動とを捉えることで、水蒸気噴火の切迫度を捉え、社会に発信することを目指す。
    火山の浅部で発生する水蒸気噴火は、規模が小さい現象であるが、その切迫度を予知することが困難である。本研究では、水蒸気を高比抵抗体として人工電磁探査で直接検出しモニターすることを目指す。人工電磁探査システムを水蒸気噴火で知られる草津白根火山の湯釜火口近傍に展開した。送信源は、湯釜火口の5km南方の地点に南北0.5km東西1km長の電流ダイポールである。送信信号は、ほぼ対数等間隔になるような離散的な8周波数からなるサイン波を合成している。自然電磁場のノイズの周波数依存性を考慮して、送信する周波数ごとの振幅は低周波数に向けて大きくなるようにした。南北及び東西の送信ダイポールの周波数セットは、僅かに異なりそれぞれ0.2Hz~46.1 Hz, 0.3~46.3Hzの周波数範囲で送信とした。波形は10秒繰り返しとし、8日間繰り返し送信した。信号波形はGPSに同期して制御され、送信した全周波数について、8日間で0.1度以内の精度で保たれた。受信機での電磁場の時系列から、送信信号に対応する電磁応答を求めるために、重み付きスタッキングを実施することによって、ノイズレベルの高い時間窓の寄与を低くすることができた。全観測点、全周波数について、誤差2%以下の応答関数を取得できた。ついで、3次元比抵抗構造解析コードを開発し、これらの観測データを解析し、湯釜火口周辺の比抵抗構造を求めることができた。
    さらに、広い範囲の水蒸気層を迅速にマッピングすることを目指して、ドローンによる観測システムの開発を進めた。ドローンに搭載する軽量の鉛直成分コイルを自作し、テスト測定を進めている。
    草津白根山における人工電磁探査は順調に進行している。計測システムおよび、データ処理プログラム、3次元構造解析プログラムが完成し、水蒸気噴火をする火山の精密観測、精密モデリングが可能となった。また、空中探査のためのドローンに搭載する磁気センサーと記録システムについても、フィールドテストが進んだ。
    草津白根山における人工電磁探査について、繰り返し観測を行い、高精度データを通じて、3次元比抵抗構造の時間変動を捉えるためのインバージョンモデル計算を高度化する。
    空中探査のためのドローンに搭載する磁気センサーと記録システムについては、機器の軽量化を図り、草津白根火山での実用観測を目指す。

  • 水蒸気噴火発生の危険性がある地下発見のためのドローン空中電磁探査法開発

    研究課題/領域番号:22K14104  2022年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    石須 慶一

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    資金種別:科研費

    水蒸気噴火の発生場予知には,火山地下の熱水・粘土層・熱源の空間分布およびその空間分布の時間変化を把握する必要がある。火山地下を調査する手法として,電磁探査が広く用いられている。火山地域にはアクセスが難しく人間が受信機を設置できない場所が多く存在するため,アクセスの影響を受けない空中電磁探査法が火山調査に有効である。しかし,既存の空中電磁探査はヘリコプターを用いるため高コストである。そこで,本研究は,受信機にドローンを用いる新たな空中電磁探査法を開発し,低コスト・高解像度で火山地下をマッピングできる技術を確立する。
    火山地域の地下比抵抗構造を推定するためにドローンを用いた電磁探査システムを開発している。このドローン電磁探査システムは、人間のアクセスが難しい所をカバーできるところに利点がある。この特徴のため、人間が受信機を設置する電磁探査に比べて、低コスト・高解像度で火山地下をマッピングできる探査手法となる可能性がある。
    本年度の研究実績を以下にまとめる。
    (1)ドローン搭載用受信機の作成:昨年度に引き続き、ドローンに搭載するための受信機を自作した。この受信機は、コイルを用い、空中で鉛直方向磁場成分を1000Hzまたは10000Hzで測定することを目標としている。コイルの大きさは、直径90cmとした。コイル線は、40芯のフラットケーブルを加工し用いた。この電線の末端をデータロガーに繋ぐことで、電位差データを記録し、この電位差データをキャリブレーションすることで磁束密度に変換する。このコイル受信機をドローンに搭載し飛行する実験を実際に河川敷で行った。実験で計測したデータは、60Hzの電源周波数の信号を明確に捉えており、磁場信号を計測可能なことを実証した。この計測結果は、今後予定している人工電流シグナルを受信できる可能性が高いことを示唆している。加えて、約10mのコイルとドローンを結ぶケーブルをドローンから約7mの地点で束ねることで支点を作成することで、ドローン飛行中に受信コイルの姿勢を安定に保つことが可能となった。
    (2)送信機の整備:草津白根山から数km離れた石津鉱山跡地に設置してある人工電流送信機のメンテナンスを行った。こちらの送信機は、ドローン空中電磁探査に用いることができる。
    ドローンに搭載する受信機の開発を大部分進めることできた。加えて、ドローン飛行の実験を重ねることで、ドローン飛行中に受信コイルの姿勢を安定させることが可能になった。送信機に関しても整備を進めることできた。一方で、草津白根山への本ドローン電磁探査を適用できておらず、この点で計画より進捗が遅れている。
    開発してきたドローン搭載用の受信機を改善させ、改善させた受信機をドローンに搭載して草津白根山へ適用予定である。草津白根山では、電流送信機がすでに設置されており、本送信機から電流を流す。ドローン受信機を本送信機近傍1kmの範囲において飛行させることで、高い空間解像度でデータを取得予定である。取得されたデータを処理し、ノイズを含むデータから信号を抽出する手法も必要である。このようなデータ処理手法を今後検討し適用する予定である。ドローン受信機で取得されたデータを最終的に逆解析することで、アクセスの問題により調査が困難であった火山地域での地下比抵抗構造の推定を目指し、この比抵抗構造から水蒸気噴火のリスクが高い場所を特定する。

  • 水蒸気噴火予知にむけた精密周波数コム電磁モニタリング技術の国際共同研究

    研究課題/領域番号:21KK0081  2021年10月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    小川 康雄, 石須 慶一, 南 拓人

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    資金種別:科研費

    水蒸気噴火のトリガーとなる地下の熱水やガスの分布とその変動を捉えることは、既存の地震学的・測地学的な地球物理観測では困難である。一方、比抵抗は熱水やガスの分布に敏感な物理量であるため、電磁場でリモートセンシングすることによって、地下の熱水やガスの分布の時間変動を検知することができる。本研究では、高精度に制御された人工的な周波数コム電磁信号源を用いて、火山体を精密にモニタリングするシステムを用いて、ニュージーランド国ワイマング地熱地域のインフェルノ火口湖において、ニュージーランドの研究者と共同して観測を行い、その熱水系の時間変動を精密に捉える観測を実施する。
    昨年度末に送信および受信装置の設置が完成し、インフェルノ火口湖のモニタリング観測を開始した。送信源は、1km程度離れた牧場に設置し、東西300m、南北250mの2系統の電流ダイポールからなり、このダイポールにGPSで精密に制御された20秒繰り返しの信号の発信を4Appで、停電のために7ヶ月で1回だけ送信を中断したが、そのほかは連続的に送信した。南北ダイポールの送信波形は、0.85Hzから322Hzまで対数等間隔に並ぶ10周波数からなるサイン波の合成である。東西ダイポールからは、南北ダイポールの周波数を0.1Hzずらした10周波数からなるサイン波の合成である。
    10ヶ所の受信機では、水平電場2成分を7カ月に渡り、サンプリング周波数2400Hzで、データを取得した。2つのダイポールの信号は同時に発信されるが、周波数がわずかに異なるために、受信機の電場データとしては、分離して観測される。大地の電磁応答としてはこの0.1Hzの違いは無視できるので、結果として2成分の送信信号を同時に受信し、テンソル応答関数を得ることに成功した。データ処理は1時間の時間窓を単位として行われ、S/Nが10~100に達する高品位な観測データが得られた。
    送信電流ダイポール2系統に対する、水平2成分の電場のテンソル応答関数が10ヶ所の電場受信点において、10周波数について、1時間ごとに得られた。電場信号の振幅は、観測点の地表付近の水分が降雨によって影響を受ける可能性が高いが、テンソル応答関数の実部と虚部を取り出して割り、位相テンソルを作成することでその影響を取り除ける。位相テンソルの時系列を作成し、火口湖の水位と水温と比較した。西端の観測点では、位相テンソルが、水温、水位と相関して変動していることが確認された。このことは、この観測手法が、蒸気熱水系のモニタリングに有益な観測方法となることがわかった。
    ニュージーランド側の共同研究者の多大な貢献によって、実験観測がスムーズに行われた、当初の目的であった火口湖の水位および水温と対応する電磁レスポンスを精密に、1時間の時間分解能で、7ヶ月に渡りほぼ連続に取得することに成功した。この手法が、熱水系の発達した火山のモニタリングに有効であることが示された。今後、この観測方法を、水蒸気噴火をする火山の監視観測に、実際に用いることができると期待される。
    観測データの取得および、データ処理によって電磁応答関数を、時間分解能1時間の精度で取得することができた。まずはこれまでの観測データをまとめ、投稿論文としてまとめる。
    ついで、観測データから地下の3次元比抵抗モデルを時間窓1時間の単位で解析し、その時間発展を、4次元トモグラフィーとして解明する。さらに、それを気液比に換算することによって、熱水系のダイナミクスを比抵抗構造からイメージ化する。

  • 人工電磁周波数コム信号による火山の精密モニタリングシステムの構築

    研究課題/領域番号:20H01992  2020年4月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    小川 康雄, 市原 寛, 南 拓人, 石須 慶一

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    資金種別:科研費

    火山の噴火予知研究では、地下のマグマや熱水系の分布を解明し、その時間的な変動を監視する観測が重要である。比抵抗はマグマや熱水や粘土鉱物の分布に敏感な物理量であり、地表での電磁波の観測から、地下の比抵抗分布やその時間変動を検知することができる。地下の比抵抗分布の時間的な変動を精密に監視するには、精密に制御された人工信号を利用する電磁場観測が必須である。本研究では、精密に制御された2系統の信号系列送信し、多数の受信機で常時取得することによって、革新的な精度で火山の3次元地下構造を常時モニターするシステムを開発する。草津白根火山でこの実証実験を行う。
    精密に制御された周波数コム信号を用いた電磁探査観測システムを構築し、その実証実験を草津白根火山で行った。火山の南麓に送信ダイポールを設置し、5km離れた山頂域に電磁受信機を配置した。送信源は、東西および南北方向の2つの電流ダイポールであり、周波数0.02Hzから4.6Hzの範囲で、対数等間隔になるような周波数列からなるサイン波を送信した。ファンクションジェネレータをGPS信号で同期することで、送信信号を長時間に渡って高精度で繰り返し送信できることが可能となった。また、受信信号から、微弱な繰り返し信号成分を取り出すために、ノイズの逆数を重みとして使用したスタッキング法が有効であることがわかった。
    火山噴火予測研究、特に水蒸気噴火の予測のために、流体や蒸気の分布に敏感な比抵抗構造をモニタリングすることは重要である。既存の自然信号を用いる方法では、不安定な信号強度や人工ノイズの混入によって常時モニター観測が困難であった。本研究では、精密に制御された信号を繰り返し送信することによって、小さなパワーの送信源でありながら、革新的な精度で電磁気観測が可能になることを示している。同時に複数の送信源から送信することも可能であり、受信信号からテンソル情報を引き出すことができることもメリットである。この観測手法は、火山活動モニタリングの新たな方法として、今後防災研究にも大きく貢献できる可能性がある。

担当授業科目

  • サステイナブル環境工学国際人材育成コース科目「防災」

  • 地球工学第一実験

  • 熱力学基礎

他大学・他機関等の客員・兼任・非常勤講師等

  • 2025年  兵庫県立大学 理学部  区分:非常勤講師 

    学期、曜日時限または期間:地学実験

メディア報道

  • 東工大など、超臨界地熱の分布可視化 発電利用拡大に期待 新聞・雑誌

    日刊工業新聞  日刊工業新聞  https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00629848?gnr_footer=0063895  2022年5月

  • 「超臨界水」の地熱、正確に特定 東京工業大と東北大 新聞・雑誌

    日本経済新聞  日本経済新聞  https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC1198L0R10C22A3000000/?n_cid=nbpds_top3  2022年4月

  • 地下深部に広がる「超臨界地熱資源」分布の可視化に成功

    東京工業大学プレスリリース  https://www.titech.ac.jp/news/2022/063247  2022年3月