2020 Fiscal Year Annual Research Report
ＧＮＳＳ搬送波位相を活用した測位を伴わない広帯域地殻変動モニタリング手法の開発
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19J20145
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 優介 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | GNSS搬送波位相 / 時系列安定化 / 連続推定 / 海溝型巨大地震 / 初期余効すべり / 広帯域化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はGNSS搬送波位相変化から直接断層すべりを推定する手法，PTSを用いた広帯域な断層すべりモニタリングの確立を目的とする．2020年度はGNSSの適用が最も遅れていた初期の余効すべりの推定のために，まず時系列の安定化のためのアルゴリズムの改良を施した．具体的には一度推定された地震時断層すべりの寄与を保存させることで，以降の時間帯に新たに発生した断層すべりのみを扱う手法を考案した．これにより推定時系列のドリフトが抑制され，地震発生直後の時間帯を安定的に扱うことが可能となった．さらに前年度に引き続き，ハイパーパラメータの最適化も進めた．上記を踏まえて2011年東北地方太平洋沖地震の本震と余震の断層すべり，さらには本震直後の初期の余効すべりの全てをPTSで連続的に推定することを試みた．その結果，本震と岩手県沖・茨城県沖で発生した余震については通常測位による推定とよく一致する断層すべり・マグニチュードが得られた．そのうえで，本震時のすべりに追加でゆっくりした継続的な断層すべりの増加が推定された．すべり増加は本震で大きくすべった領域に隣接する陸寄りの断層域で顕著に示され，初期余効すべりが推定されたものという結論に至った．すべり量は本震後の33分間で0.2～0.5m程度，換算マグニチュードはMw7.4～7.5相当となった．年度の後半はこれらの結果の妥当性評価を進め，結果が充分に有意であることを示した．また領域毎のすべり増加速度等に，通常測位による推定では得られていない新たな特徴が含まれる可能性も示した．以上のように本年度は，地震時から地震後に至る過程の幅広い時間スケールと量の断層すべりの時空間発展を，一括で連続的に推定することに成功した．このような推定は前例がなく，PTSによる広帯域断層すべりモニタリングの実現に近づく重要な成果として学会関係者からも高い評価を得ている．
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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
上記の概要のように2020年度は，地震時から地震後に至る過程の断層すべり現象を連続的に推定することに初めて成功した．これは同手法の広帯域な活用の実現に向けた大きな進展であり，特に非地震性のゆっくりした断層すべり現象を捉えることができたのは前年度からの最大の進捗といえる．地震直後の数分から半日の期間はGNSSの適用が最も遅れていた時間領域であり，その補完という本研究の最大の目的に到達しつつある点で，本年度の結果は非常に意義が大きい．また本年度は学会における他の研究者との意見交換も進み，PTSの特性や推定結果の解釈といった専門的な議論と，同手法の地震モニタリングへの活用と言った社会実装に注目した議論の双方で進展があった．しかしながら議論の中心はあくまでも推定結果自体の信頼度や妥当性，またPTSの検出能力や活用方法の側に置かれた．そのため推定された各すべり現象の関係性や支配物理のような，普遍的な震源と断層の議論には到達していない．また本年度に推定したのは地震直後の数十分のみであり，本研究で注目する数分から半日の時間帯域のうち一部にとどまる．以上のように本年度は本研究で最も注目する，地震直後の初期余効すべり現象を推定することに成功した．一方でその取り組みは基礎的な検出能力の評価にとどまったといえる．また網羅した時間領域も限定的であり，多くの発展的な議論が将来課題として残っている．これらより研究の進捗はおおむね予定通りであると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究成果により，PTSを用いた広帯域断層すべりモニタリングの実現可能性が着実に示されつつある．今後の更なる進展のためには，第一に適用可能な時間領域を引き続き広げる必要がある．これまでに取り扱った時間スケールは数分から数十分の間にとどまる．数分より短い時間スケールを適切に扱うためには地震時の高速なすべり伝搬や，それに引き続く地震動の影響に対応する必要がある．このために動的なグリーン関数を導入し，時間遅れを有する応答や振動現象を扱えるようにする．次に数十分以上の長い時間スケールについては，まず本年度も行ったような時系列安定化の取り組みを継続する．そしてデータを延長し，より長い期間での推定を試みる．第二に変動源の切り分けを進める必要もある．本年度に得られた推定結果には，明らかにプレート境界のすべりとしては不合理な挙動も確認されている．推定の更なる高度化のためには局所的な地殻変動や基準座標系誤差，平滑化拘束の影響といった種々の要因を取り除く必要がある．このために推定時系列の挙動をさらに詳細に調べ，グリーン関数の改良や二重差分生成方式の最適化，未知数の追加といった策を講じる．これらによって地震後半日までの初期余効すべり時空間発展をより高精度に得る．そして，第三に推定結果を用いて，普遍的な震源物理の議論を行う．例えば本震・余震によるすべりや半日より後の余効すべりのような，他の期間の断層すべり現象との時空間的関係を議論する．そして地震発生サイクル全体のすべり収支における，初期余効すべりの寄与を検証する．また，断層すべり時間発展を支配する摩擦特性の議論も考えられる．これらのような発展的議論を通じ，地震発生サイクルの統一理解という本研究の波及効果の実行と検証を試みる．
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Research Products
(5 results)
