| 研究課題/領域番号 |
20K14574
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
大谷 真紀子 東京大学, 地震研究所, 助教 (80759689)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 余効変動 / 粘弾性変形 / 断層すべり / データ同化 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、巨大地震発生後に観測される余効変動データから、断層面上で起こる余効すべりと地下深部の粘弾性領域で起こる粘弾性変動の両者を切り分け、変動の推移及び物性パラメタを推定することを目的とした手法開発を行う。推定手法にはデータと数値モデルの統合を行うデータ同化手法を用いる。データ同化手法には大きく分けて、逐次データ同化と変分法の二つの手法が存在する。EnKFは四次元変分法(4DVAR)に比べて導入が容易であるため、本研究ではこれまでに巨大地震の発生による応力擾乱によって駆動される地下の粘弾性変形問題において逐次データ同化手法であるEnKFの適用可能性を調べたが、4DVARにはEnKFよりも少ない計算量で行えるなどの利点がある。そこで本年度は、ある同一の断層すべり問題に対してEnKF及び4DVARのそれぞれを用いた断層すべり・摩擦パラメタ推定の数値実験を行い、これら手法による推定結果の違いを調べた。断層すべり問題において、4DVARは巨大地震後の断層面上の余効すべりに対して、またEnKFは断層面上で繰り返すゆっくりすべり (SSE)に対して過去の既往研究で既に適用されている。本研究ではHirahara and Nishikiori(2019)のEnKFを用いた連続体中のSSE同化実験と同じ設定を採用し、両手法の比較実験を行った。本研究では4DVARの適用において、SSEが繰り返し発生するという状況を前提とし、摩擦パラメタを同化対象とした4DVARを初期の強度分布を更新しながら繰り返し行う反復法を新たに考案し、モデル変数及びパラメタを推定することに成功した。EnKF及び本研究の反復法を用いた4DVARによる推定結果は、一周期分のSSE地殻変動データに対して同等であった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
断層すべりの時間発展モデルとして、連続体中の断層面に岩石実験から得られた速度状態依存摩擦則(RSF則)が働くモデルがよく用いられる。モデル変数は断層面のすべり速度・剪断強度であり、ある時刻のこれらの値と、一般に未知である断層面上の摩擦パラメタが決まれば、断層すべりの時間発展が計算される。データ同化では時間発展モデルに対して、データを尤もよく説明するモデル変数・パラメタの推定を行うが、断層すべり問題においては、限られた期間の地表面変位をよく説明する解は複数存在することが問題となる。巨大地震後の余効すべりや繰り返すSSEなどこれまで既にデータ同化手法が適用されている問題においても同様である。
本研究ではSSEを対象とした断層すべり問題においてEnKFと4DVARの二つの手法を行なったが、4DVARの適用の際にはデル変数・パラメタの両者を同化変数として扱うことは困難であった。ある時刻の断層面のすべり速度はデータ同化の実施前にGNSS観測から凡そ拘束が可能であるため既知であるとできるが、剪断強度を事前に推定することは難しい。そこで本研究ではある適当な初期摩擦強度に対して摩擦パラメタのみを同化対象とした4DVARを行い、その結果現れた初期値と同じすべり速度に対する剪断強度の値を新たに初期摩擦強度として設定し、再度摩擦パラメタのみを同化対象とした4DVARを繰り返す、反復法を考案した。この操作は、同じ断層すべり速度・摩擦強度が再び現れるというSSEの繰り返す性質を条件として加えることに相当する。反復法は摩擦強度・パラメタ値に収束し、強度・摩擦パラメタ推定が改善された。データ期間の限定による解の一意性の問題は本手法によって完全に解決するわけではないが、新たな条件を課すことによってその範囲を狭めることができる。今後この知見を活かして余効変動の推定を行う。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、これまでに構築した地震によって励起された粘弾性変動及び余効すべりを同時に模擬する時間発展モデルに、データ同化手法であるEnKF法及び4DVARを適用する。過去に行ったEnKF法で粘弾性変形の変形・粘性率を推定する数値実験においては、粘弾性変形による地表面の変位量をデータとして、データ同化を行った。一方余効すべりはその時間発展モデルの性質から、モデルと直接比較可能な量は地表の変位速度である。実際の地殻変動データを利用する際には、変位量をデータとする方がデータをそのまま使えるので適しており、余効すべりによる変動の同化部分に工夫が必要である。4DVARにおいては、本年度の研究により断層強度に関する条件の追加が断層すべりの推定結果の改善に重要な役割を果たすことがわかった。余効すべりにおいても同様に断層強度に条件を課すことができるかを考え、同化手法に導入する。手法構築の後、シンプルな設定での模擬データを用いた数値実験を行い本手法により断層面上の余効すべり及び粘弾性変形の同時推定が可能であるかを調べる。本研究に用いた粘弾性時間発展計算手法は、粘弾性領域において不均質な粘性構造を扱うことができる点が特徴であり、どのような構造が推定可能であるか等手法の適用範囲を調べる。ただし断層すべりと粘性変形とのトレードオフが予想されるため、温度構造等新たな条件を導入する等の工夫を行うことも考える必要がある。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本来国際学会や国内での学会、研究打ち合わせ等に使用するための旅費を計上していたが、コロナによる昨今の状況においてこれらの使用計画がなくなった為。来年度においては、本年度から繰り越した分を論文の出版費用や学会参加旅費に用いる予定である。
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