地殻構造探査学

(大学院前期課程 2024年度秋学期)

• 日時：水曜日3限 (13:00-14:30)
• 場所：理学部E館411号室（地震火山センター・セミナー室）
• 担当：渡辺 俊樹　（地球惑星ダイナミクス講座・地震火山研究センター）
• 講義の内容
  • 地下構造探査法の原理と解析方法、主として地震探査反射法、に加えて電磁探査法(MT)。

最新情報

• とりあえずOpenしました!。適宜更新します。末尾に参考書籍リストがあります。(24.09.27)

内容とねらい

また、地下を利用する分野は環境・防災・資源・土木・農業などたくさんあります。これらにおいても地下を知ることはまず最初のステップとなります。

この講義では、主に地球科学を対象として、物理探査法について講義します。 学部に基礎的な授業がなく、他大学にもあまりこの種の講義がないこと、多様なバックグラウンドの学生が受講していることを考えて、基礎的な事項から始めます。 そうすると時間が限られるので、この講義では基礎的な理論に重点を置き、応用や探査の実際については簡単に扱います。理解を深めるために簡単なデータ処理実習も行います。

物理数学、弾性学と波動、電磁気学の基礎知識があることが望ましく、あれば理解は容易です。難しい内容ではありませんが、数式はたくさん出てきます。なお、ベースとなるこれらの学問は地震学その他の地球物理学と共通です。

物理探査のテクニックを習得することが必ずしも講義の目的ではありません。 観測データから目的とする情報をいかに取り出すかということに頭を絞り、それらを駆使して挑戦する姿勢を学び、そのための手段として数学や物理学の基礎の大切さを理解してほしいと考えます。

スケジュール

回	月 日	内 容	説 明
1	10月02日	物理探査の概要	イントロダクション 物理探査の概要 配付資料（物理探査の概要） 今日の課題
2	10月09日	波動論の基礎	音響・弾性波動方程式の導出 実体波（P波とS波） 配付資料（波動伝播） 配付資料（Yilmaz本の付録L抜粋） 今日の課題
3	10月16日	波動論の基礎（続き）	波動の性質（反射、透過、屈折、変換波の発生）と伝播 数学的基礎（フーリエ変換、コンボリューションなど） 配付資料（若干の時系列解析） 配付資料（Yilmaz本の付録A抜粋） 今日の課題 演習の全体説明をよく読むこと。 演習（事前の準備）
4	10月23日	反射法の基礎	反射法の概要と基礎（基本概念、データ取得、データ処理フロー） 波動と地下構造とのコンボリューションモデル 配付資料（反射法の基礎） 演習（課題その1）
5	10月30日	反射法データ解析（フィルタ）	ディジタルフィルタ 周波数（バンドパス）フィルタ 速度(f-k)フィルタ 配付資料（反射法のデータ処理：フィルタ） 配付資料（Yilmaz本の第1章の図抜粋） 演習（課題その2）
6	11月13日	反射法データ解析（フィルタ続き）	ウィナーフィルター デコンボリューション 配付資料（Yilmaz本の付録B抜粋） 配付資料（補足Laplace変換とz変換） 演習（課題その3）
7	11月20日	反射法データ解析	速度解析 NMO補正 CMP重合 配付資料（反射法のデータ処理：NMO, 速度解析, CMP重合） 演習（課題その4）
8	11月27日	反射法データ解析（マイグレーション）	マイグレーションの原理 波動方程式マイグレーション 配付資料（反射法のデータ処理：マイグレーション） 配付資料（Yilmaz本の付録D抜粋） 演習（課題その5）
-	12月04日	---	---物理探査学会（秋季学術講演会）のため休講---
*	12月04日	データ処理実習(1)	Seismic Un*xを使って実際の2D反射法探査データを解析する。 内容：データの切り出し、表示、スペクトル、フィルタ、ゲイン 演習（課題その6） 所要時間はおおむね0.5時間程度。 できたら演習（課題その7）に進んでよい。
9	12月11日	反射法解析結果の解釈	反射法解析結果の解釈 音響インピーダンス解析 ブライトスポット、AVO 3次元反射法 配付資料（解釈と物性値の検知） 配付資料（解釈の課題）
10	12月18日	データ処理実習(2)	Seismic Un*xを使って実際の2D反射法探査データを解析する。 内容：速度解析、CMP重合、マイグレーション、深度変換 演習（課題その7） 実習課題は各自で自由に進めてよい。所要時間はおおむね1.5時間程度。 実習の時間内に担当教員が在室し指導・助言を行う。 課題提出についてはここを参照。 〆切は2025年01月15日。
11	12月25日	電磁気学の基礎	Maxwellの方程式 電磁波伝搬の性質 配付資料（電磁気学およびMT法の基礎） 今日の課題
12	01月15日	電磁探査法（MT法）の基礎	MT法の原理 MTパラメータの導出 インバージョン 配付資料（MT法の基礎） 今日の課題
13	01月22日	反射法および電磁探査法（MT法）の応用	地球科学へのMT法探査の適用 地球科学への反射法地震探査の適用 演習課題の講評 配付資料（反射法の適用） 配付資料（MT法の適用）
14	01月29日	地殻構造探査に関するトピックス	内容未定：希望 過去のトピックス（例） 土木物理探査 逆問題・インバージョンとFWI 電気探査・重力探査・磁気探査 地震波干渉法

注意事項

• 観測や学会などで欠席する場合は事前に連絡して下さい。配布資料は後日取りに来て下さい。希望に応じて補足説明もします。
• 演習課題およびレポート（適宜）の提出をもって単位取得の要件とします。授業より先に進んで課題を実施しても構いません。
• 授業時間が不足した場合、授業予備日を使用して適宜補講を行うことがあります。

データ解析演習

レポート・課題の提出

• レポート・課題は指定された期日までに提出すること。日々の課題の回答は次回の講義の開始前までに提出のこと。
• 提出方法は手書き、または印刷物の手渡し。不在の場合、E509のドアポスト（レポート入れ）でもよい。または、メールに添付。
• 電子ファイルをメールの添付などで提出する場合は、下記のファイル形式に限定する。提出者と内容がわかりやすいファイル名を付けること。
  • テキストファイル (txt)と画像ファイル(jpg, pngなど)
  • Microsoft Word (doc, docx)
  • Microsoft PowerPoint (ppt, pptx)
  • OpenOffice Document (odt)
  • Adobe PDF (pdf)
  • これらの形式の複数ファイルをまとめた（圧縮）書庫ファイル（zip, lha, tar, tgz）
• レポートをスマートフォンのカメラなどで撮影して提出する場合は、JPEGの画像ファイルとするのではなく、スキャナーアプリなどを利用してPDFに変換することを推奨する。
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参考図書---興味ある人のために

• Seismic Data Analysis Vol. 1, 2 (O. Yilmaz) Society of Exploration Geophysicists.
• Electromagnetic Methods in Applied Geopysics Vol. 1 Theory (M. N. Nabighian) Society of Exploration Geophysicists.
• 「物理探査ハンドブック第三版」（物理探査学会編）
• 「建設・防災技術者のための物理探査」（佐々宏一、芦田讓、菅野強著）森北出版
• 「応用地球物理学の基礎」（狐崎長琅著）古今書院
• An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structures (S. Stein and M. Wysession) Blackwell Publishing.
• ほか、地震火山センターの図書にもいくつかあります。または、渡辺まで相談して下さい。
• 「物理のための数学」物理入門シリーズ10（和達三樹著）岩波書店、その他、フーリエ解析やベクトル解析の書籍
• 「地震動のスペクトル解析入門」（大崎順彦著）鹿島出版会