[S-SS07] 地震波伝播:理論と応用

[SSS07-07] 高周波数帯を含むレシーバ関数による南海地方深部スロー地震域周辺における不均質構造推定の試み

*高山 朗文¹、佐脇 泰典²、Yihuan Ruan¹、伊藤 喜宏³、前田 拓人⁴、澁谷 拓郎³ (1.京都大学大学院理学研究科 地球惑星科学専攻 防災研究所、2.国立研究開発法人 産業技術総合研究所、3.京都大学防災研究所、4.弘前大学大学院理工学研究科)

キーワード：南海沈み込み帯、スロー地震、レシーバ関数、波動伝播モデリング

南海沈み込み帯における深部スロー地震発生場における不均質構造について，モデリング波形および観測波形の両面からその検出性を検討した．沈み込むスラブ周辺の地震学的不均質性 (沈み込む海山など) は，スロー地震の発生環境を反映する．先行研究では，浅部スロー地震発生場において沈みこむ海山が浅部スロー地震の発生を制御する可能性が指摘されている (e.g., Sun et al., 2020)．一方，深部スロー地震発生場では，P 波速度と S 波速度の比に着目した研究が存在する (e.g., Shelly et al., 2006; Nakajiama and Hasegawa, 2016)．しかし，いずれの研究も空間解像度が高くなく，地震学的不均質構造が深部スロー地震発生にどのように影響するかについては議論が続いている．したがって，スラブ表面周辺の詳細な構造推定は，深部スロー地震発生の物理を理解する上で不可欠である．本研究では，RAYSUM (Frederiksen and Bostock, 2000) と OpenSWPC (Maeda et al., 2017) の波動伝播モデリングから，薄い地震学的不均質構造における検出可能性を検討した．大陸プレートと傾斜した海洋プレートの間に単純な厚さ 1 km の低速度層を挿入した構造モデルを採用し，レシーバ関数 (RF) (Langston, 1979; Owens et al., 1984) を計算した．
その結果，4 秒付近にスラブ表面で変換した Ps 変換波相を検出した．それ以降の波相には，大陸プレート内の多重反射も含まれていた．RF の到達時間と振幅は波線の back azimuth によって変化し，これはスラブの形状と一致した．しかし，RAYSUM と OpenSWPC による 0.5 Hz までの低周波帯域 RF では，厚さ 1 km の低速度層は検出できなかった．これは，RF における鉛直方向の構造の分解能が S 波波長に依存するためである (Levin et al., 2016)．そこで，スラブ表面周辺の局所的な不均質構造を検出できる可能性がある，2 Hz までの高周波数帯域を使用した RF 計算を行った．
その結果，RAYSUM では薄い地震波不均質構造を検出できたが，OpenSWPC では完全には反映されなかった．OpenSWPC による波動場計算は，計算領域の幅が不十分な場合，領域境界からの反射を含む可能性がある (Maeda et al., 2017)．計算メモリの問題を解決するため，東京大学地震研究所地震火山情報センターのスーパーコンピュータ上でも OpenSWPC の高周波帯域波動伝播計算を行った．
低周波のみ使用した RF と高周波まで使用した RF の両方で，周波数領域での逆畳み込み積分計算の不安定が発生した．これは，一般に周波数領域逆畳み込み積分の分母における，鉛直成分パワースペクトルのスペクトルホールに起因する．より安定した RF 計算のためには，周波数領域での分割を避ける必要がある．周波数領域逆畳み込み積分計算の不安定を解決するため，時間領域 RF も計算した (e.g., Ligorría and Ammon, 1999; Ruan et al., 2023)．また，モデリング波形による RF 計算結果を踏まえ，南海沈み込み帯の観測波形に対してマルチバンド RF 解析 (e.g., Sawaki et al., 2021) を行った．観測波形とモデリング波形の RF を比較し，深部スロー地震発生場周辺の薄い地震学的不均質構造の存在と，その発生要因について議論する．