[S-SS09] 地震波伝播:理論と応用

[SSS09-05] 精密制御定常震源システムACROSSによる、地震波速度の地下水応答の解析

*大庭 拓武¹、生田 領野¹、辻 修平²、馮 晨²、山岡 耕春²、渡辺 俊樹² (1.静岡大学、2.名古屋大学)

キーワード：アクロス、アレイ、表面波、地下水位

本研究では精密制御定常震源システムACROSSと地震計アレイを用いて、地震波伝搬特性の時間変化のモニタリングを行った。ACROSSは精密に制御された地震波を定常的に送信する震源システムであり、静岡県森町に設置されている。

　我々はACROSS震源から約3kmの地点に、2017年、2018年にそれぞれ3週間ずつ、2点の地震計観測点を設置して、ACROSS信号で得た伝達関数から地震波速度の降雨に対する応答を調査した。この際、後続波部分の到達時刻の時間変化に降雨に対する顕著な応答が見られたため、これらの波群の同定と、引き続き時間変化のモニタリングを行うため、2020年9月から4か月間、同じ場所に小規模地震計アレイを展開した。

　本研究の目的は、地震波の伝搬特性に対する地下水位の変化の影響を調査することである。2017年、2018年の観測では、特に2.8秒付近に到達するtransverse成分の卓越する波をラブ波、3.8秒付近に到達する鉛直radial面内で振動する波をレイリー波と考え、これらの到達時刻変化と地下水位との間に強い相関があり、さらにその感度関数が二つの波群で異なることを見出した。

　2020年から行ったアレイ観測では、14台の地震計を、中心と半径4,8,16mの同心円上に三角形を配置するSPAC法の代表的なアレイ配置に加え、震源方向の波数分解能を上げるために南北方向に2点ずつ追加した形に設置した。アレイのサイズはNS方向に70m、EW方向に30mである。このアレイ配置はACROSSからの信号の解析と並行して、微動を用いたSPAC法によっても表面波の分散曲線を得て地下構造を推定することを意図したものである。地震計は3成分速度型、固有周波数4.5HzのMark Products製L-28-3D(感度120V/m/s)を使用した。サンプリング周波数は1kHzで、サンプリングのチャンネル間スキューは1chあたり15µs以下に保たれている。

　ACROSS信号の伝達関数のアレイ解析の結果、走時変化の降雨に対する応答が顕著であった2.8秒と3.8秒付近の波群は、実体波と同程度の見かけ速度（～2.5km/s）であり、ラブ波・レイリー波ではないことがわかった。

　さらに、観測期間中の伝達関数に相互相関法を用いて、2.8秒と3,8秒付近の波群の到達時刻変化を推定したところ、2017年2018年同様、降雨との間に強い相関がみられた。到達時刻変化を地下水位の変化と比較するために、地下水のしみ込みについてタンクモデルを仮定して、1時間当たりの降水量に時定数20日の指数減衰関数を畳み込んだものを換算地下水位とした。2017年から2020年までの全観測で、2.8秒付近の波群の到達時刻変化と換算地下水位との間には負の1次の線形関係がみられた。単位地下水位の増加[m]に対する速度変化[%]を感度とすると、感度は1.04%/mであった。また、3.8秒付近の波群の到達時刻変化と換算地下水位の間には、地下水位がある程度以上になると速度変化の感度が大きくなる3次の非線形関係がみられた。

　本研究の観測期間中の降水量は前2年に比べて少なく、新たな水位範囲のデータは得られなかった。降水量の多い期間まで調査を継続し、ひきつづきこれらの変動のメカニズムを追求したい。