Title: What Causes Seismic Anisotropy at Volcanoes and Geothermal Areas, and can it be used for Monitoring?
Abstract:
Seismic anisotropy may reveal the state of stress in the crust, and its temporal changes have been attributed to deformation, seismicity, magmatic activity and geothermal extraction. We review crustal anisotropy in volcanic and geothermal regions from articles published through the end of 2019. We provide a database of anisotropy measurements to test hypotheses about the origin of anisotropy and about its utility for monitoring magmatic unrest or geothermal production. The majority of the articles (~100) examined shear-wave splitting, and were about evenly divided between causes related entirely to regional stress, local stress or structure. Delay times (a measure of anisotropy strength) increased with period and with depth in the two sets, but with much scatter.
Time variations in shear wave splitting were examined in 29 studies, but few of these presented statistical tests. Changes were reported in delay times and fast azimuths, and were mostly reported to vary with the occurrence of eruptions or intrusions, seismicity or tremor rate changes, or deformation changes such as GNSS, tilt or strain measurements There is a clear need for studies that examine statistical relationships between anisotropy and other parameters to test monitoring capabilities.
The use of Computer Vision for Structural Health Monitoring Applications in Hight Seismic Countries
Abstract:
Structural Health Monitoring (SHM) is a process were by continuous monitoring and analysis of its response data it is possible to automatically detect initial damage, identify modal properties or characterize the general behavior of a system. The applications of SHM in a high seismic environment have been successful but challenging. I will present the results of three office buildings, two adobe churches and one wharf structure. In one of the building, damages were clearly identify producing significant changes during and after a severe earthquake, the effect on modal properties as a functions of response amplitude are shown to vary nonlinearly even without the presence of damage. In the wharf structure the effect of the environment is particularly strong due to variations of sea level (tide) and loading, a simple but successful scheme was used, given the operators practical tools for action. One of the main limitations of SHM is the cost of instrumentations and its maintenance. An option is to complement the standard sensors with massive use of relative low-cost web camaras. The use of videos for motion tracking vibrations is possible. Examples will be presented for laboratory and real structures.
Gordon Bell Prizeは高性能計算を用いたアプリケーションの性能及びその成果についてACM (Association for Computing Machinery)から授与される賞であり，高性能計算分野において最も栄えある国際的な賞の一つとされています．米国・ダラスにおいて2022年11月13日より開催される高性能計算に関する国際会議であるInternational Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis（SC22）において最終発表が行われます．なお，地震研究所の地震シミュレーションの研究は，2014，2015，2018年にもGordon Bell Prize finalistに選ばれており，これらの成果は，国際的・分野横断的な研究開発が継続して行われていることの現れの一つと考えられます．
伊藤伸一1,2、加納将行3、長尾大道1,2 1東京大学地震研究所、2東京大学大学院情報理工学系研究科、3東北大学大学院理学研究科 Shin-ichi Ito, Masayuki Kano, Hiromichi Nagao, Adjoint-based uncertainty quantification for inhomogeneous friction on a slow-slipping fault, Geophysical Journal International, Volume 232, Issue 1, January 2023, Pages 671–683, https://doi.org/10.1093/gji/ggac354
地震は断層がすべることで発生しますが、その運動形態は断層面内に発生する摩擦力の空間分布に依存します。摩擦力の空間分布の詳細を調べることは複雑な断層運動の物理的理解に大きく役立ちます。地下深くの断層を直接見て調べることは困難なので、取得可能な限られた観測データを使って、「現実に観測されている運動が実現されるには摩擦力の空間分布はどうあるべきか」を推定し、さらに、その不確実性の空間分布を評価することで、「主要な運動に寄与している場所はどこか」を推定する必要があります。これらを達成するために地震のシミュレーションモデルとベイズ統計学を合わせたデータ同化などの手法が近年利用されつつありますが、地震のモデルは一般に規模が大きく、既存のデータ同化法では「次元の呪い」により計算が大規模化し推定が困難になるという問題がありました。この計算量的な困難さは推定したい空間分布の解像度を制限してしまうので、本来あるべき空間分布の詳細な構造およびその不確実性の評価を達成するための新しい手法の開発が求められています。本研究では、近年提案された数値解析の知見に基づいた新しいデータ同化手法[Ito, Matsuda, and Miyatake, BIT Numer. Math., 2021]を豊後水道沖のスロースリップ発生帯を模擬した地震モデル[Hirahara and Nishikiori, GJI, 2019]へ適用し、摩擦力空間分布の不確実性を高解像・高精度に評価する手法を開発しました[図1]。これにより、解像度を制限することなく不確実性の詳細な構造を現実的な計算量で評価できるようになりました。本研究成果は、地震運動の物理的理解への一助となるだけでなく、推定される詳細な不確実性の構造と運動の比較に基づいた効率的なデータ取得の指針へのフィードバックなど、実用的な問題への貢献も期待されます。
