パーソナルコンピューターと構造地質学



金川久一（千葉大学理学部）

　　近年，優れた処理能力を持つパーソナルコンピューター（以下パソコン）が廉価で入手できるようになり，また構造地質学の教育・研究において有用なソフトウェア（以下ソフト）も数多く開発されている．これらを積極的に利用することにより，効率的な教育・研究が期待できる．そこで，構造地質学関係のパソコンソフトを以下に簡単に紹介しておく．尚，ここで紹介するソフトは，例外を除いてWindows版とMacintosh版のものに限定する．構造地質学関係のパソコンソフトについてより詳細に知りたい読者は，Allmendinger et al. (1991)，Hatcher (1995) のAppendix 3，De Paor 編 (1996) の文献にあたるか，あるいはSteven Schimmrichのホーム ページ http://home.earthlink.net/~schimmrich/structure/structure.html (リンク切れ、'08.03.11) の閲 覧をお勧めする．

目次：

１）ステレオ投影プログラム

２）ユニバーサルステージのデータ解析プログラム

３）断層解析プログラム

４）歪解析プログラム

５）バランス断面図作成プログラム

６）教育用プログラム

７）その他の有用なプログラム

８）パソコンソフト使用に際しての注意

９）参考文献

（１）ステレオ投影プログラム

　Windows版ではStereoNet，StereoPC，StereoNett、Stereographic Projections、Macintosh版ではStereoPlot，Stereonetなどがあるが，De Paor (1996) によるレビューでは，Windows版ではStereoNet，Macintosh版ではStereoPlotが推薦されている．

　これらのプログラムは，方位データの入力・ 保存，ステレオ投影図の出力・印刷の基本操作に加えて，最適大円あるいは軸の計算と表示，ローズダイヤグラムの作成，方位密度コンターマップの作成，方位データの 回転，方位データの統計処理などの機能を備えている．

  • StereoNet：Per Ivar Steinsund（perivar@ibg.uit.no）作で，Rockware Inc.（http://www.Rockware.com）からUS$299で販売されている．
  • StereoNett：Johannes Duyster（Johannes.P.Duyster@rhur-uni-bochum.de）作のシェアウェアで、http://homepage.rhur-uni-bochum.de/ Johannes.P.Duyster/stereo/stereo1.htmからダウンロード可能。学生および教官には無料で公開されている。
  • Stereographic Projections：Martin Walters（martin.walters@virgin.net）作で、http://freespace.virgin.net/martin.waltersからデモ版をダウンロードできるが，ソフトの入手や価格は，作者に問い合わせる必要がある．
  • StereoPlot：ETHのNeil Mancktelow（neil@erdw.ethz.ch）作のシェアウェアで，http://www.erdw.ethz.ch/~neil/からダウンロード可能．無料で試用できるが，継続使 用したい場合はソフトから注文用紙を印刷・記入の上，彼にSFr100を送金する．
  • Stereonet：コーネル大のRick Allmendinger（rwa1@cornell.edu）作のシェアウェア で，http://www.geo.cornell.edu/geology/faculty/RWA/programs.html1からコピー可能．研究者には 無料で公開されており，広く利用されている. ( 1ftpサイトからソフトのコピーには、Fetchのようなアプリケーションを用いると便利である。ftpサイトへ入るには、ログイン名として自分のログイン名あるいはanonymous、パスワードとして自分のパスワードあるいはメールアドレスを使用する。)
  • この他日本には，宮崎大学の山北聡氏（namaketa@edugeo.miyazaki-u.ac.jp）作の ，NEC98シリーズ及びそのクローンで作動するStereoがあるが，これはWindowsには対応していない．
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（２）ユニバーサルステージのデータ解析プログラム

  • Microstructure：石英，方解石，ドロマイトの変形双晶・ラメラ及びc軸の測定とス テレオ投影，方解石，ドロマイトの変形双晶・ラメラを用いた歪・応力解析のプログ ラム．コーネル大のRick Allmendinger作で，http://www.geo.cornell.edu/geology/faculty/RWA/programs.htmlからコピー可能．
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（３）断層解析プログラム

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（４）歪解析プログラム

　２次元の歪解析プログラムには，主として，歪指示物の形態変化を利用したRf/φ 法（Dunnet and Sidanns, 1971）系統のものと，歪指示物の位置変化を利用したFry 法（Fry, 1979）系統のものとがある．

  • Instrain：Rockware Inc. から販売されている，Fry法，enhanced normalized Fry法 （Erslev and Ge, 1990），及びRf/φ法による歪解析プログラム．Windows版とMacin tosh版があり，どちらもUS$200．
  • Rf /Fry2：Earth'nWare Inc.（EarthnMail@aol.com）から販売されている，Rf/φ法， θ-curve法（Lisle, 1985），及びFry法による歪解析プログラム．シングルライセンスはUS$199、ラボパックはUS$499。
  • Wellman2：Earth'nWare Inc. から販売されている，角剪断歪から歪楕円の主軸と軸比 を決定するプログラム．シングルライセンスはUS$19、ラボパックはUS$49。
  • Solve3Stretches2：Earth'nWare Inc. から販売されている，３方向の伸縮歪から歪楕 円の主軸と軸比を決定するMacintosh用プログラム．シングルライセンスはUS$29、ラボパックはUS$69。
  • MacStrain：千葉大学の金川久一（kyu@earth.s.chiba-u.ac.jp）作のMacintosh用フ リーウェアで，スロープ法（Ramsay, 1967），平均値法（Lisle, 1977），嶋本・池 田法（Shimamoto and Ikeda, 1976），Rf/φ法及びθ-curve法による歪解析プログラ ム．３つの断面の歪楕円データから，Milton (1980) の方法により最適歪楕円体を求めるプログラム2D->3D Strainや，初期形態に層理面等に平行な配列が あった場合の解法も含まれている．但し68030, 68040搭載機種でFPUが必要なので注 意（SoftFPUでも代用可能）．ftp://ftp-es.s.chiba-u.ac.jp/pub/structからコピー可能．
  • MacFry：同じく金川久一作のMacintosh用フリーウェアで，Fry法，normalized Fry法 （Erslev, 1988），enhanced normalized Fry法による歪解析プログラム．PowerPCで も作動．ftp://ftp-es.s.chiba-u.ac.jp/pub/structからコピー可能
  • PAROR, SURFOR：Basel大学のRenee Heilbronner（heilbronner@ubaclu.unibas.ch） 作で，デジタル化した粒子（PAROR）あるいは粒界（SURFOR）の投影長の方向変化に 基づく，Macintosh用形態解析・歪解析プログラム（Panozzo, 1983, 1984）．

2Earth'nWare Inc. のソフトウェアは大学生協のソフトカタログに掲載されており、大学生協を通じて購入可能。ラボパックは、６つのコピーがセットになったもの。２つのラボパックを購入すると、サイトライセンスが得られる。

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（５）バランス断面図作成プログラム

　バランス断面図作成の専用プログラムは非常に高価であるが，Groshong and Epard (1996) は，市販のCanvas，Photoshop，Excelを用いてバランス断面図を作成する方 法を解説しているので，興味ある読者は参考にするとよい．

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（６）教育用プログラム

  • Rock Deformation and Geological Structures：U. K. Earth Science Courseware C onsortium（ukescc@man.ac.uk; http://info.mec.ac.uk/geology/CAL/index.html） から販売されている教育プログラムで，応力，歪，脆性変形，延性変形に関する解説 と問題が含まれており，自習できるようになっている．Windows版とMacintosh版がある．
  • GeologiCAL Structure：アデレイド大学のPatrick James（pjames@geology.adelaide .edu.au）によって製作された，構造地質学の講義用PowerPointファイル集（Macintosh用）．
  • Strain Theory, Shear Box, Flow Lines：ミネソタ大学のBasil Tikoff（btikoff@tc .umn.edu）作で，速度勾配テンソル，あるいは流動パラメータを指定することにより ，様々な流動パターンと累進変形について学習できるMacintosh用プログラム．ftp://www.geo.umn.edu/pub/structureからコピー可能．
  • Rotating Clasts, Passive Clasts：同じくミネソタ大学のBasil Tikoff（btikoff@t c.umn.edu）作で，ニュートン流体中の粒子の剛体回転と受動回転を検証するMacintosh用プログラム．ftp://www.geo.umn.edu/pub/structureからコピー可能．
  • Intro Structure Bundle2：Earth'nWare Inc. から販売されている，構造地質学の初 級レベルの講義・実習教材プログラム集（Macintosh用）．地層の走向・傾斜の基本概念，走向線，ステレオ投影，断面図等に関する教材プログラム（Structure Lab1） ，歪の概念と単純な歪解析に関するプログラム，褶曲や断層等の構造の多数のPhotoCDなどを含む．シングルライセンスはUS$399、ラボパックはUS$899。
  • Advanced Structure Bundle2：Earth'nWare Inc. から販売されている，構造地質学の 上級レベルの講義・実習教材プログラム集（Macintosh用）．応力の概念と様々な問 題，純粋剪断と単純剪断の合成による一般的な剪断変形のモデリング，Rf/φ−Fry法 等による歪解析，３次元歪，Win Meansによるアナログ物質を用いた透視変形実験のPhotoCDなどを含む．シングルライセンスはUS$499、ラボパックはUS$999。
  • Microstructure Bundle2：Earth'nWare Inc.から販売されている，変形微細構造の講義・実習教材プログラム集（Macintosh用）．塑性変形と動的再結晶，ポーフィロブ ラストの成長，ポーフィロクラストの形成，ファイバー脈の形成，スタイロライトの 形成などに関する解説の他に，100枚の変形微細構造のPhotoCDを含む．シングルライセンスはUS$399、ラボパックはUS$899。

2Earth'nWare Inc. のソフトウェアは大学生協のソフトカタログに掲載されており、大学生協を通じて購入可能。ラボパックは、６つのコピーがセットになったもの。２つのラボパックを購入すると、サイトライセンスが得られる。

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（7）その他の有用なプログラム

　変形微細構造解析では近年画像処理を行うことが多くなっているが，市販の画像処理プログラムは一般に非常に高価である．ところがMacintosh用には，米国立衛生研究所で開発されたNIH-Imageが無料で公開されており，構造地質学でもよく利用されている．NIH-Imageは，ftp://zippy.nimh.nih.gov/pub/nih-imageからコピーできる他 ，http://rsb.info.nih.gov/nih-image/からもダウンロードできる．90ページにも及 ぶマニュアルファイルが添付されており，プログラムの使用方法が丁寧に解説されている．構造地質学におけるNIH-Imageの利用方法は，Bjrnerud and Boyer (1996), Park (1996), Bons and Jessel (1996) に詳細に解説されているので，それを参照するとよい．
　また米国Scion社がNIH-Imageに多少手を加えたものが，Scion Image（Windows版とMacintosh版の両方あり）としてhttp://www.scioncorp.comから無償でダウンロードできる．

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（8）パソコンソフト使用に際しての注意

　無料で公開されているソフトやシェアウェアを利用して論文や学会発表の図表を作 成した場合，そのソフト名を明記・明言し作者に謝辞を述べるのが，最低限の礼儀で あることを忘れないで欲しい．あるステレオ投影ソフトの作者が，自分の作成したソ フトを使って作成されたステレオ投影図が論文に多数掲載されているにもかかわらず ，殆どソフト名と作者名が言及されていないことを嘆いているという話を耳にしたことがある．ソフトの作成には，相当の労苦を伴っていることを理解していただきたい ．市販のソフトの場合には謝意を表す必要はないが，ソフト名は言及すべきである． また無料のソフトを除き，無断コピーは著作権法に違反するので絶対にしてはいけない．

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9）参考文献

  • Allmendinger, R. W., Charlesworth, H. A. K., Erslev, E. A., Guth, P., Langenberg, C. W., Pecher, A. and Whalley, J. S. (1991) Microcomputer software for structural geologists. Journal of Structural Geology, 13, 1079-1083.
  • Bjornerud, M. G. and Boyer, B. (1996) Image analysis in structural geology using NIH Image. In: Structural Geology and Personal Computers, De Paor D. G. (ed.), Elsevier Science, Oxford, 105-121.
  • Bons, P. and Jesse, M. W. (1996) Image analysis of microstructures in natural and experimental samples. In: Structural Geology and Personal Computers, De Paor D. G. (ed.), Elsevier Science, Oxford, 135-166.
  • De Paor, D. G. 編 (1996) Structural Geology and Personal Computers. Elsevier Science, Oxford.
  • De Paor, D. G. (1996) Stereonet applications for Windows and Macintosh. In: Structural Geology and Personal Computers, De Paor D. G. (ed.), Elsevier Science, Oxford, 233-235.
  • Dunnet, D. and Siddans, A. W. B. (1971) Non-random sedimentary fabrics and their modifications by strain. Tectonophysics, 12, 307-325.
  • Erslev, E. A. (1988) Normalized center-to-center strain analysis of packed aggregates. Journal of Structural Geology, 10, 201-209.
  • Erslev, E. A. and Ge, H. (1990) Least-squares center-to-center and mean object ellipse fabric analysis. Journal of Structural Geology, 12, 1047-1059.
  • Fry, N. (1979) Random point distributions and strain measurement in rocks. Tectonophysics 60, 89-105.
  • Groshong, R. H. Jr. and Epard, J.-L. (1996) Computerized cross section balance and restoration. In: Structural Geology and Personal Computers, De Paor D. G. (ed.), Elsevier Science, Oxford, 477-498.
  • Hatcher, R. D., Jr. (1995) Structural Geology. Principles, Concepts, and Problems (2nd edition). Prentice Hall, Englewood Cliffs.
  • Lisle, R. J. (1977) Estimation of the tectonic strain ratio from the mean shape of deformed elliptical markers. Geologie en Mijnbow, 56, 140-144.
  • Lisle, R. J. (1985) Geological Strain Analysis: A Manual for the Rf/f Technique. Pergamon Press, Oxford.
  • Milton, N. J. (1980) Determination of the strain ellipsoid from measurements on any three sections. Tectonophysics, 64, T19-T27.
  • Pannozo, R. H. (1983) Two-dimensional analysis of shape-fabric using projections of digitized lines in a plane. Tectonophysics, 95, 279-294.
  • Pannozo, R. (1984) Two-dimensional strain from the orientation of lines in a plane. Journal of Structural Geology, 6, 215-221.
  • Park, Y. (1996) Synkinematic microscopic analysis using NIH Image. In: Structural Geology and Personal Computers, De Paor D. G. (ed.), Elsevier Science, Oxford, 123-134.
  • Ramsay, J. G. (1967) Folding and Fracturing of Rocks. McGraw-Hill, New York.
  • Shimamoto, T. & Ikeda, Y. (1976) A simple algebraic method for strain estimation from deformed ellipsoidal objects 1. Basic theory. Tectonophysics, 36, 315-337.
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