Probabilistic Earthquake Seismology for Broadband and Hierarchical Seismic Source

• Project/Area Number: 21H04505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井出 哲 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90292713)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 矢部 優 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (30802699) ; 麻生 尚文 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 講師 (70801223)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥41,340,000 (Direct Cost: ¥31,800,000、Indirect Cost: ¥9,540,000); Fiscal Year 2025: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2024: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2023: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000); Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2021: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
• Keywords: 地震 / スロー地震 / データ解析 / モデル計算 / 確率予測 / 地震学

Outline of Research at the Start

地震の震源で発生するプロセス（破壊を伴う摩擦すべり運動）を、確率的現象として理解するためにデータ解析や理論計算などを用いた研究を行う。地震には普通の地震とともに数ヘルツから日単位の広周波数（周期）帯域にわたるスロー地震を含む。地震発生帯内部に存在する階層的な断層構造に着目して、確率的予測可能性を検討する。日本を中心に世界各地の地震現象を対象に研究を進めて、普遍的な地震の性質を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では確率論的地震発生論構築を目指して、(A)階層的固有性と決定論的震源プロセスのデータ解析、(B)スロー地震のデータ分析フロンティアの開拓、(C)確率論的地震モデルの高度化、の３サブカテゴリでデータ解析やモデル計算を進めている。今年度は以下の研究実績があった。
(A) 階層的破壊すべりの単位プロセスである意動的震源核形成過程について、過去の研究を見直し成果としてまとめた。階層性モデルを用いた現実的地震サイクルモデルの生成条件を東北沖を対象に検討した。歪計データを地震データとしても活用するため、100秒前後の周波数帯域における歪データの有効性を確認した。そのデータを用いたメカニズム推定法を開発し、推定精度の検証を行った。
(B) 日本国内で開発した広帯域スロー地震の検出分析手法をメキシコの沈み込み帯に適用し、既存の現象の検出とともに未知のスロー地震のモニタリングに成功した。サンアンドレアス断層の低周波地震の断層メカニズム解析を進め、地震ファミリーごとのメカニズムを推定した。スロー地震のデータ解析について、既往研究の様々な問題点を整頓し、スロー地震のスケール法則の見直しを行った。スロースリップの客観的検知手法を開発しカタログ整備をおこなった。
(C) 2D-BSEモデルの地質現象への適用に向けた予備解析を行った。用いて微動とVLFEのサイズ分布の揺らぎの定量化を行う。火山性低周波地震の活動について、新たな確率論的モデルを構築し、データとの比較から、この現象がプレート境界の低周波地震と類似のすべり現象らしいことを突き止めた。スロー地震と普通の地震の確率論的な違いについての考察を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は5編の論文を出版することができた。年度末の時点で4編の論文が投稿済みであり、今後順次出版される予定である。学会発表も多数行っており、他機関の研究者との共同研究も順調に進んでいる。唯一の想定外は、カリフォルニアのデータ解析を行うために雇用する予定だった研究員が雇用できなかったことである。その代わりにフランスとの国際共同研究を充実させることで対処した。その結果として、当初予定していなかった動的破壊核形成過程についての良い研究をまとめることができた。予定していたカリフォルニアのデータ解析を行う研究者については、次年度に確保できる目途がついた。上記理由により、おおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、(A)階層的固有性と決定論的震源プロセスのデータ解析、(B)スロー地震のデータ分析フロンティアの開拓、(C)確率論的地震モデルの高度化、の３サブカテゴリでデータ解析やモデル計算を進める。特任研究員の雇用を予定しているが、予定通りにいかない場合には、国際交流の増加を通じた新たな研究課題の追加で対応する。

(A) 階層性モデルにおける現実的地震サイクル計算を、日本海溝三陸沖の沈み込み帯を対象に行う。Chang and Ide (2021)の階層的破壊すべりの分析手法を、チリ沈み込み帯の繰り返し地震へ適用する。以前開発した動的震源核形成モデルについて、再検討し研究成果をまとめる。階層性の存在する場における、摩擦法則の空間不均質性とスケール普遍性の関係に関して検討を行う。
(B) 広帯域スロー地震分析法を完成し、日本全域及び他地域（メキシコ）に適用する。テクトニック微動をはじめとした各種スロー地震の潮汐応答を、世界各地で定量的に評価する。サンアンドレアス断層の低周波地震のメカニズム解析を進める。継続時間の短い微動の成因についてのモデルを完成させる。DASを用いた新しい地震データ解析手法を開発する。ひずみデータを用いたメカニズム推定法を開発する。
(C) 2D-BSEモデルを用いて、テクトニック微動とVLFEのサイズ分布の揺らぎの定量化を行う。2D-BSEモデルとOFCモデル等の様々な統計物理学的地震モデルとの関係をに明らかにする。昨年開発したスロー地震の予測モデルの改良を行う。テクトニック微動やスロースリップのイベント履歴を予測モデルに取り入れ、予測実験を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford University/University of Michigan/United States Geological Survey(米国)
• [Int'l Joint Research] BRGM/ENS, Paris/Universite Grenoble Alpes(フランス)
• [Int'l Joint Research] Universidad de Chile(チリ)
• [Int'l Joint Research] UNAM(メキシコ)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] Universidad de Chile(チリ)
• [Int'l Joint Research] BRGM/ENS, Paris/Universite Grenoble Alpes(フランス)
• [Int'l Joint Research] Stanford University/University of Michigan/USGS(米国)
• [Int'l Joint Research] UNAM(メキシコ)
• [Int'l Joint Research] GNS Science(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] Eight-year catalog of deep short-term slow slip events at the Nankai trough based on objective detection algorithm using strain and tilt records (2023)
  • Author(s): Yabe Suguru、Ochi Tadafumi、Matsumoto Norio、Itaba Satoshi、Kitagawa Yuichi、Matsuzawa Takanori
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01769-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modifications of epidemic-type-aftershock-sequence models for characterizing diffusive shear slips of deep long-period earthquakes (2023)
  • Author(s): Aso Naofumi、Terai Nozomi
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 234 Issue: 2 Pages: 1254-1267
  • DOI: 10.1093/gji/ggad125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Forecasting tectonic tremor activity using a renewal process model (2022)
  • Author(s): Ide Satoshi、Nomura Shunichi
  • Journal Title: Progress in Earth and Planetary Science Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00523-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiotemporal chaos of a one-dimensional thin elastic layer with the rate-and-state friction law (2022)
  • Author(s): Sumino Yutaka、Saito Takuya、Hatano Takahiro、Yamaguchi Tetsuo、Ide Satoshi
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Issue: 4 Pages: 043115-043115
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.043115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential applicability and limitations of radiation-corrected empirical Green's functions for point-source cases (2021)
  • Author(s): Shibata Ritsuya、Aso Naofumi、Oikawa Genki、Nakajima Junichi、Ide Satoshi
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 229 Issue: 2 Pages: 800-813
  • DOI: 10.1093/gji/ggab503
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Empirical Low‐Frequency Earthquakes Synthesized From Tectonic Tremor Records (2021)
  • Author(s): Ide Satoshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126 Issue: 12
  • DOI: 10.1029/2021jb022498
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hypocenter Hotspots Illuminated Using a New Cross‐Correlation‐Based Hypocenter and Centroid Relocation Method (2021)
  • Author(s): Chang Ta‐Wei、Ide Satoshi
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Solid Earth Volume: 126 Issue: 9
  • DOI: 10.1029/2021jb021991
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Long-term DAS observation on Shinkansen optical fiber and its application to natural earthquake observation (2023)
  • Author(s): Yoshimi, M., S. Ide, T. Enari, D. Taya, S. Iwata
  • Organizer: Slow-to-Fast Earthquake Workshop in Taiwan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep Mechanics along the San Andreas Fault through Focal Mechanisms of Low-Frequency Earthquakes near Parkfield (2023)
  • Author(s): Aso, N., M. Aso, D.R. Shelly, and S. Ide
  • Organizer: Slow-to-Fast Earthquake Workshop in Taiwan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Forecasting tectonic tremor activity using a renewal process model (2022)
  • Author(s): Ide, S., N. Nomura
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Objective SSE detection using tilt and strain data in the southwest Japan (2022)
  • Author(s): Yabe, S., T. Ochi, N. Matsumoto, and T. Matsuzawa
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-similar rupture process of deep low frequency earthquakes (2022)
  • Author(s): Oikawa, G. and N. Aso
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct Evidence of Strike-Slip Motion for Low-Frequency Earthquake near Parkfield (2022)
  • Author(s): Aso, N., M. Aso, D.R. Shelly, and S. Ide
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Resolving slip directions in the finite fault inversion with the radiation-corrected empirical Green’s function (2022)
  • Author(s): Shibata, R. and N. Aso
  • Organizer: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physics of fast and slow earthquakes and Science of Slow-to-Fast Earthquakes project (2022)
  • Author(s): Ide, S.
  • Organizer: Chile-Japan Academic Forum 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] テクトニック微動活動の予測実験：更新過程モデルを用いて (2022)
  • Author(s): 井出哲・野村俊一
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Self-consistent setting of heterogeneity with slip-weakening friction law (2022)
  • Author(s): Nishiyama, Y. and N. Aso
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Direct Evidence of Strike-Slip Motion for Low-Frequency Earthquake near Parkfield (2022)
  • Author(s): Aso, N., M. Aso, D.R. Shelly, and S. Ide
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Do deep low frequency earthquakes have the similar rupture growth process to ordinary earthquakes? (2022)
  • Author(s): Oikawa, G. and N. Aso
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 歪・傾斜データによる客観的SSE検出とGNSSで検知される四国東部SSEの検証 (2022)
  • Author(s): 矢部優・落唯史・松本則夫・松澤孝紀
  • Organizer: 日本測地学会講演会
• [Presentation] Scaling fast and slow earthquakes (2022)
  • Author(s): Ide, S.
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthetic tests of joint CMT analysis using translation and strain data (2022)
  • Author(s): Yabe, S., and K. Imanishi
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diffusional shear slip as the common mechanism for tectonic low-frequency earthquakes and volcanic deep-long-period earthquakes (2022)
  • Author(s): Aso, N.
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow-to-Fast Earthquakes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Science of Slow-to-Fast Earthquakes (2022)
  • Author(s): Ide, S., Y. Hamada, A. Yamaguchi, Y. Ito, Y. Tanaka, A. Kato, and T. Matsuzawa
  • Organizer: 2022 SAGE/GAGE Community Science Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Getting started on Science of Slow-to-Fast Earthquakes project (2022)
  • Author(s): Ide, S., Y. Hamada, A. Yamaguchi, Y. Ito, Y. Tanaka, A. Kato, and T. Matsuzawa
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preliminary forecasting model for tectonic tremor activity using a renewal process (2022)
  • Author(s): Ide, S., N. Nomura
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of slip diversity containing slip direction using slip inversion even with empirical Green’s functions (2022)
  • Author(s): Shibata, R. and N. Aso
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crustal Fluids Responsible for Diffusional Characteristics of Deep Volcanic Long-Period Earthquake (2022)
  • Author(s): Aso, N.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scaling relationship of low frequency earthquakes (LFEs) between duration and radiated seismic energy (2022)
  • Author(s): Oikawa, G. and N. Aso
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Objective Estimation of Mechanical Plate Boundary by Neural Network (2022)
  • Author(s): Nagai, E. and N. Aso
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Empirical low-frequency earthquakes synthesized from tectonic tremor records (2022)
  • Author(s): Ide, S.
  • Organizer: Seismological Society of America Annual Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Scientific achievements from onshore observation:Slow earthquakes in Mexico (2022)
  • Author(s): S. Ide
  • Organizer: SATREPS Mexico Final Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Very broadband strain-rate measurements along a submarine fiber-optic cable off Cape Muroto, Nankai subduction zone, Japan (2021)
  • Author(s): S. Ide, E. Araki, H. Matsumoto
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Potential applicability of the radiation-corrected empirical Green’s function to the multi-time-window method (2021)
  • Author(s): R.Shibata, N. Aso, G. Oikawa, J. Nakajima, and S. Ide
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The relationship between focal mechanisms of volcanic deep low frequency earthquakes and spatiotemporal stress pattern in Northeast Japan (2021)
  • Author(s): G. Oikawa, N. Aso, and J. Nakajima
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Extracting Diffusional Characteristics from Stationary Deep Long-Period Events (2021)
  • Author(s): N. Aso
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] テクトニック微動から低周波地震を抽出する (2021)
  • Author(s): 井出 哲
  • Organizer: 日本地震学会 2021年度秋季大会
• [Presentation] 東北日本の応力場の時空間変化によって引き起こされる火山深部低周波地震 (2021)
  • Author(s): 及川 元己・麻生 尚文・中島 淳一
  • Organizer: 日本地震学会 2021年度秋季大会
• [Presentation] マイグレーションの見えない点クラスターから拡散的な特徴を抽出する (2021)
  • Author(s): 麻生 尚文
  • Organizer: 日本地震学会 2021年度秋季大会
• [Presentation] Broadband spectrum of slow earthquakes, 3rd Cargese school on Earthquakes (2021)
  • Author(s): S. Ide
  • Organizer: Earthquakes 3rd Edition
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Broadband slow earthquakes (2021)
  • Author(s): S. Ide
  • Organizer: International Joint Workshop on Slow Earthquakes 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Very broadband strain-rate measurements along a submarine fiber-optic cable off Cape Muroto, Nankai subduction zone, Japan (2021)
  • Author(s): S. Ide, E. Araki, H. Matsumoto
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2021年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seismicity of Deep Long-Period events in Eastern Shimane Revealed by Campaign Observations (2021)
  • Author(s): 麻生 尚文・寺井 望
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2021年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 滑りインバージョンにおける放射パターンを補正した経験的グリーン関数 (2021)
  • Author(s): 柴田 律也・及川 元己・麻生 尚文・中島 淳一・井出 哲
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2021年大会
  • Int'l Joint Research