[S-VC28] 活動的⽕⼭

[SVC28-P13] 地震・空振近傍観測を用いた阿蘇火山浅部火道内におけるマグマヘッド深さ・音速の同時推定

*石井 杏佳¹、横尾 亮彦¹ (1.京都大学大学院理学研究科)

キーワード：浅部火道、空振、阿蘇火山

開口系火山において、火道内のマグマヘッドの深さを継続的にモニタリングすることは、噴火活動の変化の予測や浅部のマグマ供給システムの理解につながる。多くの火山では、この深さを直接計測することは難しいため、地震・空振・熱などの観測データから推定する。推定方法はいくつか存在するが、いずれの方法でも未知数が複数存在し、深さを制約することが難しいという問題点がある。本研究では、この点について改善するために、共通した未知数を持つ2つの方法を組み合わせて深さを推定することを試みた。組み合わせた1つ目の方法は、ストロンボリ式噴火の発生にともなって観測される地震・空振シグナルの到来時間差(Δt)から、爆発発生の深さを推定する方法である(Ishii et al., 2019)。もう一つの方法は、空振の卓越周波数(f₀)が火道内共鳴の共鳴周波数であると考えて、火道上部の空間スケール(深さ)を推定する方法である (例えば、Johnson et al., 2018)。これらの方法は、いずれも深さと火道内音速が未知数であるため、2つの関係を連立して解くことで、両方の未知数を求めることが可能となる。使用したデータは、阿蘇火山中岳第一火口近傍で取得された短周期地震計記録および空振計記録である。解析対象とした2015年4月下旬には、ストロンボリ式噴火が発生しており、数分に1回程度の頻度で爆発にともなう地震・空振が観測された。また、爆発イベントの有無によらず、空振シグナルの卓越周波数は0.5 Hz程度であり、これは火道内での共鳴成分であると考えられている (Yokoo et al., 2019)。解析にはS/Nの良い318イベントを使用した。到来時間差(Δt)を用いる方法の具体的な手順は、先行研究(Ishii et al., 2019)に倣った。一方、空振の卓越周波数を用いる方法を採用するには、火道形状や火道内の音速プロファイル、観測点までの火口周辺地形の影響を考慮することが必要である。本研究ではこれらについて考慮するために、以下のような手順を踏んだ。まず、空振の卓越周波数f₀と倍音成分f₁の比を用いて、火道形状を決定した。f₀とf₁の周波数比は、火道出口部とマグマヘッドに相当する深さの火道径の比の関数として理論的に表現することができる(Ayers et al., 1985)。観測された空振スペクトルには、卓越周波数0.5 Hzの他に 2 Hz付近にもピークがみられており、これらをそれぞれf₀、f₁と考えると、深くなるほど断面積が大きくなる円錐台形状が推定された。次に、観測点までの火口周辺地形・音速プロファイルの影響を調べるため、3次元空振伝播シミュレーションを実施した。火口周辺の地形データを与え、火道出口付近に音速の遷移領域を設けて、FDTDシミュレーションを実施した結果、得られたf₀は、理論値(Ayers et al., 1985)と一致しなかった。特に、火道内音速が大気音速よりも高速の場合、f₀は理論値よりも低周波になった。そこで、このシミュレーション結果を使って、卓越周波数f₀と深さ及び火道内音速の関係を補正した。ここまでの結果を踏まえて、2つの方法を連立して深さ・火道内音速を推定した結果、深さは100 m以浅、火道内音速は300-600 m/sの範囲に推定された。推定された深さの範囲は、シグナルの到来時間差Δtのみを使用して深さを推定した先行研究(Ishii et al., 2019)に比べて狭く、より浅い。しかし、この推定に使用できたイベントは全体の10 %程度であり、残りのイベントは観測値(Δt, f₀)の組み合わせを説明できる現実的な深さ・火道内音速が存在しなかった。この問題は、爆発源の水平位置を考慮することで解決する可能性がある。