Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

GPS / 逆解析 / 地域応力場 / 地域歪場 / 地域弾性係数 / 非線形最適問題 / モニタリング / 大規模数値解析 / 解析解 / 数値シミュレーション / 地域ひずみ場 / 数値解析 / 応力関数 / バックスリップ / 特異摂動

本研究の目的は地殻変動モニタの開発である.このモニタは,PSネットワーク電子基準点を含む地域に対し,計測されたデータから歪場の増分を計算し,釣り合い式を満たすよう,地域弾性係数とそれに伴う応力場の増分を推定するものである.応力場の推定を行う逆解析理論は全く新しい理論であり,それに基づく大規模数値解析手法を構築し,地殻変動モニタをコード化している.地殻変動モニタの妥当性は数値実験によって検証されている.離散的に計測されるデータに含まれる誤差を陽に取り扱っているため,安定した数値解析が可能であり,誤差の大きさに応じて,推定される弾性係数や応力場の確からしさが変化する.また,誤差が含まれるにもかかわらず,データ数が増えるほど推定される弾性係数の信頼度が向上する.実際のGPSデータを利用して地殻変動モニタの有効性を検証した.データの質と量を勘案し,地域のポアソン比の推定を行った.他に比べ計測データの変動が大きい地域ではポアソン比を推定することはできなかったが,それ以外の地域では0.2から0.3の間でポアソン比の推定が可能であった.この値はS波とP波の速度比から推定されるポアソン比と調和的である.なお,推定できない地域を除けば,列島の多くの部分では,ポアソン比はほぼ一様の値をとるか滑らかに変化するかのどちらかであるが,空間的に急変する地域もある.データの誤差に起因するモニタが推定する値の確からしさを定量的に評価するため,確率モデルとその解析理論を別途構築しモニタに適用している.

GPS / 逆解析 / 地域応力場 / 地域ひずみ場 / 数値解析 / 応力関数 / バックスリップ / 特異摂動 / 応力推定 / 構成則推定 / 列島モデル / 数値計算 / 断層 / 地域不均一性

本研究は,GPSによって計測される列島の変位・ひずみデータを逆解析することによって,列島各地域の大局的地殻変動と地域的地殻変動を決定し,地域毎の応力分布と構成則を推定することを試みたものである.現時点での研究の主要な成果は次の3点として整理される.
1)地殻変動の原因はプレート運動と地域の非均一性である.プレート運動は大局的地殻変動を引き起こし変位増分として観測されること,地域毎の非均一性は局所的地殻変動としてひずみ増分として観測されることを,特異摂動展開を用いて示した.
2)大局的地殻変動はプレート境界のバックスリップによる.数理的技巧を用いずに変位増分からバックスリップを推定するために,スペクトル分解を用いた逆解析手法を考案した.この手法の特徴は,観測可能な地殻変動モードとそれに対応する推定可能なバックスリップの分布モードをGPSの計測精度に応じて決定し,データからこのモードを推定するところにある.
3)局所的地殻変動を推定するために,ひずみ増分に関しては平均ひずみの計算方法を,応力増分に関しては応力逆解析の利用を提案している.平均ひずみの計算方法はGPS観測点が作る三角形領域の平均ひずみを変位の微分をとることなく求めるものである.応力逆解析手法は,エイリーの応力関数を用いることで,平衡状態にある応力成分をひずみから推定する手法である.
スペクトル分解を用いた逆解析手法と応力逆解析はともに新しい逆解析手法である.その妥当性は数値シミュレーションによって検証されているが,特に後者については,未知の材料サンプルを用いたモデル実験を行い,手法の実用性も実証している.実際のGPSデータを用いた数値計算を行い,地域毎の広域応力分布・構成則の推定が可能であることを示している.得られた応力分布・構成則は決して非現実的なものではないものの,現時点では,この応力分布や構成則の妥当性は検証されていない.しかし,高密度に計測されるGPSデータを用いた解析として,開発された二つの逆解析手法が有効に働くことは示されており,さらなる研究が期待されている.実際,この逆解析手法に基づく「地殻変動モニタ」が開発中である.地質構造や地震に関するデータとの比較により,解析結果の有効性を示すことと同時に,地殻変動の予測への拡張が計画されている.

【研究分担者】
小国健二	東京大学	地震研究所	助手	(Kakenデータベース)
加藤照之	東京大学	地震研究所	教授	(Kakenデータベース)