[論文レビュー] Imaging polar and dipolar sources of geophysical anomalies by probability tomography. Part II: Application to the Vesuvius volcanic area

Paolo Mauriello, D. Patella|CERN Bulletin|Feb 9, 2006

Geophysical and Geoelectrical Methods参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ベズーヴィウス火山地域における地球物理的異常の極源および双極子源を可視化するために、確率トモグラフィーを用いて地球電気的、自己電位および重力データを統合する。この手法により、浅い熱水系と深い構造的特徴の分解能が向上し、複雑で多層構造の給水系と、火山地下に広がる深部の構造的低地が明らかになった。

ABSTRACT

In the previous part I, we have developed the generalized theory of the probability tomography method to image polar and dipolar sources of a vector or scalar geophysical anomaly field. The purpose of the new method was to improve the core-and-boundary resolution of the most probable buried sources of the anomalies detected in a datum domain. In this paper, which constitutes the part II of the same study, an application of the new approach to the Vesuvius volcano (Naples, Italy) is illustrated in detail by analyzing geoelectrical, self-potential and gravity datasets collected over the whole volcanic area. The purpose is to get new insights into the shallow structure and hydrothermal system of Vesuvius, and the deep geometry of the tectonic depression within which the volcano grew.

研究の動機と目的

• 新規の確率トモグラフィー手法を用いて、火山地域における埋蔵された地球物理的源の分解能を向上させること。
• ベズーヴィウス火山複合体の浅い熱水系と深い構造的形状を調査すること。
• 地球電気的、自己電位、重力の複数の地球物理的データを統合し、包括的な地下像を得ること。
• 確率トモグラフィーが、活発な構造的活動地域における複雑で重複する源を解明する有効性を検証すること。
• 高リスクの火山系における構造的および水文的枠組みに関する新たな知見を提供すること。

提案手法

• ベクトル場およびスカラー場の両方の極源および双極子源をモデル化するために、確率トモグラフィーを適応応用する。
• 統計的逆問題を用いて、観測された異常から、地下源の最も確率の高い位置および方向を推定する。
• 全ベズーヴィウス地域にわたる地球電気的、自己電位および重力データにこの手法を適用する。
• 複数のデータセットを統合することで、源のタイプおよび深さに関する曖昧さを低減し、源の局所化を向上させる。
• 空間的確率の分布関数を用いて、源の出現確率の空間的マップを作成し、コアおよび境界の分解能を向上させる。
• 異なる地球物理的手法からの異常を相互に比較することで、一貫性のある源のパターンを同定し、結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 確率トモグラフィーは、複雑な火山地形における埋蔵された地球物理的源の分解能をどのように向上させ得るか？
• RQ2 複数手法の統合データによって明らかにされたベズーヴィウスにおける浅い熱水源の空間的分布および形状はいかなるものか？
• RQ3 重力および自己電位異常から推定される、深部の構造的低地のような深部構造の最も確率の高い位置はどこか？
• RQ4 極源および双極子源は、火山地域全体にわたる観測された地球物理的異常に対してどのように寄与しているか？
• RQ5 確率トモグラフィーは、高リスクの火山系において、熱水流体の流れと構造的変形の信号を効果的に区別できるか？

主な発見

• 確率トモグラフィーは、浅い地下に複数の極源および双極子源を明確に解明し、ベズーヴィウス地下に活発な熱水流体循環が進行していることを示した。
• この手法により、深さ0.5〜3.5 kmの範囲で、明確な源クラスタを有する複雑で多層構造の給水系が明らかになった。
• 深部の構造的低地は、高い信頼性で画像化され、中央クレーターの下にまで延びており、重力低域異常と一致した。
• 自己電位および地球電気的データの統合により、特に火山の東縁部に沿って、流体の流れが強化された領域が特定された。
• 重力データは、火山体の下に低密度で破壊された基盤が存在することを確認する、深部の地殻構造に関する重要な情報を提供した。
• 複数のデータ源の統合により、単一手法のアプローチと比較して、源の局所化の正確性が顕著に向上した。