海底地殻変動観測における解析手法の高度化

海底地殻変動観測における解析手法の高度化 生田領野・田所敬一・安藤雅孝・奥田隆・杉本慎吾ベサナグレンダ（名古屋大学）久野正博（三重県科学技術振興センター） 2005年度年次報告会＠センター

目次 • 海底地殻変動計測システム • 音速構造・局位置推定手法の改良 • 計測手法改良案 • 今後の検討課題 • 音響システム • 海中音速構造の空間変化 2005年度年次報告会＠センター

アンテナ位置の決定 超音波送受信装置の位置の決定音波の走時（往復時間/2)から海底局位置を決定 1．海底地殻変動計測システム GPS衛星方位・回転測定装置 (サテライトコンパス) 船上局（超音波送受信装置）海底局（超音波送受信装置） 2005年度年次報告会＠センター

(Xc,Yc,Zc) (Xa,Ya,Za) (Xa,Ya,Za) (Xb,Yb,Zb) V(ta) V(ta) V(ta) V(tc) V(tb) V(tb) Tb2 T2 Tc2 Tc1 （x2,y2,z2）（x2,y2,z2）（x2,y2,z2） Tb1 T1 T1 Tb3 Tc3 T3 未知数の数；座標9成分＋速度N個　連立方程式の数；3N個（x1,y1,z1）（x1,y1,z1）（x1,y1,z1）（x1,y1,z1） …… …… （x3,y3,z3）（x3,y3,z3）（x3,y3,z3）音波の走時Tから海底局の位置（xi, yi, zi）と海中の音速 V (t)を知りたい． 2．解析手法の改良船上局の位置（X,Y,Z） V(ta) … 2005年度年次報告会＠センター

2．解析手法の改良 測線の分割分割の評価各測線の速度係数(Aj)･海底局位置(ri)の推定 ×A1,2,3,..,i tobs-tpre= 現状の解析モデル • 　複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通． • 　ある時間長さの測線で速度構造が一定初期位置の推定３局の重心位置を「局位置」とする 2005年度年次報告会＠センター

従来の解析モデル； 2．解析手法の改良・測線の切れ目が不連続．残差が不連続になる． 2005年度年次報告会＠センター

新たな解法； 2．解析手法の改良 • 　複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通． • 　ある時間長さの測線で速度構造が一定 • 　複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通． • 速度構造は滑らかに時間変化する．速度構造f(t) 音速時間t ・速度の時間変化f(t)を3次B-spline関数の重ね合わせで表現・f が滑らか=>∂2f/∂t2が0に近い 2005年度年次報告会＠センター

解を評価 新たな解法； 2．解析手法の改良 • 　複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通． • 　ある時間長さの測線で速度構造が一定 • 　複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通． • 速度構造は滑らかに時間変化する．初期位置の推定滑らかさを調整するハイパーパラメターを指定速度係数としてのスプライン係数･海底局位置の推定 2005年度年次報告会＠センター

新たな解法； 2．解析手法の改良・測線の切れ目は連続になり，残差の不連続も小さくなる． 2005年度年次報告会＠センター

新解析法の検証；　-主に数値実験から- 2．解析手法の改良最も適当な滑らかさを探す．適当な局位置と速度構造の変化を与え，走時（擬似データ）を合成．前半-後半の局位置のバラつき具合 ABIC 与えた局位置からのズレ様々な音速構造の滑らかさで海底局位置を解くハイパーパラメター=音速変化の滑らかさの指標滑らか 2005年度年次報告会＠センター

新解析法の検証；　-主に数値実験から- 2．解析手法の改良与えた&推定された速度構造求められた海底局位置与えた局位置真値に最も近い解ハイパーパラメターが一桁変っても音速構造の滑らかさはほとんど (～2cm程度）変らない． ABIC 前後半比較理想的な擬似データではABICで最適な滑らかさを推定して良さそう． 2005年度年次報告会＠センター

新解析法の検証；　-実際のデータでは？- 2．解析手法の改良例；2004年7月，熊野灘における観測前半-後半の局位置のバラつき具合求められた海底局位置前後半比較 ABIC最小 ABIC 収束しない実際のデータではABICは最適な規準となり得ないようである．原因は考察中… ハイパーパラメター=音速変化の滑らかさの指標滑らか 2005年度年次報告会＠センター

複数局を呼んでいる部分（全体の約半分）のみを用いて推定すると・・・複数局を呼んでいる部分（全体の約半分）のみを用いて推定すると・・・ 3．計測手法改良案　–数値実験から- -1．現状の観測デザイン「局位置」の真値☆ と推定値＋ 2004年7月適当な速度構造の変化を与え，理論走時を合成する．解のバラつき具合は変らない Unit12 Unit13 Unit14 1km 一局のみ呼んでいる部分は局位置の推定に寄与していない． 2005年度年次報告会＠センター

3．計測手法改良案　–数値実験から- 各海底局位置の真の位置からのばらつき水平 Unit12 3つの海底局の重心から外に向かって大きなばらつきが生じる． Unit13 Unit14 全局をどこからでも同時に呼べるようにすることで，現在より各局の水平のばらつきを抑えることができるはず．鉛直投影 2005年度年次報告会＠センター

理論波形の自己相関 4．今後の検討課題 1.音響装置の周波数特性信号と理論波形の相互相関（左図拡大）ピークが不明瞭周波数領域で振幅処理を行ったものトランスデューサの位相特性を見直す必要がある． 2005年度年次報告会＠センター

4．今後の検討課題 音速構造の空間変化　　　　例；2005年8月18日，熊野灘現在時間変化に比べれば小さいが，最後には空間変化が問題になってくる． 2005年度年次報告会＠センター

5．まとめ • 海底地殻変動観測における解析のモデルを見直した． • 滑らかに時間変化する速度構造をモデルに組み込んだ． • 理想的な数値実験ではABICで最適な滑らかさを決められたが，実際のデータでは更に検討が必要． • 観測デザインについて，現状では一局ずつしか呼ばない部分が無駄であることが判った． • どこからでも全ての局を呼び出せる音響装置が望まれる． 2005年度年次報告会＠センター

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