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報告書

東濃地域に設置された電磁ACROSSの研究開発の概要

中島 崇裕; 國友 孝洋; 熊澤 峰夫*; 長尾 大道*

JAEA-Research 2010-014, 66 Pages, 2010/07

JAEA-Research-2010-014.pdf:3.11MB

結晶質岩工学技術開発グループで行っている工学技術に関する研究として、「研究坑道の施工対策技術の開発」においては、研究坑道周辺の地質環境の時間的変化を把握することや、「安全性を確保する技術」においてはコンクリートライニングの健全性を評価できる技術が必要であると考えられる。これらとは独立に、地震研究をその目的とした陸域地下構造フロンティア研究プロジェクトの一環として研究開発されたACROSS(Accurately Controlled Routinely Operated Signal Systemの頭文字をとったもの)は、そこで培われた技術(信号の送受信技術並びにデータの解析技術)は非常に汎用性に富むものである。そこで超深地層研究所計画における工学技術の一環として、坑道掘削による坑道周辺の地質環境の時間的変化や研究坑道の健全性の監視技術として利用可能かどうかについて2007年度から3年間を目途に検討を進めている。これまでに瑞浪超深地層研究所周辺の新規観測点の設置と、データ収集・解析が継続中である。本報告書は、常時観測システムであるACROSSのうち、電磁波を用いた研究開発において得られた成果のうち、主として技術的な要件をまとめたものである。

論文

EM-ACROSS system and corresponding tensor transfer functions in diffusion field region

中島 崇裕; 國友 孝洋; 長尾 大道*; 熊澤 峰夫; 茂田 直孝

Handbook of Geophysical Exploration; Seismic Exploration, Vol.40, p.177 - 191, 2010/03

地下の電磁気的状態をモニタリングするための人工ソースを用いた探査手法を開発し、電磁アクロスと名づけた。この手法では使用する周波数帯に関係なく応用ができる。東濃地域に2方向の接地ダイポールにより送信するシステムを設置し、500Hz以下の拡散場領域での探査が行えるようになった。試験観測として、950m離れた受信点で観測をし、精密なテンソル伝達関数を取得することができた。この試験観測を1か月以上続け、降雨に対応した変動も見られた。

論文

Stacking strategy for acquisition of an ACROSS transfer function

長尾 大道*; 中島 崇裕; 熊澤 峰夫; 國友 孝洋

Handbook of Geophysical Exploration; Seismic Exploration, Vol.40, p.213 - 227, 2010/03

Development of a powerful staking technique is important in the active monitoring in order to enhance effectively the signal-to-noise ratio(SNR) by utilizing not only quiet nighttime data but also noisy daytime data. Here we propose a staking technique for data obtained by the Accurately Controlled Routinely Operated Signal System(ACROSS) with a reasonable method for noise level evaluation. An essential point is that the SNR would enhance by a data stacking in reciprocal proportion to the square root of the time period of observation. We show an application of this stacking method to real seismic and electromagnetic data and obtained at our observation test site of ACROSS.

論文

Reliable measurement method to reveal a peculiar dielectric dispersion in wet rocks by means of ACROSS

松本 裕史*; 茂田 直孝; 熊澤 峰夫; 中島 崇裕

Handbook of Geophysical Exploration; Seismic Exploration, Vol.40, p.121 - 133, 2010/03

Precise and reliable method for complex dielectric permittivity measurement was developed using the data processing method of ACROSS(Accurately controlled Routinely Operated Signal System) and aids in electric circuit and electrode installation to reduce bias in measurement. By using the method, we succeeded to clarify that moist quartz grains and glass beads causes such strong dielectric dispersion that dielectlic permittivity increases in reciprocal proportion to frequency, and exceeds 1.0E5 at 1mHz. Loss angle was of the order of 1.0E-2 radian relatively independent to frequency, which suggests possibility that moist crust has significant dielectricity that can be detected by EM prospecting method in future.

論文

Automatic travel time determination from a frequency-domain transfer function; The Sompi event analysis

羽佐田 葉子*; 熊澤 峰夫; 鶴我 佳代子*; 國友 孝洋; 笠原 順三*

Handbook of Geophysical Exploration; Seismic Exploration, Vol.40, p.381 - 395, 2010/03

We have developed a method to extract "events" localized in time domain from a transfer function in frequency domain, which is a basic analysis method of ACROSS(Accurately-Controlled Routinely-Operated Signal System). As the previous procedure has some difficulties in practical application, a revised one based on maximum likelihood estimation has been designed. We present the basic theory inclusive of the revision and the practical procedure for automatic travel time determination. The numerical test supports the validity of this method for analysis of transfer functions involving plural "events" in time domain.

論文

原子力施設の振動特性精密評価のためのアクロスによる周波数コム計測,2; アクロスによる構造物の振動特性の精密計測

西田 明美; 鈴木 喜雄; 林 幸子; 國友 孝洋*; 熊澤 峰夫*; 羽佐田 葉子*

第58回理論応用力学講演会講演論文集(CD-ROM), 2 Pages, 2009/06

アクロス(ACROSS=Accurately Controlled, Routinely Operated, Signal System)とは、精密に制御した定常的なサイン波を入力し、その応答出力の測定から、従来の方法との比較において格段に高い精度で、周波数応答(伝達関数=周波数領域のグリーン関数)を決定する計測技術である。これは、高レベル放射性廃棄物の地層処分場や地震発生場など、地下構造の時間変動監視観測用に開発されたものである。これを人工構造物の振動特性,構造解析,監視などに適用する理論的基礎とこれに固有の課題を紹介する。また、原子力機構、東濃地科学センターにある鉄骨フレーム構造物に対し行っている適用試験の計測システムと若干の測定結果について報告する。

論文

原子力施設の振動特性精密評価のためのアクロスによる周波数コムスペクトル計測法,3; 存否法による3次元構造物の多元的振動特性評価

西田 明美; 鈴木 喜雄; 林 幸子; 國友 孝洋*; 熊澤 峰夫*; 羽佐田 葉子*

第58回理論応用力学講演会講演論文集(CD-ROM), 2 Pages, 2009/06

アクロスによって得られる伝達関数データの解析手法として従来用いられてきた存否法を、3次元構造物の多数点の測定で得られる伝達関数データ群の解析用に適用した。その2で得られた周波数領域計測データの解析に、時間領域と空間-波数領域の両面から2段階のアプローチを総合して、線形力学系の整合的なモデルとしての結果を得られる手法を開発している。これでは、構造物の大局的な振動特性(固有振動数,減衰,振幅,位相等)と各部材レベルでの局所的波動伝播特性(伝播速度,波長,部材間の相互作用など)、さらに、それらの微小な時間変動の検出までをできるようにした。

論文

原子力施設の振動特性精密評価のためのアクロスによる周波数コムスペクトル計測法,1; システム同定と健全性監視にむけた研究の全体概要

西田 明美; 鈴木 喜雄; 林 幸子; 國友 孝洋*; 熊澤 峰夫*; 羽佐田 葉子*

第58回理論応用力学講演会講演論文集(CD-ROM), 2 Pages, 2009/06

原子力施設の構造物(地層処分場から原子炉まで)の安定性や耐震性を評価するためには、既存の原子力施設がどのような振動特性を有しているかを厳密に把握する必要がある。振動特性には固有振動数と減衰があり、建設された構造物に対しては常時微動観測等のデータを用いて推定するのが一般的であるが、計測誤差や推定誤差については、常に議論がなされるところである。今般、高精度な地盤構造の応答計測が可能なアクロスを構造物の応答計測へ適用し、構造物の振動特性の推定を試みた。さらに、構造物を構成する部材内を伝播する縦波や曲げ波の伝播速度等の波動伝播特性を推定し、構造物の物性の同定を試みた。これらの結果について、3報にわたって報告する。

報告書

超深地層研究所計画の工学技術へのACROSSの応用に関する検討; 2007年度年報

長谷川 健; 國友 孝洋; 中島 崇裕; 熊澤 峰夫*; 黒田 英高*; 弥富 洋介; 浅井 秀明; 松井 裕哉

JAEA-Evaluation 2008-002, 60 Pages, 2009/03

JAEA-Evaluation-2008-002.pdf:4.92MB

陸域地下構造フロンティア研究プロジェクトの一環として研究開発されたアクロス(ACROSS: Accurately Controlled Routinely Operated Signal Systemの頭文字をとったもの)は地震研究をその目的としていたが、そこで培われた技術(信号の送受信技術並びにデータの解析技術)は非常に汎用性に富むものであり、超深地層研究所計画における工学技術の一環として、坑道掘削による坑道周辺の地質環境の時間的変化や研究坑道の健全性の監視技術として利用可能かどうかについて2007年度から3年間を目途に検討を進めることとした。3年間の内訳は、1年目がアクロス観測網の整備,2年目がデータの収集,3年目がデータの解析及び適用性の評価となっている。本報告書では、1年目の成果であるACROSS観測網の整備並びにアクロスの基盤的研究の成果について述べる。

報告書

Development of ACROSS (Accurately Controlled, Routinely Operated, Signal System) to realize constant monitoring the invisible Earth's interiors by means of stationary coherent elastic and electromagnetic waves

熊澤 峰夫; 國友 孝洋; 中島 崇裕; 鶴我 佳代子*; 羽佐田 葉子*; 長尾 大道*; 松本 裕史*; 笠原 順三*; 藤井 直之; 茂田 直孝

JAEA-Research 2007-033, 155 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-033.pdf:11.04MB

本件は、アクロス(Accurately Controlled, Routinely Operated, Signal System)と呼ばれる新しい地下探査技術の開発に関する成果報告書である。アクロス研究は、1996年6月から2006年3月まで、陸域地下構造フロンティア研究プロジェクトとして、東濃地科学センターが主体となって行ってきた。アクロスは、地下の構造と物理的な状態とを探査あるいは監視するために考案された理論体系に基づいて、それを実現するためのさまざまな要素技術を一つの技術体系として統合したものである。本報告書では、東濃鉱山のテストサイトで行われたさまざまな研究を中心に紹介する。また、10年間に及ぶ開発成果を応用して、幌延深地層研究センターで地下の時間変化を捉えようとする「遠隔監視システムの開発」や静岡県における東海地震の想定震源域の常時監視研究などが進められている。アクロスの技術としての熟成は、日進月歩で進んでおり、地下の研究に加えて、建造物などのヘルスモニタリングへの適用なども開始されてきている。

論文

電磁アクロス長距離送受信実証実験

中島 崇裕; 長尾 大道*; 佐柳 敬造*; 野田 洋一*; 長尾 年恭*; 熊澤 峰夫; 羽佐田 葉子*

東海大学海洋研究所研究報告, (28), p.21 - 28, 2007/03

中部地域において、電磁アクロスの信号が数十kmの遠方でも観測できるかを確かめるために、試験観測を行った。遠方まで届くと予想される周波数帯域を選び、精密同期,常時送信をすることにより、伝播してきた信号を確認することができた。この信号レベルは、通常はノイズに埋もれている大きさしかないので、他の観測を妨害しない。今回は、送信電流ダイポール軸の方向により受信信号の振幅の違いが確認された。この原因は地下構造の異方性によると考えられるので、今回の結果だけでなく、近傍の観測と照らし合わせながら、明らかにしていく必要がある。この異方性の変動は地下応力の変動と対応することが予想される。本試験では、狭い周波数帯での信号のみを扱ったが、周波数によって電磁波伝播の影響する範囲が異なるので、その周波数依存性も地下の情報として重要である。

論文

海底ケーブルを用いた地殻電気伝導度変化検出の可能性について

中島 崇裕; 熊澤 峰夫; 長尾 大道*

Conductivity Anomaly研究会2006年論文集, p.119 - 120, 2006/03

東海地震想定断層面の縁にあたる豊橋沖の海底ケーブルを科学的に利用することが検討されている。本研究では、地震発生と関係が深いとされている地中の水の存在を調べるのに有効な、電磁波を用いた探査法の一つとして、この海底ケーブルの給電線を電磁波送信源とし、その電磁波を使った地殻電気伝導度探査の可能性について検討した。励起される電磁波強度は、地下を水平成層構造と近似したもので求め、基本となる地下構造や、電磁場ノイズレベルをこれまでに報告された数値を用いた。この見積もりによって、海底ケーブルの給電線を用いて、地下からの信号を捕らえやすい0.01から1Hzの周波数範囲の間で、10km程度までの探査に使える可能性が確認された。

論文

Source-Receiver Distance Dependence of the EM-ACROSS Signals

長尾 大道; 中島 崇裕; 國友 孝洋; 熊澤 峰夫; 長尾 年恭*; 佐柳 敬造*; 野田 洋一*; 原田 誠*

Proceedings of 2nd International Workshop Active Geophysical Monitoring of the Earth Lithosphere (AMSEG 2005), p.18 - 22, 2005/09

東濃で行なっている電磁アクロス送受信テストで、30日間程度のスタッキング処理により、東濃鉱山送信点から40km離れた地磁気観測点においてアクロス信号が検出された。また、土岐花崗岩体の平均的な比抵抗は100$$Omega$$m程度と推定することができた。

論文

Automatic travel time determination for a transfer function measured by ACROSS using the Sompi event analysis

羽佐田 葉子; 熊澤 峰夫; 鶴我 佳代子; 國友 孝洋; 笠原 順三

Proceedings of 2nd International Workshop Active Geophysical Monitoring of the Earth Lithosphere (AMSEG 2005), p.35 - 37, 2005/09

存否イベント解析はACROSSの基本的な解析法のひとつであり、伝達関数から時間的に局在する『イベント』を抽出する方法である。我々はその基本アルゴリズムを確立し、最尤法に基づいた改良を加えた。ACROSSの連続観測で得られる多くのデータを解析するためには、自動処理が必要となる。我々は存否イベント解析にいくつかのアルゴリズムを追加し、走時の自動決定の可能性をテストした。

論文

第1回「地殻の能動監視に関する国際ワークショップ」開催報告

鶴我 佳代子; 小川 克郎*; 長尾 大道; 羽佐田 葉子; 藤井 直之*; 笠原 順三; 熊澤 峰夫

地学雑誌, 114(4), p.659 - 664, 2005/04

第1回「地殻の能動監視に関する国際ワークショップ」(IWAM04)を、2004年6月30日$$sim$$7月2日、瑞浪市総合文化センターにおいて開催した。IWAM04は、IASPEIに新設されたTGAM(代表:熊澤峰夫・名大名誉教授)および国内のJCEAM(代表:東原紘道・東大名誉教授)が主催し、名古屋大学および東京大学地震研究所が共催した。本研究助成報告では、地球の能動監視研究の必要性や背景および国際ワークショップ開催の経緯を述べ、ワークショップの概要や今後の研究展望について報告する。

論文

A Dense seismic array for acquisition of high quality in the ACROSS observation

鶴我 佳代子; 國友 孝洋; 羽佐田 葉子; 熊澤 峰夫; 茂田 直孝; 笠原 順三

1st IWAM (IWAM04), 116 Pages, 2004/08

None

論文

Evaluation of a dense seismic array for the acquisition of high quality data in the ACROSS observation

鶴我 佳代子; 國友 孝洋; 羽佐田 葉子; 熊澤 峰夫; 茂田 直孝; 笠原 順三

AGU 2004 Fall Meeting (2004/12/13-2004/12/17), 0 Pages, 2004/00

われわれは、ACROSSという線形系の伝達関数を取得するための総合的な計測システムを用いた、地下深部の地震発生場の常時能動監視のための技術・方法の開発に取り組んでいる。このACROSS送信と受信点アレイによる観測を組み合わせることで、高いS/N比(つまり、調査対象とする情報(S)と雑音(N)との比)、高いS/B(情報(S)とバイアス(B)との比)の伝達関数を得ることができる。本研究は、我々が構築した稠密地震観測アレイの概要について紹介するとともに最新のデータ解析の結果を報告するものである。

論文

Development of EM-ACROSS and observed transfer function using this system

中島 崇裕; 國友 孝洋; 長尾 大道; 熊澤 峰夫; 茂田 直孝

2004 Fall Meeting Program and Abstract, S33B-1096, 0 Pages, 2004/00

電磁波によって地下を見る方法としての電磁アクロスを東濃地科学センターにて開発してきた。この装置を用い、数百Hz以下の周波数帯における送受信試験を1年間以上に亘り連続試験観測を行った。平均値からは、地下構造に関する情報を含む伝達関数がよい精度で求められ、地下物性の見積もりにおいてもすでに報告されている数値と相補的な値が得られた。また1ヶ月間の観測結果からは、降雨に相関した変動が見られた。

論文

Travel time estimation from a transfer function in frequency domain: The revised Sompi event analysis

羽佐田 葉子; 熊澤 峰夫; 鶴我 佳代子; 國友 孝洋

AGU 2004 Fall Meeting (2004/12/13-2004/12/17), 0 Pages, 2004/00

周波数領域の伝達関数から時間領域の「イベント」を抽出する手法である、存否イベント解析法を開発してきた。この手法は、ACROSSの基本的な解析法のひとつである。存否イベント解析法の有効性は、様々な数値テストで確認されているが、実用にはいくつかの問題がある。ここでは、重みつき最小二乗法を用いた存否イベント解析法の改良を紹介する。

論文

電磁アクロス概論

中島 崇裕; 熊澤 峰夫; 茂田 直孝; 國友 孝洋; 長尾 大道; 松本 裕史*

月刊地球号外 総特集; 地球内部のアクティブ・モニタリング : 4D地球内部診断を目指して, (47), 174 Pages, 2004/00

電磁波によって地下を見る方法としての電磁アクロスを紹介する。電磁波には弾性波の場合と異なった固有の特徴がある。電磁アクロスでの探査の流れと東濃地科学センターで行っている開発との関係を示し,最後に地殻内部の探査可能性について言及する。

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