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本研究では、プレート境界における巨大地震に続いて観測される余効変動の2つの主要なプロセスであるプレート境界面における余効すべりとマントルの粘弾性応力緩和の双方を考慮した余効変動の物理モデルの構築を行った。このモデルでは、地震時の応力変化によって余効すべりと粘弾性緩和が駆動され、余効すべりの時間発展は速度・状態依存摩擦構成則に従うと仮定した。このようなモデルの構築により、測地学的に観測される余効変動に対する余効すべりと粘弾性応力緩和の寄与を客観的に分離することが可能になると考えられる。このモデルでは、階層型行列法を導入して計算時間の短縮を図った結果、M9クラスの巨大地震の余効変動にも適用することが可能になった。そこで本研究では、2011年東北地方太平洋沖地震後の陸上のGPS及び海底地殻変動データを用いて、モデルパラメータの推定を試みた。
モデルの入力パラメータを変化させて余効変動を計算したところ、様々なパラメータが余効変動の時空間的なパターンに影響を与えることが分かった。このようなパラメータとして、地震時のすべり分布、プレート境界面の摩擦パラメータ、プレート境界面の固着域の分布、マントルの粘性率、プレート及びスラブの厚さ等が挙げられる。特に、地震時のすべり分布とマントルの粘性率の空間分布はモデルから計算される余効変動の空間パターンに大きな影響を与えることが分かった。また、上下変位は水平変位に比べて、上記のパラメータの多くに敏感であることから、上下変位データがパラメータの拘束に有効であると考えられる。
このように多数のパラメータが余効変動の時空間パターンに影響を与えることから、モデルパラメータとその不確定性を客観的に推定することが重要である。そこで、マルコフ連鎖モンテカルロ法の高速化等、本研究のモデルと観測データに適用可能なパラメータ推定手法の検討を行った。
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