Precise determination of plate structure beneath Kii Peninsula by full waveform inversion of receiver functions
| Project/Area Number |
21K03722
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
澁谷 拓郎 京都大学, 防災研究所, 教授 (70187417)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | レシーバ関数 / フルウェーブインバージョン / 3次元地震波速度構造 / 紀伊半島 / フィリピン海スラブ / 固体地球物理学 / 地震 / 自然災害 / ハイパフォーマンス・コンピューティング / 南海トラフ巨大地震 |
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| Outline of Research at the Start |
南海トラフ巨大地震の震源域であり、破壊開始点であり、強い地震波の経路である紀伊半島の地下の3次元地震波速度構造を、レシーバ関数（地下の地震波速度不連続面でP波からS波へ変換する波を抽出した波形）のフルウェーブインバージョン（波形全体を用いた逆問題の解法）により、正確に推定し、南海トラフ巨大地震の規模や強震動の予測の高度化とその背景にあるプレートから放出された流体の挙動や流体とスロー地震の関係などの基礎的な研究を推進する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、紀伊半島において10年間にわたり行った臨時観測等で取得した地震波形データから得た多数のレシーバ関数を用いて、フルウェーブインバージョンを実行し、紀伊半島下に沈み込むフィリピン海プレートの上面やその上方に位置する大陸モホ面の形状とそれらを含む深さ100kmまでの領域の地震波速度の3次元構造を従来の解析手法の数分の1の分解能で推定することを試みる。それにより、南海トラフ巨大地震の規模や強震動の予測の高度化とその背景にあるフィリピン海プレートの形状やプレートから放出された流体の挙動や流体とスロー地震の関係などの基礎的な研究の深化に貢献することを目的とする。
令和5年度は、有限差分法に基づく3次元粘弾性体中の地震波伝播の数値シミュレータであるOpenSWPCを用いて、フィリピン海スラブを単純化した傾斜構造モデルに対してレシーバ関数を計算することを試みた。高周波近似の波線理論に基づいて同じ傾斜構造モデルに対して計算されたレシーバ関数と比較すると、主要なPS変換波については、走時はほぼ合っているが、振幅にはかなりの差異が認められた。計算ノイズと思われる小振幅の波が目立つ結果が散見された。OpenSWPCによる計算では、モデル領域の設定、速度構造のグリッド間隔、計算する地震波のサンプリング間隔などについての調整が必要であることがわかった。
フルウェーブインバージョンの初期モデルの作成に有用となる、レシーバ関数から1次元S波速度構造を推定する遺伝アルゴリズム（GA）の改良を行った。各世代の最も良いモデルを残しつつ、ランダムな大きさで発生する「絶滅」により多様性も確保するというアイデアを実装した。Computational Geosciencesに掲載される予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
データの準備においては、フルウェーブインバージョンで用いるレシーバ関数の選別作業中にデータサーバが故障し、バックアップデータをフルウェーブインバージョン用の計算機にコピーし、再度、レシーバ関数の選別をし直したため。
理論波形の計算においては、当初予定していたプログラムより小規模の計算機でも実行可能であるOpenSWPCに乗り換えたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度には、OpenSWPCによるの理論計算において、モデル領域の設定、速度構造のグリッド間隔、計算する地震波のサンプリング間隔などについての調整を行い、単純化されたモデルから始めて、フルウェーブインバージョンの初期モデルについても、レシーバ関数を計算できるようにする。
加えて、改良版のGAを用いて、各観測点の到来方向ごとのレシーバ関数から1次元S波速度構造を推定し、それらをマッピングして、フルウェーブインバージョンの初期モデルを作成する。
本研究のまとめとして、得られた速度構造モデルから、フィリピン海プレートの上面や大陸モホ面等の形状を求める。また、低速度異常域の分布からプレートから放出された流体の挙動を推察し、スロー地震との関係や南海トラフ巨大地震の震源断層であるプレート境界面の状態について議論する。
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Report
(3 results)
Research Products
(1 results)
