17:15 〜 18:30
[SVC28-P14] 阿蘇火山における高周波微動のアレイ解析による震源の推定
キーワード：阿蘇火山、火山性微動、アレイ解析
1.はじめに
火山性微動はマグマや熱水、火山ガスなどの流体の運動と密接に関わっており、その発生過程を解明することは、火山現象の理解や噴火予知において非常に重要である。阿蘇火山では長周期微動、孤立型微動、連続微動など様々な周期の火山性微動が観測されているが、近年新たに高周波な微動が観測されるようになった。この高周波微動は長周期微動に先行して発生することから、長周期微動の発生源であるクラックの振動を励起するメカニズムを持つことが考えられる。さらに、この微動の振幅の大きさや長周期微動との時間差は時間変化しており、火山活動の変化と深い結びつきがあることが予想され、その発生メカニズムの研究は阿蘇火山の熱水系を理解する上で非常に重要である。
本研究では、この高周波微動の震源メカニズムを調べるため、中岳第一火口近傍に設置した三次元アレイを含む複数の地震計アレイと広帯域地震計の2020年2月23日から7月31日までのデータを用いて微動の発生様式の時間変化を調査し、震源位置の推定を行った。
2.観測・解析手法
本研究では第一火口近傍に複数のアレイを設置しこれら微動を観測した。アレイは第一火口から約1km離れた南側観測点(SUN)、北西側観測点(WES)、北側観測点(UMA)、南西側観測点(HND)の計4箇所に設置した。SUN、WES、UMAの3箇所には地震計間隔が10~30m程度、固有周波数2Hzの上下動地震計6台からなる2次元アレイを設置した。HNDには地下約30mにある観測坑道を利用し、水平の地震計間隔が10mから15m、鉛直の間隔が約30m、固有周波数2Hzの3成分地震計13台からなる3次元アレイを設置した。
本研究ではまず、2Hzから6Hzのバンドパスフィルターをかけた波形に対して、基準波形との相関係数による高周波微動の抽出を試みた。次に、抽出した高周波微動野の振幅の大きさや長周期微動との時間差を調べた。また、平面波を仮定したセンブランス法を使用し震源位置を解析した。SUN、WES、UMAの3箇所の2次元アレイを用いて震央を推定し、その後HNDの3次元アレイを用いて震源深さを推定した。
3.結果・考察
高周波微動の震源位置は複数のアレイにおけるセンブランス解析の見かけ速度の大きさと微動の到来方向の結果から時間変化しないことが明らかとなり、震央は中岳第一火口の西壁と推定された。さらに、三次元アレイでのセンブランス解析から震源の深さは約200mから500mと推定された。一方、高周波微動の振幅は大きいほど長周期微動との発生時間差が短いことが明らかになった。また、高周波微動の発生頻度は発生源の温度変化や大雨の影響により増減している可能性があることが分かった。
推定された高周波微動の震源の領域は電磁気学的観測から推定された導電性が高い領域(Kanda et al., 2018)と一致する。この領域では、地下深部からの火山性流体の流入によって、割れ目を塞ぐように析出した硫化物が破壊されることで連続微動が発生していると考えられている(Kanda et al., 2018)。本研究で解析した高周波微動は連続微動と同じ領域で発生しており、連続微動とのスペクトルと相関が良いことから、連続微動と同様の過程で発生していると考えられる。一方Yamamoto(2005)では、深部からクラック状火道へと恒常的に火山性流体が流入していること、そしてその火山性流体の流入がクラック状火道の上端付近で擾乱を引き起こし、クラック状火道が振動することで長周期微動が発生すること、さらにクラックの振動によってより浅部へと火山性流体が流入し、クラック上端での円筒変形を引き起こし孤立型微動が発生していることを明らかにした。
以上のことから、クラック状火道の上部で、流体の経路を塞ぐ硫化物が破壊され高周波微動が発生することにより、クラック内部から上部への火山性流体の流出量に擾乱が生じ、クラックの振動を引き起こし長周期微動が発生すると考えられる。
火山性微動はマグマや熱水、火山ガスなどの流体の運動と密接に関わっており、その発生過程を解明することは、火山現象の理解や噴火予知において非常に重要である。阿蘇火山では長周期微動、孤立型微動、連続微動など様々な周期の火山性微動が観測されているが、近年新たに高周波な微動が観測されるようになった。この高周波微動は長周期微動に先行して発生することから、長周期微動の発生源であるクラックの振動を励起するメカニズムを持つことが考えられる。さらに、この微動の振幅の大きさや長周期微動との時間差は時間変化しており、火山活動の変化と深い結びつきがあることが予想され、その発生メカニズムの研究は阿蘇火山の熱水系を理解する上で非常に重要である。
本研究では、この高周波微動の震源メカニズムを調べるため、中岳第一火口近傍に設置した三次元アレイを含む複数の地震計アレイと広帯域地震計の2020年2月23日から7月31日までのデータを用いて微動の発生様式の時間変化を調査し、震源位置の推定を行った。
2.観測・解析手法
本研究では第一火口近傍に複数のアレイを設置しこれら微動を観測した。アレイは第一火口から約1km離れた南側観測点(SUN)、北西側観測点(WES)、北側観測点(UMA)、南西側観測点(HND)の計4箇所に設置した。SUN、WES、UMAの3箇所には地震計間隔が10~30m程度、固有周波数2Hzの上下動地震計6台からなる2次元アレイを設置した。HNDには地下約30mにある観測坑道を利用し、水平の地震計間隔が10mから15m、鉛直の間隔が約30m、固有周波数2Hzの3成分地震計13台からなる3次元アレイを設置した。
本研究ではまず、2Hzから6Hzのバンドパスフィルターをかけた波形に対して、基準波形との相関係数による高周波微動の抽出を試みた。次に、抽出した高周波微動野の振幅の大きさや長周期微動との時間差を調べた。また、平面波を仮定したセンブランス法を使用し震源位置を解析した。SUN、WES、UMAの3箇所の2次元アレイを用いて震央を推定し、その後HNDの3次元アレイを用いて震源深さを推定した。
3.結果・考察
高周波微動の震源位置は複数のアレイにおけるセンブランス解析の見かけ速度の大きさと微動の到来方向の結果から時間変化しないことが明らかとなり、震央は中岳第一火口の西壁と推定された。さらに、三次元アレイでのセンブランス解析から震源の深さは約200mから500mと推定された。一方、高周波微動の振幅は大きいほど長周期微動との発生時間差が短いことが明らかになった。また、高周波微動の発生頻度は発生源の温度変化や大雨の影響により増減している可能性があることが分かった。
推定された高周波微動の震源の領域は電磁気学的観測から推定された導電性が高い領域(Kanda et al., 2018)と一致する。この領域では、地下深部からの火山性流体の流入によって、割れ目を塞ぐように析出した硫化物が破壊されることで連続微動が発生していると考えられている(Kanda et al., 2018)。本研究で解析した高周波微動は連続微動と同じ領域で発生しており、連続微動とのスペクトルと相関が良いことから、連続微動と同様の過程で発生していると考えられる。一方Yamamoto(2005)では、深部からクラック状火道へと恒常的に火山性流体が流入していること、そしてその火山性流体の流入がクラック状火道の上端付近で擾乱を引き起こし、クラック状火道が振動することで長周期微動が発生すること、さらにクラックの振動によってより浅部へと火山性流体が流入し、クラック上端での円筒変形を引き起こし孤立型微動が発生していることを明らかにした。
以上のことから、クラック状火道の上部で、流体の経路を塞ぐ硫化物が破壊され高周波微動が発生することにより、クラック内部から上部への火山性流体の流出量に擾乱が生じ、クラックの振動を引き起こし長周期微動が発生すると考えられる。