| 研究課題/領域番号 |
17K14385
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| 研究機関 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 |
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研究代表者 |
澤崎 郁 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, 特別研究員 (30707170)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 極値統計理論 / 区間最大振幅 / 非定常Frechet分布 / 最大地震動の予測 / 地震発生数の予測 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、本研究課題で最も重要な地震活動の予測法の開発に取り組んだ。昨年度までの研究で、観測点配置が悪い場合にエネルギー輻射量位置を誤って推定することが分かっていた。この結果を受けて、本年度はこれまでの手法を大幅に変更し、各観測点での地震動振幅のみから同じ観測点での将来の地震動予測を行う方法を開発した。具体的には、極値統計理論に基づき、各観測点で記録された一定時間毎（例えば１分間）の最大振幅が非定常Frechet分布に従うことを導き、防災科学技術研究所のHi-netで取得された連続地震動記録でこのことを確認した。非定常Frechet分布は、大振幅の発生頻度がべき乗則に従いかつ経過時間のべき乗で減衰する特徴を備えた関数形となっている。この分布は、中規模以上の地震や地震計で記録できないほどの大振幅では適用できないものの、余震の大部分を占める中規模以下の地震については良い精度で適用できる。次に、最尤法に基づき非定常Frechet分布を特徴づける３個のパラメータを推定し、得られたパラメータをもとに将来の地震発生数と地震による最大地震動を予測する手法を開発した。この手法を熊本地震の本震発生後３時間のデータに適用して、3-27時間後までの地震発生数を予測した結果、使用した25観測点のうち19観測点で、実際の地震発生数と予測数の比が0.5-2の範囲に収まった。一方、同じ時間帯について予測した最大地震動は多くの観測点で過大評価されたものの、95%信頼区間の範囲に入るものが大部分であった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は、本研究で最も重要な余震活動の「予測」に向けた具体的な課題を、ほぼすべて解決できる見込みが立った。当初の計画では余震による地震波エネルギー輻射量を予測することを考えていたが、地震動記録からエネルギー輻射量を推定する段階でそれなりの推定誤差が生じる。また、エネルギー輻射量の将来予測を正確に行えたとしても、それを地震動の予測につなげるためには、正確なエネルギー輻射位置推定法と適切な地震動予測式とを開発する必要があり、これにも大きな誤差が生じうる。本年度はこの研究計画を大きく変更し、エネルギー輻射量を求めることなく、各観測点での地震動記録のみから今後の地震動の推移を予測する手法を開発した。この手法を開発するにあたり、極値統計理論と呼ばれる、標本集団の最大値がしたがう分布を扱う理論が非常に役に立った。熊本地震発生後の連続地震動記録にこの理論が適用でき、地震発生後数時間のデータから地震動発生の将来予測を精度よく行えることを示した。この手法の開発により、エネルギー輻射量推定の誤差と、エネルギー輻射量から地震動を予測する際に伴う誤差の両方を考慮する必要がなくなり、推定手法が当初想定していたものよりも大幅に単純化され、かつ実用性の高いものとなった。以上の状況を踏まえて、本年度は当初の計画以上に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度開発した地震動予測法は、１観測点での地震動記録を統計処理することで、その観測点での将来の地震動予測を行うことができる。そのため、地震計のネットワークを必要とせず、現在観測点がない場所でも比較的安価にこのシステムを導入することができる。逆に言えば、観測点がない場所での予測については、基本的に周囲の観測点での推定結果から内挿・外挿するしかない。また、地震動記録が飽和することなく連続的に取得できることが前提であり、これらの条件を満たさない観測点では予測の精度が落ちる。実際、現在使用しているHi-net観測点は大きな地震動のときに飽和が生じるため、飽和記録をどのように補正するかは今後の課題である。また、Hi-netは地中に設置されている地震計であるため、これが地表で記録される最大振幅または震度とどのような対応関係にあるかを、経験的に確かめる必要がある。また、今のところ１分毎の最大振幅を用いて極値統計解析を行っているが、最大値をとる時間間隔がどのようであれば理想的かを示す明確な基準はない。この基準は観測点が設置されている地盤の状態や地震活動の活発さなどに依存する。明確な基準を示さなければ実用上混乱を生じる恐れがあるため、この点について調査を進める必要がある。さらに、数値実験により、この手法がどのようなタイプの地震活動に有効か、有効でないかを明らかにする必要もある。現時点では、推定した統計パラメータを真のパラメータとみなして予測を行っているが、実際にはパラメータ推定そのものに誤差が含まれるため、パラメータ推定の不確定性を考慮した予測を今後行っていきたい。以上のように、この手法を実用化する上で様々な考慮すべき事項が残っており、今後はこれらの点を調査、改善していきたい。
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