インバージョン 基礎の基礎

産総研
last updated 2023.9.22
三次元有限プリズムモデル
原淳一郎,東京工業大学理学部本蔵研究室卒業論文より理論
オリジナルプログラムこちら
モデル計算の例
  • 日本空中磁気データベースのデータを使って解析用のデータを準備する
    • hkd.grd.xyzのようなファイルは経度(度)、緯度(度)、磁気異常(nT)
      初めにawkなどで必要なエリアのファイルを作成しておく。
                  138.873238   38.988033    -73.4
                  138.873184   38.989834    -73.1
                  138.873130   38.991635    -73.1
                  138.873077   38.993436    -73.5
                  
    • a1.utm.xyzのようファイルは東行き(km)、北行き(km)、磁気異常(nT)
      初めにawkなどで必要なエリアのファイルを作成しておく。
      緯度経度からUTMへの計算はこちらのプログラムで計算できる
      1行目はzoneを示していて基準経度はそれぞれ
                   255:olon=14700.0
                   254:olon=14100.0
                   253:olon=13500.0
                   252:olon=12900.0
                   251:olon=12300.0
                 

                  254←zone54だから基準経度は東経141度である。
                  315.8  4317.6   -73.4
                  315.8  4317.8   -73.1
                  315.8  4318.0   -73.1
                  315.8  4318.2   -73.5
                  315.8  4318.4   -74.2
                  315.8  4318.6   -75.1
                 
    • 具体的にラインデータを抜き出す方法
      • サンプルデータ1 サンプルデータ2
      • プログラム
      • Y軸の中心にあたる点のIGRFの値を計算しておく。サンプルデータの場合は143度15分、42度0分(1点であれば京都大学のサイトが便利)
        計算結果の例(とりあえず2000年で計算した)
                     北緯 42.000 度   東経 143.250 度    標高: 0.0m での 2000 年 の地磁気要素 (IGRF-11)
                     全磁力 (F)	 48821.3 nT
                     偏角 (D)	 -8.599度
                     伏角 (I)	 55.904度
                     北向き (X)	 27060.4nT
                     東向き (Y)	 -4091.9nT
                     下向き (Z)	 40429.1nT
                     水平 (H)	 27368.0nT
                     
    • 初期モデルの考え方の例
      • 一般的に磁化したプリズムの組み合わせで磁気異常を説明する場合
        • 磁化強度を一定にして上面深度を変える
        • 上面深度を一定にして磁化強度を変える
        の2種類を考える。どちらがよりふさわしいかは、たとえばそのエリアの地質分布などを参考に考える。
        参考までに両者のモデルが一致することはほとんどない。
      • モデルはいずれの場合も打ち切りによる影響を小さくするために両端には広めにプリズムを置く
      • 特に顕著な磁気異常の正負のピークがプリズムの両端に来るようにプリズムを置く
      • 推定するパラメータが多くなりすぎると計算が大変なので、モデルはアバウトに作ると良い。
        • ただし、あくまでも元データの分解能に対して判断するもの。
          一般に未知数のほうが観測データを大きく上回る場合が多い。このときに、モデルに様々な制約条件を加えていく。
          制約を加える代わりに解析モデルを粗いメッシュに切って未知数個数を減らそうとする方法は、元のデータに対しておかしな制約を加えたことに相当し、物理的な意味がわからなくなる恐れがある。
          (中塚正,2013:磁気探査入門講座より)
        • ここでは、こんな複雑な解析は扱わないのですが、基本姿勢として。
          求めるもの、無視すること、をきちんと把握して計算を始めることが大切。
磁化強度を推定する例
  • 地形データからプリズムを作る。
  • 計算をする。
  • 具体的にはこちら
  • サンプルデータを見ると、地形と磁気異常に相関があまりないように見える。
  • 上面深度を地形データに合わせて磁化強度を変える場合はフォワードモデルで一つあたりをつけてみる
  • サンプルデータに見られる2つの大きな磁気異常は、正負のピークの間が20kmで振幅はざっと400nTになる。
    ここで、20km×20kmのプリズムが磁気異常を作るとして振幅を400nTにするにはフォワードモデルで、
    磁化強度を1.5A/m、上面深度を2km(データ取得高度は500m)とすればよい。
    この値を参考にして初期モデルを考える。
    • これはうまくいかなかった。理由は地形を初期モデルにしたのが間違い。
      火山のようにある程度地形と磁気異常に相関がみられる場合に詳細を推定するケースに使うのがよい。
    • この例では、磁性体の上面深度は海底の磁気基盤層と判断すべきだった
上面深度を推定する例

  • 磁化強度を決める。
  • 計算をする。
  • 具体的にはこちら
    • 磁化強度を一定にして上面深度を変える場合は最も深いところに初期モデルを合わせるのが無難
    • とりあえず結果が出て、それを鵜呑みにするのではなく、地学的な条件と矛盾していないかチェックする
    • モデルの微調整はフォワードモデルでやるのも一つのテ