[S-TT37] 最先端ベイズ統計学が拓く地震ビッグデータ解析

[STT37-03] 速度不連続面を考慮した地震波速度トモグラフィに対する構造正則化の応用

*倉田 澄人¹、山中 遥太¹、矢野 恵佑²、駒木 文保¹、椎名 高裕³、加藤 愛太郎¹ (1.東京大学、2.統計数理研究所、3.産業技術総合研究所)

キーワード：地震波速度トモグラフィ、地下速度構造、計算地震学、速度不連続面、構造正則化

地震波速度トモグラフィは、地震観測網で記録された地震波の到達時間から、地球内部の地震波伝播速度構造を推定する手法である。この手法では３次元的にグリッドポイントを置き、それら一つ一つに速度パラメータを設定し、その推定を図る。任意の点における速度は、配置されたグリッドによる補完によって計算される。トモグラフィにおいて広く使われている手法であるSIMUL2000 (Thurber, 1993)は、観測とモデルの残差平方和の最小化に基づき、速度パラメータを推定している。ところで地震学においては、モホ不連続面に代表される、急峻に速度が変化する領域(不連続面; discontinuity)が、特に深さ方向において存在することが知られている。一方で水平方向に関しては、深さ方向と比較して変化が滑らかで、急激な速度変化が生じることは少ないことも分かっている。
そこで本発表では、このような地球内部構造の性質を取り入れるべく、構造正則化法を応用したトモグラフィ手法を提案する。本研究では、深さと水平方向に別々の罰則項を置くことにより、上述した性質の表現を図る。深さ方向に対しては、深さの「層」で見た平均速度の二階差分に対してl2ノルムのl1和に基づいた罰則項を採用する。これにより、推定された平均速度には区分線形的傾向が現れる、不連続面に起因する急峻な速度のジャンプの表現が可能になる。水平方向については、滑らかな速度構造に対応するべく、l2ノルムに基づく罰則を与える。数値実験を通じて、提案手法が速度構造の推定、特に未知の不連続面が存在する場合の精度について、従来手法と比較して優越性を持つことを示す。