ベイズ推定に基づくアンサンブル地下構造推定から一気通貫した次世代震源解析

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本研究では、１．ベイズ推定に基づく地震波速度構造推定により、地下構造を不確かさの統計的性質ごとアンサンブルとして推定し、２．そのアンサンブルを計算用モデルとしてそのまま取り込むことで地下構造を不確かさごと考慮した震源解析を行うことを目指す。今年度は、１を実施するための手段として、地震探査に基づき地下の地震波速度構造を推定する手法である2次元屈折初動走時トモグラフィを、Physics-Informed Neural Networks（PINN）を用いることで不確かさ推定まで行う手法を開発し、有効性を示した。PINNは、支配方程式に基づく損失関数を用いたニューラルネットワークにより支配方程式の求解・パラメータの逆解析を行う方法である。逆解析の一種である屈折初動走時トモグラフィをPINNを用いて行う方法は既に提案されている。一方、逆解析の不確かさ定量化を行うためには、ベイズ統計などの枠組みを用いて推定パラメータを統計的に扱う必要がある。本研究は、PINNに基づく地震波トモグラフィをベイズに拡張して不確かさ定量化を行う方法を提案し、P波速度構造の事後確率分布を推定可能とした。そして、2次元屈折初動走時トモグラフィを模した数値実験において本手法の有効性を検証した。これらの結果は査読付き国際誌に投稿され、現在査読中となっている。さらに、本手法を用いて南海トラフ域における屈折法地震探査の実データを解析中である。2について、南海トラフ域のスロースリップの断層すべりを、1次元的な不均質性を仮定した地下構造を不確かさごと考慮して推定した内容に関する論文が、“Journal of Geophysical Research: Solid Earth”に掲載された。