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[SSS09-P07] 火山性低周波地震の振動波形を用いた震源クラックと火山体構造不均質性の推定：草津白根山への適用
活動的火山で一般的に観測される火山性低周波地震（LPイベント）は震源メカニズムとしてクラックモデルが提唱されており、クラック内でマグマや熱水などの流体が振動することで発生する。しかし、これまで特定のLPイベントに対してしか震源クラックの推定が行われておらず、クラック内流体の特性やクラック形状などの研究が震源クラックを仮定して行われてきたという問題点がある。この理由として、震源推定に用いる合成波形の計算に差分並列計算などの高度な技術を使用し、膨大な計算時間と計算機メモリを要することや火山体構造不均質性が地震波形に及ぼす影響について評価されていないことが挙げられる。また、火山の不均質構造についてどの程度の波長の不均質性が卓越しているのかは十分分かっていない。そこで本研究では、震源クラックと不均質構造を簡便に推定するために、無限均質媒質におけるグリーン関数の解析解を用いてLPイベントの低周波側から高周波側まで複数のスペクトルピークから震源クラックと火山体構造不均質性の推定手法の開発を行った。解析解を用いることで計算時間と計算機メモリを大幅に削減し、合成波形と観測波形のpeak-to-peak振幅を用いることで従来の波形全体を用いる方法より安定的に結果が得られるよう工夫した。まず、無限均質媒質における解析解を震源推定に用いることができるか確かめるために数値実験を行った。差分法数値計算コードOpenSWPC (Maeda et al., EPS, 2017)を用いて、地形と不均質性を導入し、震源メカニズムを水平クラックとして合成波形を計算し、この波形を観測波形とした。震源メカニズムをクラックと仮定して、その方向を表す２つの角度と地震モーメントを未知数として、解析解を用いた合成波形を用いてインバージョンを行った。その結果、震源深さは系統的に浅く推定されたが、クラックの傾きはばらつきが10°以内に推定された。誤差はあるものの、解析解がLPインベントの震源メカニズム推定に利用できることが分かった。次に、草津白根山で1992年に観測されたLPイベントの解析を行った。4月26日のLPイベントの低周波数側のピーク（1.5 Hz）に対するインバージョンの結果、半無限均質媒質による合成波形を用いたNakano and Kumagai (GRL, 2005)の推定結果と比べて200 m浅く推定されたが、類似したクラックの向きを示した。先行研究で未解析の他の3つのLPイベントに対しても、概ね同じ震源クラックが推定された。Taguchi et al. (JGR, 2018) は、草津白根山でマグマ対流による脱ガスで生じた水蒸気が同一のクラックに侵入し、繰り返しLPイベントが発生したと解釈しており、本研究の結果はこの解釈を支持している。さらに、草津白根山の構造不均質性を調べるためにこれらのイベントの高周波数側（3−8 Hz）のピークに対して、低周波数側のピークで推定された震源メカニズムと同じであると仮定して計算した合成波形とのフィッティングを行った結果、高周波数ほど残差が大きくなる傾向が見られた。この傾向を評価するために、特徴的空間スケール (a)と不均質のゆらぎの強さ(ε)で特徴づけられるvon Kármán型の不均質モデルを用いて差分法によるシミュレーションを行った。火山での短波長で強い不均質性として、例えばMorioka et al. (JGR, 2017) ではa = 50 m、ε = 0.2 を用いている。また火山体内部において厚さ1 km程度の表層にのみ強い不均質構造が存在することが示されており（Wegler. JGR, 2004; Kumagai et al., JGR, 2018) 、本研究でもこの考えに従った。これらを用いてシミュレーションを行い、観測波形と同様に複数の周波数での合成波形に対して残差を推定したところ、観測で得られた残差の傾向と比べて非常に小さい値となった。5−10 Hzにおけるa = 50 m、ε = 0.2の平均自由行程l0は1700 m程度になるが、実際の火山でこの周波数帯で推定されたl0は100−200 m程度という値も得られており（Wegler. JGR, 2004; Kumagai et al., JGR, 2020)、数値シミュレーションで用いた値は実際の不均質性を表せていないと考えられる。差分法による数値シミュレーションでは計算の不安定性のため、εを大きくすることは困難であるため、輻射伝達理論に基づいたモンテカルロ法（例えば、Yoshimoto, JGR, 2000）を用いて評価していく必要がある。