P波前重力信号地震学の創生：重力弾性完全結合モデルによる理論と観測の統合
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22K03772
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
亀 伸樹 東京大学, 地震研究所, 准教授 (90304724)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | P波前地震重力変化信号 / 地震 / 重力変化 / P波 / 地震早期検知 / P波前重力信号 / 地震検知 / 理論波形 / 緊急地震速報 / 歪計 |
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| Outline of Research at the Start |
地震で瞬時に生じる重力場変動を検出し、地下の地震発生を地震波到着前に知ることは、魅力的な考えであるが、信号検出は長らく成功しなかった。2011年M9東北沖地震発生を契機として、申請者の研究チーム他がデータ中にP波前重力信号を検出する標準的信号処理を確立した。本研究は、このP波前重力信号研究を、信号有無を議論する段階を超えて、新しい定量的科学の一分野に引き上げる。すなわち、現在の地震学が観測波形とそれを定量的に説明する理論波形との一致により大成功したように、P波前重力信号の新しい観測窓から地震を視て地震現象を明らかにする「P波前重力信号地震学」の枠組みを、理論と観測の信号波形の統合から構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震の動的破壊は、断層周辺と地震波が伝播する場所の両方に質量の変化をもたらします。これにより生じる重力ベクトルの変化はほぼ瞬時に伝わるため、P波より早く地震観測点に到達します。このP波の前に到達する重力ベクトル信号（P波前重力信号）は幾つかの大地震で検出されてきました。我々の研究グループは、2011年東北地方太平洋沖地震（Mw 9.1）に対するHi-net高密度傾斜計アレイデータを解析し、水平成分のＰ波前重力信号を探しました。現実的な地球構造モデルに対して計算された３成分合成波形の信号強度の分布に基づいて水平成分記録をスタッキングし、雑音レベルを明瞭に超えた水平信号を特定しました。さらに、F-net広帯域地震計アレイデータの垂直信号と組合せ、波形逆解析から震源パラメータを推定し、地震の傾斜角とマグニチュードをそれぞれ11.5ー15.3°とMw 8.75ー8.92の範囲に制約しました。従来の「地震波形」の解析においては、浅い地震に対して傾斜角とマグニチュードは二律背反の関係にあり両者を同時に決定できませんでした。この研究は、P波前重力信号の3成分を解析することで、この二律背反問題を解決できることを示しました。
しかしながら、この信号を早期巨大地震検知に利用するためには、これまで検出に成功してきた地震計加速度記録では、P 波前に生じる地動場変 位と重力場変位が地震発生後数十秒間互いに打ち消し合ってしまい、実際に観測される P 波前重力信号は立ち上がりが遅くなってしまいます。この特性は、即時検知には致命的な欠点となります。この欠点を乗り越えて早期地震検知を可能しすることを目指して、本年度は、P波前信号の他の計測器による測定を考える、すなわち、地震計とは異なる観測器、具体的には弾性歪みの測定を用いて、P波前に現れる重力場変動を検知する方法を検討しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
地震早期検知の実現する新たなP波前重力信号を検出する測定器として、地球の地殻歪みを測定するレーザー干渉型歪み計に注目した。レーザー干渉計は、地震計で課題点である 弾性変動と重力変動のキャンセリングの影響を受けず、2点間の距離を測定するため、信号検知の即時性には原理的全く問題のない検出器です。本年度は、レーザー干渉計によるP波前弾性歪み信号の検出可能性を評価するために、2011年東北地震における日本付近でのP波到達前の理論歪み最大振幅分布図を作成しました。理論信号波形の合成には Zhang et al. (2020)と Wang et al. (2017)によって開発された計算コードQSSPPEGS_potential_Code を用いました。この計算コードは、従来の長周期地震波形合成計算と同じ弾性重力完全結合の方程式を用いて現実的な地球構造におけるP波前重力信号の歪み成分の波形合成が可能になります。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度求めた2011年東北地震における日本付近でのP波到達前の理論歪み最大振幅分布図を基準に定め、レーザー干渉計の設置サイトでの実記録に基づきノイズスペクトルの解析からその検出感度の下限値を決定し、両者を比較し信号検出可能性の評価を行います。東京大学地震研究所は富山県神岡鉱山のサイトに プロトタイプの100 m 基線長レーザー 干渉計を設置している。2011年東北地震の記録が取れているので、これを解析する予定です。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
