地中レーダーによる溶岩流の構造探査と噴出率及びその時間変化の一般的推定手法の開発

使用探地雷达探索熔岩流的结构并开发估计喷发率及其时间变化的通用方法

基本信息

批准号：
14780369
负责人：
宮本英昭
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780369/
关键词：
溶岩流溶岩チューブ噴出率地中レーダーインフレーション

项目摘要

この研究は溶岩流の内部構造、特に溶岩チューブに着目し、その構造から噴出率を求める一般的な手法の開発を目的としている。特にインフレーションと呼ばれる流動機構に関連して、(1)熱く流動的な溶岩がインフレーション後も流動を続けることで内部に空洞が形成されるが、これが後に溶岩チューブとして観察されること、(2)溶岩の圧縮性は非常に小さく、チューブ内の流動は基本的にはポワズイユ流れと近似できること、(3)冷却殻を考慮した研究代表者の新しい理論及び実験(Miyamoto et al.,2001)は、溶岩チューブの複雑な3次元的構造が、噴出率に応じた径と分岐幅を持つことを強く示唆していること、という3点に注目した。しかし溶岩チューブは、特殊な場合を除けば天井部が崩落しない限り発見されないため、その構造を科学的に調査した例はほとんど無い。そこで天井部の岩盤も透過する電磁波を用いて地中を観察する、地中レーダー(またはレーダーサウンディング)と呼ばれる探査方法を検討した。地中レーダーは火山科学でほとんど利用された事が無いが、空洞(溶岩チューブ)は比誘電率が大きく異なるため、その深度や形状まで容易に探査できると考えられる。そこで本年度は、いわゆるレーダー方程式を用いた解析的手法により、溶岩チューブの探知を特に空中から広範囲を効率よく調査するために必要となる条件を見積もった。地中レーダーとして一般的なモノパルスレーダーは、探査深度や分解能の意味で都合が悪い。そこで直線状FM変調を検討した。また受信機を遅延相関方式とすることで、遮断周波数が低い積分器を用いることができ、高レンジ分解能と高S/Nが両立できる。溶岩チューブの直径を計測するには、少なくとも1m以下のレンジ分解能と数m以下の水平分解能が必要となる。周波数帯域を300-900MHz、パルス幅20μ秒、送信電力1Wの条件で、高度約100mから計測可能である事が明らかになった。ただしアンテナの半値幅によって、地表面からのノイズが多きくなり、上の見積もりに影響を与える可能性があり、この件は引き続き検討している。尚、研究代表者の海外派遣の決定を受け、初年度途中で研究費補助金を辞退する事となった。

这项研究着重于熔岩流的内部结构，尤其是熔岩管，旨在开发一种从该结构中确定射血率的一般方法。特别是关于称为通货膨胀的流动机制，注意到这三个点：（1）即使在通货膨胀后，热，流体的熔岩仍在继续流动，在内部产生一个腔体，后来被视为熔岩管，（2）熔岩的可压缩性非常小，并且在管中的流动非常小，并且基本上可以在poisseuille Flow和（3）新的（3）的实验中，并基本上可以使该管道近似地进行了近似的启发。（Miyamoto等，2001）强烈建议，熔岩管的复杂三维结构的直径和分支宽度与射血速率相对应。但是，除非天花板倒塌，否则不会发现熔岩管，除非在特殊情况下，因此几乎没有其结构的科学例子。因此，我们研究了一种称为地下雷达（或雷达声音）的勘探方法，该方法使用电磁波也通过天花板中的基岩来观察地面。地下雷达很少用于火山科学，但是腔（熔岩管）的相对介电常数差异很大，因此人们认为即使它们的深度和形状也可以很容易地探索。因此，今年，我们使用所谓的雷达方程进行了分析方法，估算了有效研究熔岩管检测所必需的条件。典型的地下雷达Monopulse Radar在勘探深度和分辨率方面是不方便的。因此，检查了线性FM调制。此外，通过将接收器用作延迟相关方法，可以使用具有低截止频率的积分器，从而可以同时使用高范围分辨率和高S/N。要测量熔岩管的直径，需要至少1m或更小的范围分辨率，并且需要至少几个M的水平分辨率。已经揭示了在300-900MHz，20μsec的脉冲宽度和1W的传输功率的条件下，可以用大约100m高度进行测量。但是，天线的半宽可能会导致地面的噪声更多，并影响上述估计值，这仍在考虑。此外，在决定在海外派遣主要调查员之后，他在第一年中期拒绝了研究赠款。