地下構造モニタリングを目指した、地震波による新たな時空間イメージング手法の開発

全波形インバージョン(以下FWI)は与えられた媒質上で観測された観測波形を説明することができるモデルを、波動シミュレーションを利用して推定する手法である。昨年度は弾性波の歪・回転成分をFWIの入力データに用いた際、歪・回転成分がその波長よりもかなり小さい媒質の微小な不均質構造に感度をもつことが原因となり、推定されるモデルの精度が著しく低下することを明らかにした。現在、地震学・物理探査学の分野では歪成分を観測するDistributed Acoustic Sensing(DAS)や、回転成分を計測する回転地震計が普及してきており、それらの観測データに対してFWIを適用して地下構造を推定する試みも徐々に行われてきている。しかし、昨年度明らかにした課題を解決するような手法はいまだ提案されていない。今年度は、昨年度明らかにした問題を解決し、DASや回転地震計にも適用可能な新しいFWIを開発することに成功した。均質化理論に基づいてFWIの解の精度が低下する原因についてさらに理論的推察を行い、マクロな弾性力学的パラメータと、地震計近傍の微小構造についての情報を持つミクロなパラメータを分けてインバージョンを行う手法を開発した。この手法は微小構造がインバージョンの精度に与える影響を緩和するだけでなく、従来のFWIでは推定することができなかった、波長よりもかなり小さい媒質の微小構造の情報を推定可能にする。さらに、本研究で開発したFWIは従来のFWIと同等の計算コストで行うことができる。また、開発した手法は統計的手法を用いてそのパフォーマンスを評価した。

全波形インバージョン(以下FWI)は与えられた媒質上で観測された観測波形を説明することができるモデルを、波動シミュレーションを利用して推定する手法である。昨年度は弾性波の歪・回転成分をFWIの入力データに用いた際、歪・回転成分がその波長よりもかなり小さい媒質の微小な不均質構造に感度をもつことが原因となり、推定されるモデルの精度が著しく低下することを明らかにした。現在、地震学・物理探査学の分野では歪成分を観測するDistributed Acoustic Sensing(DAS)や、回転成分を計測する回転地震計が普及してきており、それらの観測データに対してFWIを適用して地下構造を推定する試みも徐々に行われてきている。しかし、昨年度明らかにした課題を解決するような手法はいまだ提案されていない。今年度は、昨年度明らかにした問題を解決し、DASや回転地震計にも適用可能な新しいFWIを開発することに成功した。均質化理論に基づいてFWIの解の精度が低下する原因についてさらに理論的推察を行い、マクロな弾性力学的パラメータと、地震計近傍の微小構造についての情報を持つミクロなパラメータを分けてインバージョンを行う手法を開発した。この手法は微小構造がインバージョンの精度に与える影響を緩和するだけでなく、従来のFWIでは推定することができなかった、波長よりもかなり小さい媒質の微小構造の情報を推定可能にする。さらに、本研究で開発したFWIは従来のFWIと同等の計算コストで行うことができる。また、開発した手法は統計的手法を用いてそのパフォーマンスを評価した。