[S-VC41] 活動的火山

[SVC41-22] Stromboliにおける小規模空振アレイ観測の評価

*山河 和也¹、市原 美恵¹、石井 杏佳²、青山 裕³、西村 太志⁴、リペペ マウリチオ⁵ (1.東京大学地震研究所、2.京都大学大学院、3.北海道大学大学院理学研究院 附属地震火山研究観測センター、4.東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻、5.フィレンツェ大学地球物理学科)

キーワード：火山、空振、観測

火山において、空振観測は火口活動の情報を得る手段の一つとして重要視されている。日本の主要な活火山では、近傍にて空振モニタリングが行われているが、ほとんどにおいて観測点数が足りず、火山空振とノイズの識別や音源位置の推定が難しい。その改善が望まれるが、設置・維持のコストから、簡単に観測点を増設することができないのが現状である。本研究ではこの解決策として、1つの観測点に10m以下のケーブルを接続して空振計を配列させる小規模空振アレイ観測を提案する。解析手法としては、観測点間信号伝播の時間差ではなく位相差を用い、空間分解能の高いMUSIC法を適用する。

　2017年6月25日-27日に、イタリアのStromboli火山火口近傍にて、小規模空振アレイ観測を実施した。使用したのは、1つのデータロガーに3台の空振計を10mのケーブルでつないだ、最大口径20mの3点三角形アレイである。観測時期には活動的な火口が4つ存在し、観測点から見て互いに方位角10度程度かそれ以上離れていた。また、アレイ解析による方向推定と比較するため、150mほど離れた観測点で、ビデオカメラによる短時間の映像データを取得した。これらの観測は火山人材育成コンソーシアムの2017年海外実習の一環として行われた。

　まず、映像によって活動した火口が確定できる空振波形をテストデータとして、MUSIC法の解析パラメータの選定を行った。その結果、信号のSlownessの絶対値に関しては分解能が得られないため、Slowness絶対値を音速340m/sの逆数に固定することにした。また、観測点位置の計測精度が不十分であったため、絶対方向の信頼性が得られず、映像データを用いて校正を行った。火口を識別するのに重要な方位角の相対分解能については、本アレイで十分な分解能が得られた。

　選定された解析パラメータを用いて、観測データ全体の解析を行った。その結果、振幅10Pa以上の強い空振は、噴火活動の活発な3つの火口方向の4度以内に推定された。誤差の理論からも、これらの空振波形が2度未満の誤差を持って方向推定されることが分かった。振幅の小さな空振は、火口と火口の間などに方向推定されるものもあったが、多くは4つの火口方向のどれかに推定されていた。過去に実施されたアレイ観測と比較すると、本観測は過去の1/10の口径にも関わらず、方位角分解能が同程度となった。ただし、Slownessの絶対値に関する分解能は、過去実施された口径230m、5要素のアレイ(Ripepe et al., 2007)の方が高かった。

　観測を100分の１のスケールで模擬した室内実験を行い、観測結果と比較した。その結果、観測データのみに推定方向や精度の周波数依存性が顕著に見られた。この原因として、音源位置自体の周波数依存性や、反射や散乱、別の空振、風ノイズなど低周波に卓越するノイズの存在が考えられる。

　火口近傍における小規模アレイ観測と解析により、振幅の小さな空振も含めた多くの空振の音源火口を識別することに成功した。位相特性の揃った空振計による口径20mの空振アレイ観測は少なくとも10度程度離れた音源を識別するのに十分な相対方向分解能を持ち、実際の観測に有用であることが分かった。今後、アレイの設置方法を改善し，周波数依存性を適切に考慮するなど解析方法を工夫することにより、より精度や分解能を向上させられると考えている。