測地データと物理モデルを融合した断層摩擦特性の推定手法の構築

开发一种结合大地测量数据和物理模型来估计断层摩擦特征的方法

基本信息

批准号：
18K03776
负责人：
福田淳一
金额：
$ 2.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

測地学的に観測される余効変動は主に断層における余効すべりとマントルの粘弾性応力緩和の寄与の和であると考えられている。従って、余効変動の観測データに基づき、断層の摩擦特性やマントルのレオロジーを明らかにすることができると考えられる。本研究では、応力によって駆動される余効すべりと粘弾性緩和の物理モデルを用いて、断層の摩擦構成則のパラメータやマントルのレオロジーのパラメータの空間分布を測地データに基づいて推定する手法の構築を行っている。パラメータの最適値のみならず、その不確実性を明らかにするために、本研究ではパラメータ推定の逆問題をベイズ的に定式化し、パラメータの事後確率分布を推定することを目指している。しかし、パラメータの空間分布を推定する問題では、未知パラメータ数が非常に多くなるため、事後確率分布推定は計算コストが非常に高く困難である。事後確率分布を現実的な計算コストで推定するために、iterative ensemble smootherに基づく近似推定手法を開発した。この手法では、事前確率分布からサンプルを観測データとモデル計算結果に基づいて反復的に更新し、最終的に事後確率分布を近似するガウス分布からのサンプルを得る。この手法の性能を評価するために、モデルを用いて人工的なGNSS時系列データを作成し、このデータからモデルのパラメータ（断層の摩擦構成則のパラメータ、マントルのレオロジーのパラメータ、地震時の応力変化等の空間分布）の事後確率分布を推定した。その結果、推定された事後確率分布の平均が真値を良く再現できることを確認した。また、地震時の応力変化が大きい場所でパラメータの不確実性（事後確率分布の標準偏差）が小さいという妥当な結果が得られた。

大地观测到的后效应变形被认为主要是后滑移对断层的贡献和地幔粘弹性应力松弛的贡献之和。因此，根据效应后变形观测数据，阐明断层摩擦特性和地幔流变特性是可能的。在这项研究中，我们开发了一种基于大地测量数据，使用应力驱动后滑和粘弹性松弛物理模型来估计断层摩擦本构定律参数和地幔流变参数空间分布的方法。为了明确参数的最优值及其不确定性，本研究旨在以贝叶斯方式制定参数估计的逆问题并估计参数的后验概率分布。然而，在估计参数的空间分布问题中，未知参数的数量极其巨大，因此估计后验概率分布的计算量极其昂贵且困难。为了以实际的计算成本估计后验概率分布，我们开发了一种基于迭代集成平滑器的近似估计方法。该方法根据观测数据和模型计算结果对先验概率分布样本进行迭代更新，最终得到逼近后验概率分布的高斯分布样本。为了评估该方法的性能，我们使用模型创建了人工 GNSS 时间序列数据，并根据该数据分析了模型的参数（断层摩擦本构律参数、地幔流变参数、地震期间的应力），并估计了后验概率。分布（空间分布变化等）。结果，我们证实估计后验概率分布的平均值可以很好地再现真实值。此外，在地震应力变化较大的地方，参数不确定性（后验概率分布的标准偏差）较小，得到了合理的结果。