[S-SS07] 地震波伝播：理論と応用

[SSS07-07] DASと3成分地震計によるspatial autocorrelationの定式化とLove波のDAS地震波干渉法への影響

★招待講演

*福島 駿^1,2、篠原 雅尚²、西田 究²、竹尾 明子²、山田 知朗²、蓬田 清³ (1.東京大学大学院理学系研究科地球惑星専攻、2.東京大学地震研究所、3.北海道大学 理学院 自然史科学専攻 地球惑星ダイナミクス分野)

キーワード：Distributed acoustic sensing、地震波干渉法、Seafloor cable

近年，光ファイバをセンサとして，歪みを数m間隔で数十kmの長距離観測が行えるDistributed Acoustic Sensing(以下 DAS)が地球科学分野に応用されつつある(e.g., Zhan 2019)．DASデータに対して地震波干渉法を適用し，抽出した表面波から堆積層・最上部地殻のS波速度構造を高分解能に推定できる(e.g., Fukushima et al. 2022)．先行研究では，抽出される表面波はレイリー波であると仮定している．しかし，Nakahara et al. (2021)は歪み記録のspatial autocorrelation (以下SPAC)の定式化により，DASデータに対して地震波干渉法を行った場合，レイリー波に加えてラブ波も抽出され，観測点間隔が波長に対して，十分に離れていない場合にはラブ波の影響は無視できない可能性があることを示した．しかしながら，DAS記録はファイバー軸方向1成分記録であるため，レイリー波とラブ波の分離が困難である．
そこで，本研究では，DAS記録と3成分地震計間のSPACについて定式化を行いレイリー波とラブ波の分離を試みた．DAS記録と地震計上下動成分に対して地震波干渉法を行うことで，レイリー波だけが抽出され，DASと地震計のトランスバース成分の地震波干渉法では，ラブ波が主に抽出されることが明らかになった．また，DAS記録に含まれるラブ波の影響を実データにおいて定量的に評価するために，東京大学地震研究所が所有する光ケーブル式海底地震・津波観測システムを利用したDAS観測記録と同ケーブルシステム上の海底地震計(SOB03)の上下動記録を用いて，以下のような２つの方法から推定したレイリー波の位相速度について比較を行った．(1)従来の研究と同様にDASデータに対して地震波干渉法を適用し抽出した表面波からラブ波を考慮していない歪みSPACからレイリー波の位相速度を推定した(DAS-DAS)．(2)レイリー波のみを抽出するために，DASとSOB03の上下動記録に対して地震波干渉法を適用し，レイリー波の位相速度を，定式化したSPACを適用して推定した(DAS-Vertical)．位相速度の誤差はブートストラップ法により推定した。その結果，周波数 0.14-0.20Hz間では，DAS-DASとDAS-Verticalの位相速度は誤差の範囲内で一致した。従って、この周波数帯では，DAS-DAS記録間で地震波干渉法を行った場合のラブ波の影響は小さいことが確認された. その一方で，0.10-0.14 Hz間ではDAS-DASから推定した位相速度はDAS-Verticalから推定される位相速度よりも早く見積もられた。理論式からは、DAS-DASにより推定される位相速度がレイリー波だけでなく、ラブ波の影響を受けて速く推定されてしまうことが予想される。以上の結果より，DAS-Verticalでは，ラブ波の影響を受けることなくレイリー波の位相速度が計測可能であるため，より精度の高いS波速度構造を推定可能であると考えられる．また，これまでDASを用いたS波速度構造推定では，2次元なS波速度構造推定に限定されていた．その一方で，DASと周囲に設置された三成分地震計を組み合わせることで，海域における3次元的なS波速度構造をより高分解能に推定できると考えられる.