GPSデータの逆解析による日本列島の地殻内弾性-非弾性歪みテンソル場の推定

利用 GPS 数据反演估算日本列岛地壳弹性-非弹性应变张量场

基本信息

批准号：
08J11022
负责人：
野田朱美
金额：
$ 0.38万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

日本列島の地殻の変形は現在も進行中であり,今やGPS観測を通じて直接捉えることができる。GPSデータから水平歪み速度場を推定する最も正統的な手法は,逆解析により変形勾配テンソル成分を求めるShen et al.(1996)の方法である。しかし,GPS観測は地表面に沿って2次元的に行われるため,変位ベクトルの鉛直勾配3成分を得ることができず,従来の幾何学的歪み解析では,水平歪み3成分しか求めることができなかった。また,観測された歪みを弾性部分と非弾性部分に分離する問題も,地殻の変形メカニズムを理解する上で本質的に重要であるにも拘わらず,未解決のままであった。そこで,これらの問題を一挙に解決するため,地殻変形の原因をモーメントテンソルで表現し,物理モデルを介した歪み解析によりGPSデータから3次元弾性/非弾性速度場を推定する理論を構築した。さらにこの物理的歪み解析の考え方に基づいて全く新しい逆解析手法を定式化した。この逆解析手法の有効性を確かめるために,先ず,模擬データを用いたテスト解析を行った。その結果,モーメント密度テンソルの等方成分と偏差成分への分解は充分に可能であることが分かった。また,空間分解能に関しては,GEONETの平均20km間隔の観測点配置でも,3次元的なモーメント密度テンソル分布の全体的特徴は捉えられることが分かった。次に,この解析手法をGPS水平速度データ(1996-2000)に適用し,新潟-神戸変形集中帯の3次元弾性歪み速度場及び非弾性歪み速度場の分離推定に初めて成功した。解析結果から,領域中央部の地表近くで顕著な弾性体積収縮が進行しているのに対し,より深部の上部地殻では非弾性剪断変形が進行していることが明らかになった。弾性歪みと非弾性歪みを足した全歪みの地表でのパターンは,同じGPSデータをShen et al.(1996)の方法で解析したSagiya et al.(2000)の結果と調和的になった。以上の内容はGeophysical Journal Internationalへ2009年度中に投稿予定である。

日本列岛地壳的变形仍在持续，现在可以通过GPS观测直接观察到。根据GPS数据估计水平应变速度场最传统的方法是Shen等人(1996)的方法，该方法通过反演计算变形梯度张量分量。然而，由于GPS观测是沿地表进行二维观测，无法获得位移矢量的三个垂直梯度分量，而常规的几何畸变分析只能获得三个水平畸变分量。此外，将观测到的应变分为弹性部分和非弹性部分的问题仍未解决，尽管它对于理解地壳的变形机制至关重要。因此，为了一次性解决这些问题，我们构建了一种理论，该理论使用矩张量来表达地壳变形的原因，并使用物理模型进行应变分析，根据 GPS 数据估计三维弹性/非弹性速度场。此外，我们基于这种物理应变分析的思想，制定了一种全新的逆分析方法。为了证实这种逆分析方法的有效性，我们首先利用模拟数据进行了测试分析。结果表明，可以将矩密度张量分解为各向同性分量和偏离分量。在空间分辨率方面，发现即使GEONET观测点平均间隔20 km，也能捕捉到三维矩密度张量分布的整体特征。接下来，我们将这种分析方法应用到GPS水平速度数据（1996-2000年）中，首次成功地分别估算了新泻-神户变形集中区的三维弹性应变率场和非弹性应变率场。分析结果表明，该区域中心地表附近正在发生显着的弹性体积收缩，而上地壳深处则发生非弹性剪切变形。表面总应变的模式（弹性应变和非弹性应变之和）与 Sagiya 等人（2000）使用 Shen 等人（1996）的方法分析相同 GPS 数据的结果一致。。上述内容计划于2009年提交给《国际地球物理杂志》。