[S-VC38] 活動的火山

[SVC38-29] 流体亀裂振動の放射特性に関する検討

*山本 希¹ (1.東北大学大学院理学研究科附属地震・噴火予知研究観測センター)

キーワード：火山性地震、流体亀裂振動、発震機構

活火山周辺で観測される火山性地震，特に低周波地震・長周期地震には，複数のスペクトルピークを呈する調和振動的なものも多く，その振動源のモデルとしてマグマ溜りや火山浅部における亀裂のような火山性流体に満たされた共鳴体の振動が提案されてきた．このような共鳴体モデルとしては， これまでに球状，円筒状，クラック状といった幾何形状のものが考えられてきており，卓越周波数・減衰特性といった火山性微動の波動特性をよく再現するモデルとして観測記録への適用が行われてきた．一方で，近年，震源域近傍での稠密地震観測が行われるようになり，これまで議論がやや困難であった卓越周波数成分の観測点間での振幅比やスペクトルピーク間の振幅比の情報を抽出することができるようになった．そこで本研究では，流体を含む亀裂状共鳴体から放射される波動場の放射特性を求め，卓越周波数の振幅方位依存性・共鳴モード間の振幅情報を用いて亀裂走向の推定可能性等について検討した結果を報告する．

本研究では，3次元無限弾性体の流体を含む薄い亀裂（流体亀裂）からの弾性波伝播を考える．まず，流体亀裂の共鳴振動を数値的に解き，得られた亀裂面上に生じる開口食い違い変位により生じる弾性波の伝播を数値的に積分し，無限弾性体中の波動場の計算を行う．この放射波動場を方位角ごとに計算することで各距離における流体亀裂振動からの放射特性を求める．流体亀裂振動の亀裂面上開口量分布は重み付きチェビシェフ多項式の低次項で近似できることがYamamoto and Kawakatsu (2008) でも示されているため，比較のために亀裂面上の開口量を解析的に与えた場合の計算も行った．ここで，弾性体中の波動場グリーン関数として遠地Ｐ波項のみを用いた場合は，Chouet (1986) で議論された問題設定と同等である．本研究では，波動場グリーン関数として，Ｐ波・Ｓ波の近地項も含む解析式を用い，放射波動場・放射特性の震源距離依存性を調べた．

流体亀裂振動と考えられる調和振動型の火山性地震が多く観測される熱水系卓越火山を仮定し，流体亀裂内外の圧縮波速度の比が比較的大きな条件について検討した結果，亀裂振動の各モードの放射特性は，亀裂サイズに比べ約50倍以上の震源距離では遠地P波項のみを仮定した放射特性と概ね等しくなる一方，より短い震源距離では近地項の影響と亀裂上各点から放射される波動の干渉により放射特性は大きく歪められることが明らかになった．また，放射特性の距離依存性は，亀裂振動の奇数モード・偶数モードにより差異が認められた．これらの結果は，流体亀裂振動の比較的低次のモードについては各共鳴モードの波長が亀裂サイズと同程度であるが亀裂内外の媒質速度の違いにより放射波動場において近地項の影響する震源距離が点震源の場合に比べ長距離になること，有限サイズの亀裂振動の偶数／奇数モードでは亀裂中心に対する開口食い違い変位量の対称性が異なることで解釈できる．なお後者については，Kumagai et al. (2002) でも指摘がされている．また，主にこの波長による近地項の影響距離の違いにより，亀裂振動の共鳴モード間での振幅比に距離依存性が生じることが明らかになった．

以上の結果は，調和振動型火山性地震のスペクトルピークの振幅比を観測点間およびモード間で求めることにより，振動源の流体亀裂の走向や亀裂サイズを推定できる可能性を示唆する．この手法では，スペクトル振幅をデータとして用いるため，火山体浅部における散乱現象等による観測波形の位相の乱れの影響を軽減し，解析を行える利点もある．またこれらの結果は，震源域近傍により稠密な観測網を展開していくことが，火山性地震の発生機構の理解のために重要であることも示唆する．



謝辞：本研究は鳥本達矢氏（平成28年度卒）との予察をもとに発展させたものである．記して謝意を表する．