[論文レビュー] Use of high resolution satellite images for tracking of changes in the lineament structure, caused by earthquakes

A. A. Arellano-Baeza, R. V. García+1 more|ArXiv.org|Jun 13, 2007

Earthquake Detection and Analysis参考文献 40被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、強震（Mw ≥ 5.2）の1か月前頃に、テラ衛星搭載のASTERマルチスペクトル画像を用いて、地中表層の線状構造系の変化を検出する。LESSAソフトウェアを用いた線状構造抽出とストライプ密度解析により、特に収束型プレート境界付近で、線状構造の数と再配列が著しく増加することが判明。これは、地中応力の蓄積とひずみ拡張に関連する可能性のある前兆信号を示唆している。

ABSTRACT

Over the last decades strong efforts have been made to apply new spaceborn technologies to the study and possible forecast of strong earthquakes. In this study we use ASTER/TERRA multispectral satellite images for detection and analysis of changes in the system of lineaments previous to a strong earthquake. A lineament is a straight or a somewhat curved feature in an image, which it is possible to detect by a special processing of images based on directional filtering and or Hough transform. "The Lineament Extraction and Stripes Statistic Analysis" (LESSA) software package, developed by Zlatopolsy (1992, 1997). We assume that the lineaments allow to detect, at least partially, the presence ruptures in the Earths crust, and therefore enable one to follow the changes in the system of faults and fractures associated with strong earthquakes. We analysed 6 earthquakes occurred in the Pacific coast of the South America and XXX with the Richter scale magnitude >4.5. They were located in the regions with small seasonal variations and limited vegetation to facilitate the tracking of features associated with the seismic activity only. It was found that the number and orientation of lineaments changed significantly about one month before an earthquake approximately, and a few months later the system returns to its initial state. This effect increases with the earthquake magnitude, and it is much more easily detectable in case of convergent plate boundaries (for example, Nasca and South American plates). The results obtained open a possibility to develop a methodology able to evaluate the seismic risk in the regions with similar geological conditions.

研究の動機と目的

• 高解像度衛星画像に映った地質的線状構造系の変化が、強震の前兆として機能するかどうかを調査すること。
• 地震発生前の地殻応力蓄積をモニタリングするためのリモートセンシングデータの実用可能性を評価すること。
• 特に収束型境界を含む多様なテクトニック環境において、線状構造の変化の整合性と検出可能性を評価すること。
• 衛星画像で観察された動的線状構造の進化に基づく地震リスク評価手法の開発。
• 地震活動のない制御領域と比較して、観察された線状構造の変化を検証すること。

提案手法

• 強震発生前後における、ASTERS/TERRAマルチスペクトル衛星画像（15–30 m解像度）の取得。
• 方向フィルタリングおよびハフ変換技術を用いた線状構造抽出のため、LESSAソフトウェアパッケージ（Zlatopolsky, 1992, 1997）の適用。
• 円形マスクを用いた畳み込みによるストライプ密度フィールドの計算、その後残留分析により再配列パターンの検出。
• 線状構造の方向性と密度の時間的変化を定量化するためのローズ図とラドン変換の作成。
• 地震影響地域の線状構造ダイナミクスと、震源から数百年キロ離れた参照地域のそれとを比較。
• ノイズ低減のため、線状構造検出の最適化に画像しきい値（本研究では120に設定）の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 衛星画像で検出された線状構造系の変化が、強震の信頼できる前兆として機能するか。
• RQ2 主要な地震発生の1か月前における線状構造の数と方向性は、どのように変化するか。
• RQ3 線状構造の変化が、地震のマグニチュードやテクトニック環境、特に収束型プレート境界においてどの程度相関しているか。
• RQ4 背景ノイズや非地震的地域と比較して、観察された線状構造の変化は統計的に有意であるか。
• RQ5 ストライプ密度フィールドの残留項は、破壊前の地殻のひずみ拡張を裏付ける追加的証拠を提供できるか。

主な発見

• Mw ≥ 5.2の強震発生の約1か月前には、線状構造の数が顕著に増加しており、特に収束型プレート境界付近で顕著であった。
• ストライプ密度フィールドの残留項とラドン変換解析による線状構造の再配列は、地殻応力蓄積とひずみ拡張プロセスに関連する動的反応を示唆している。
• 地震発生後約1か月で、線状構造系は元の構成に戻り、一時的な前兆信号であることが示された。
• 震源から数百年キロ離れた制御地域では、顕著な線状構造の変化は検出されず、観察された現象の局所的性質が確認された。
• 地震のマグニチュードと線状構造の変化の強度には相関があり、大きな地震ではより顕著で広範な前兆信号が得られた。
• ASTER画像（15–30 m解像度）の使用により、表面変位が通常は数センチメートルのオーダーであるにもかかわらず、地殻規模の構造的変化を検出可能であった。