Challenge to the simultaneous estimation of earthquake and subsurface structure based on seismic waveforms

Research Project

Project/Area Number	21K14019
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
Research Institution	National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
Principal Investigator	久保久彦国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震津波火山ネットワークセンター, 主任研究員 (00795221)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords	地震波形 / セントロイドモーメントテンソルインバージョン / トランスディメンジョナルインバージョン / 地震動エミュレーション / 地震 / 地下構造 / 同時推定 / エミュレーション
Outline of Research at the Start	地震時に観測される波形記録には地震と地下構造の両方の情報が含まれているが、従来の解析では解析上の都合から地震もしくは地下構造の「どちらか」しか推定することしかできなかった。その場合、もう片方の情報は単純化した上で、別途得られた情報で仮定することになるため、推定したモデルがこの仮定や単純化によって歪められてきた可能性がある。この状況を打破し、地震波形をフルに生かす形で、地震と地下構造モデルの「両方」の情報を同時推定することに本研究は挑戦する。この推定技術を確立することによって、解を歪める仮定や単純化が入り込まない形で、地震という断層破壊現象および地球の地下構造の真の姿を解明することが可能となる。
Outline of Annual Research Achievements	地震時に観測される波形記録には地震と地下構造の両方の情報が含まれているが、従来の解析では解析上の都合から地震もしくは地下構造の「どちらか」しか推定することしかできなかった。その場合、もう片方の情報は単純化した上で、別途得られた情報で仮定することになるため、推定したモデルがこの仮定や単純化によって歪められてきた可能性がある。この状況を打破し、地震波形をフルに生かす形で、地震と地下構造モデルの「両方」の情報を同時推定することに本研究は挑戦する。2021年度は、地震波形から地震の震源情報もしくは地下構造を推定する手法に関しての個別の開発を中心として行った。１．地震波形から地震の震源情報を推定する手法の一つにセントロイドモーメントテンソルインバージョン（地震のセントロイド位置・モーメントテンソル解を推定）がある。同手法における解の探索の効率性の向上を図ることを目的として、ベイズ最適化を用いた新手法を開発し、理論テストを通じてその有用性を検証した。２．トランスディメンジョナルインバージョンを用いた地震波形に基づく地下構造推定手法に関して、既往研究の整理を行うとともに、これまでに行ってきた研究の整理および課題の洗い出しを行い、手法の高度化を行った。３．地震波形から地震の震源情報と地下構造を同時推定する手法、および地震動シミュレーションを深層学習したサロゲートモデルによる地震動エミュレーション手法に関する基礎的な検討を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2021年度は当初の計画に沿って研究開発を行った。具体的には、地震波形から地震の震源情報もしくは地下構造を推定する手法に関しての個別の開発と高度化を行うとともに、それらを統合した同時推定手法と地震動シミュレーション手法に関する基礎的な検討を進めた。以上のことから、交付申請書に記載した研究目的、研究実施計画に従い、おおむね順調に進展していると考える。2022年度以降の研究実施計画について現時点で特段の問題はない。
Strategy for Future Research Activity	当初の計画に従って、研究を継続する。2022年度は、地震波形から地震と地下構造モデルの両方を同時推定する解析手法の開発と理論テストにより検証を行うとともに、地震動エミュレーションのアルゴリズム実装と性能検証を行う。関連する資料文献の購入、国内外の学会等に参加し、研究成果の発表や関連する知見の収集を進める。研究に関連する資料収集や研究成果の発表を行うために、国内外の関連学会に参加する。