2021 Fiscal Year Research-status Report
Inversion method to detect multiple stress tensors and friction coefficients from fault-slip data
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21K03720
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 活志 京都大学, 理学研究科, 准教授 (70509942)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 応力逆解析 / 摩擦係数 / 小断層解析 / 構造地質学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は，応力と摩擦係数を同時に決定する逆解析法開発の最初の試みとして，複数の解（応力と摩擦係数の組）の可視化方法を考案した．応力逆解析法では４つのパラメタ（３つの主応力軸方位と応力比）を決定する．これらに摩擦係数を加えた５つのパラメタを可視化するため，２つのステレオ投影図に応力比による色付けと摩擦係数による色付けを施した４つのグラフによって解を表現した．
可視化に際しては，目的関数値が相対的に大きい解のみを表示することで有意な解を検出した．目的関数は，応力逆解析で用いられるミスフィット角（観測された断層変位方向と，応力から算出される剪断応力方向から期待される変位方向との残差）と断層不安定度（断層面の方位と応力と摩擦係数によって定まる断層の滑りやすさ）とから構成した．
以上の可視化法の効果を確かめる数値実験を行ったところ，主応力軸方位が45°程度，応力比が0.3程度（最大は1），摩擦係数が0.7程度異なる２つの解を明瞭に分離検出できた．目的関数値は，その応力によって動いた断層の数だけでなく多数の断層面の集中度にも依存するので，グラフから断層数を推定することは難しいことが分かった．
考案した可視化法を，大分市南部に分布する更新統碩南層群を切る小断層群に適用した．この地域は別府島原地溝の東端にあたり，現在は南北伸長テクトニクスが進行している．解析の結果，南北引張応力に加えて東北東-西南西引張応力が検出された．摩擦係数は前者が1程度，後者が0.6程度だった．前者は現在の地震活動から推定される応力に一致する．後者の応力が古期のものであるとすると，断層面が繰り返し利用されて断層破砕帯が成熟（岩石が細粒化して粘土鉱物が増加）することで，摩擦係数が低下した可能性がある．
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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
手法開発はほぼ順調に進められた．解析結果の可視化法の開発により，模擬データを用いた数値実験において期待通りの結果が得られた．解の視認による任意性排除のため，確率分布のあてはめによる自動認識を目指して開発を開始したが，有効な手法確立には未だ至っていない．また，解析の精度（誤差範囲）の評価は今後の課題として残っている．
天然の断層データ収集は，感染症蔓延のため遠隔地での地質調査が効率よく進められないので近隣地域で行った．未だ解析に使用できるほどのデータ量は集まっていないので，新手法の性能検証は以前の研究で収集したデータの再解析により進めた．可視化法による解析結果は，地域地質・層序に照らして妥当なものが得られた．
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| Strategy for Future Research Activity |
解析結果をグラフに可視化し，解析者が視覚的に解（応力と摩擦係数の組）を認定する方法では，解析者の主観の影響を排除できない．そこで複数の解を自動的に検出するため，確率分布モデルの適用を試みる．解の数（テクトニックなイベントの数）の決定には，ベイズ情報量基準の利用を試みる．必要であれば確率変数（応力と摩擦係数）の表現方法を検討し，解空間を最適化する．
新手法の有効性を検証するため，応力や摩擦係数が地質時代に変化したと見込まれる地域で天然の断層データの収集を行う．地質調査の対象は，層序や堆積年代が良く調べられている新第三紀から第四紀にかけての堆積層とする．具体的には，中央構造線沿いの応力変動史を記録していると考えられる碩南層群・大分層群（大分県），プレート運動史を反映すると期待される前弧域の堆積層として安房層群および上総層群（千葉県）を候補とする．
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| Causes of Carryover |
感染症蔓延のため遠隔地に長期滞在して地質調査を行う方針を変更し，近隣で地質調査を行った．また国際学会への現地参加も見合わせたため，旅費の余剰が生じた．今年度は遠隔地での調査を計画するが，実施できない場合は断層データ取得の精度向上のため，観測機器の購入を検討する．
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