[S-TT41] ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来

[STT41-03] データ駆動型の震源過程解析手法：ポテンシー密度テンソルインバージョン

*八木 勇治¹、清水 宏亮²、山下 真司²、奥脇 亮^1,3、縣 亮一郎⁴、深畑 幸俊⁵ (1.筑波大学生命環境系、2.筑波大学大学院理工情報生命学術院、3.リーズ大学、4.海洋研究開発機構、5.京都大学防災研究所)

キーワード：震源過程、データ駆動型、逆解析

地震波形には、破壊伝播過程の情報と共に、断層形状の情報も含まれている。断層形状は、地下構造や応力場の不均質性を反映して複雑な形状をしていると考えられており、断層形状の情報は、地震時の不規則な破壊伝播様式、応力場やテクトニクスを理解する上で重要である。従来の震源過程解析手法では、断層形状の情報を安定に求めることが困難であったため、断層形状をあらかじめ設定して解析が行われてきた。その結果、データに含まれている複雑な断層形状の情報を無視することによって生じるモデリング誤差の影響が増幅され、解が歪められる問題が生じていた。私たちは、データに断層形状の情報が含まれていることを踏まえた上で、データ駆動型の震源過程解析手法であるポテンシー密度テンソルインバージョンの開発に取り組んできた。
遠地実体波データは、断層形状の情報を含んでいる震源メカニズム解の変化に敏感である一方で、空間的な分解能はさほど高くないという特徴がある。この特性を基に開発したのが、ポテンシー密度テンソルインバージョンである。この手法は、真の断層面を近似する断層面を仮定するのではなく、基底ダブルカップルを2成分から5成分に拡張することで、適当に設定したモデル平面上でのポテンシー密度テンソルを推定する手法である。ポテンシー密度テンソルインバージョンは、開発後僅か数年の間に多くの地震に適用され、逆破壊伝播や、断層形状の変化に起因する破壊伝播の不規則性といった現象の発見をもたらした。
　ポテンシー密度テンソルには断層形状の情報が含まれているため、非平面の断層面を逐次推定することも可能である。問題を単純化するために、曲面の走向方向、もしくは傾斜方向のみが変化すると仮定する。まず、震源断層面の初期値を設定し、震源断層面上のポテンシー密度テンソル分布を求めた上で、走向もしくは傾斜の空間分布を抽出する。次に、震源の位置と走向もしくは傾斜の空間分布から新たな震源断層面を構築する。この後は、逐次的に震源断層面を更新していき、最適な震源断層面とポテンシー密度テンソル分布を求めることにする。得られるポテンシー密度テンソルと断層面が一致する場合は、断層面上のすべり分布が直接的に得られる。本手法の適用例はまだ少ないが、複数の地震で、断層形状と破壊伝播過程の同時推定に成功している。
　データの特性を利用した新たな震源過程解析手法であるポテンシー密度テンソルインバージョンは、解空間の制限や拘束条件の追加というアプローチとは異なり、むしろ解空間を拡張しモデルの自由度を適切に高めることにより、断層形状の情報を取り出すだけではなく、モデリング誤差の軽減を実現した画期的な手法である。