流体力学分野の信号処理技術で地震動の精密な評価に成功 惑星探査や資源開発など様々な分野への応用展開にも期待

流体力学分野の信号処理技術で地震動の精密な評価に成功惑星探査や資源開発など様々な分野への応用展開にも期待

2024年1月22日 11:00 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇流体科学研究所　助教　椋平祐輔
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

時間-周波数領域における地震動の3次元粒子軌跡解析法^（注¹^）をより拡張する信号処理技術を開発しました。
流体力学分野で用いられる信号処理技術を、地球科学分野に導入することで、より包括的な地震動の3次元粒子軌跡解析が可能になりました。
少観測点、高ノイズといった観測状況が厳しい環境でも、地震動の特性評価が可能となり、地震学、惑星探査、資源開発といった様々な分野での応用が期待されます。

【概要】

地震動を、直交する3成分の地震計で計測することで、ある地点の3次元粒子軌跡を観察することができます。3次元粒子軌跡解析は、多数の観測点を設置することが難しい地下資源開発などの分野で、観測された地震動が持つより多くの情報を抽出するために用いられてきました。しかしながら、特に微弱な地震動に対して有効な時間-周波数領域の解析では、数学的記述の限界から、S波^（注²^）を含む，平面的に振動する地震動を抽出することができませんでした。

東北大学大学院工学研究科の永田貴之特任助教、野々村拓准教授（共に現名古屋大学大学院工学研究科）、森谷祐一教授、同大学流体科学研究所の椋平祐輔助教、博士後期大学院生Sun Jingyi氏、産業技術総合研究所の椎名高裕主任研究員は、流体力学分野等で用いられる時間遅れ座標系を基に、地震動の3次元粒子軌跡解析に時間遅れ成分を導入し、より包括的な地震動の特性評価が可能な信号処理技術を開発しました。本技術により、S波を含め平面偏波も特徴づけることが可能になりました。実データに適用した結果、既存技術に比して振幅の小さいP波^（注³^）の検出、S波の検出や後続波^（注⁴^）の抽出を可能とします。今後、地震動の特性評価が必要な様々な分野（地震学、惑星探査、資源開発）におけるデータ解析への適用が期待されます。

本研究成果は、2024年1月15日付でIEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensingに掲載されました。

図1. 直交3成分の地震計から得られる地震動と、再構成した3次元粒子軌跡。P波(P-wave)、S波(S-wave)など、異なる波が到達した際に、それぞれ直線的な軌跡，平面的な軌跡など異なる粒子軌跡を示す。P波が到達する前は，自然界の微小な雑音(Noise)を観測しています。S波の到達後は，色々な波が到達し，再度粒子軌跡はランダムな動きを示す。

【用語解説】

注1. 粒子軌跡解析法：直行する3成分の地震計での計測したある地点の3次元粒子軌跡の形状を評価し，振動の特徴や，到来方向を解析する手法。

注2. S波：地震が発生してP波に続いて２番目（Secondary）に伝わる波。地震波の進行方向（P波）に対して，垂直に振動する波で横波とも呼ばれる。よって，平面的な粒子軌跡を示す（平面偏波）。

注3. P波：地震が発生して最初（Primary）に伝わる波。地震波の進行方向に振動する波で縦波とも呼ばれる。直線的な粒子軌跡を示す（直線偏波）。

注4. 後続波： P波およびS波が、地球内部の各不連続面や海底、地表で反射や屈折したもの。

詳細（プレスリリース本文）