11:00 〜 13:00
[SCG54-P03] 箱根火山深部で発生した調和型微動のモデル化
キーワード：非線形振動、火山性微動
はじめに
本研究では、2019年5月26日に箱根火山近傍の地震観測点で観測された、継続時間10分ほどの調和型微動波形のモデル化を試みる。箱根火山では、6km以浅で火山構造性地震が発生し、その深部延長に低速度領域が推定されている。また深さ20km付近には深部低周波地震が観測されていれる。今回対象とした微動の振動源は、箱根火山の下、深部低周波地震発生域付近またはその深部延長である深さ20km~40kmと推定されている(行竹ほか、2021；火山学会)。このような火山深部下部地殻付近におけるハーモニック振動は観測例がなく、本発表では既存の物理モデルの拡張を行い、微動の励起メカニズムについて考察を行った。
手法
先行研究（Julian,1994）では粘性流体の流れにより駆動される弾性体の振動について、非線形常微分方程式モデルを提唱した。Julianのモデルでは二枚の板の間を流体が流れるモデルであり、奥行き方向への制約がなかった。本発表では、楕円断面の弾性体壁を持つクラックの内部を粘性流体が流れる形にモデルを改良し、クラックの面積変化について解くことにした。これにより、奥行き方向への制約をつけ、モデルの振動解を体積震源モーメントに結びつけた。また、地球内部の物性値と結びつける係数をモデル内に導入することにより、観測データと比較検証が可能なモデル構築を試みた。さらに、乱流状態への拡張を行い，マグマだけでなく低粘性の超臨界水も駆動流体として扱うことが可能となった。
結果および議論
マグマと超臨界水の2パターンの流体についてモデルを適応させたところ、どちらに対しても観測周波数（0.9-1.1 Hz）と同じ周波数の振動を発生させうると分かった。
マグマ流の場合、例として、高さ3m横2m幅0.15m の管を300kPaの過剰圧によって平均流速6m/sほどで流れる状態が挙げられる。一方、モル分率0.6のCO2が溶け込んだ超臨界水においては、高さ2.5m横2m幅0.04m の管を43kPaの過剰圧によって平均流速9m/sほどで流れる状態が挙げられる。この場合には浮力により十分に駆動される振動であり、また流れは乱流となった。いずれの場合においても、観測された周波数を再現するためには、岩石の体積弾性率に対し10-6程度の係数をかける必要があると判明した。これは，与えた形状に対応する楕円クラックの開口弾性に比べて，10-4-10-5倍の値である。
さらに、モデル波形をグリーン関数と畳み込みこむことで観測波形と比較した。グリーン関数は3次元差分法（Maeda et al., 2017; EPS)を用い、丹沢山地の1次元速度構造をもとに計算を行った。その結果、観測波形の上下動成分に見られた片側への振動をモデルでも再現できており、また鋭い波形も再現できていた。一方、振幅はモデルの結果のほうが1桁程度大きくなっており、これは地下構造による減衰の効果が十分に反映されていないことにより説明づけられる可能性がある。また、岩石の部分溶融などにより、見かけの体積弾性率が低下している可能性も考えられる。
本研究では、2019年5月26日に箱根火山近傍の地震観測点で観測された、継続時間10分ほどの調和型微動波形のモデル化を試みる。箱根火山では、6km以浅で火山構造性地震が発生し、その深部延長に低速度領域が推定されている。また深さ20km付近には深部低周波地震が観測されていれる。今回対象とした微動の振動源は、箱根火山の下、深部低周波地震発生域付近またはその深部延長である深さ20km~40kmと推定されている(行竹ほか、2021；火山学会)。このような火山深部下部地殻付近におけるハーモニック振動は観測例がなく、本発表では既存の物理モデルの拡張を行い、微動の励起メカニズムについて考察を行った。
手法
先行研究（Julian,1994）では粘性流体の流れにより駆動される弾性体の振動について、非線形常微分方程式モデルを提唱した。Julianのモデルでは二枚の板の間を流体が流れるモデルであり、奥行き方向への制約がなかった。本発表では、楕円断面の弾性体壁を持つクラックの内部を粘性流体が流れる形にモデルを改良し、クラックの面積変化について解くことにした。これにより、奥行き方向への制約をつけ、モデルの振動解を体積震源モーメントに結びつけた。また、地球内部の物性値と結びつける係数をモデル内に導入することにより、観測データと比較検証が可能なモデル構築を試みた。さらに、乱流状態への拡張を行い，マグマだけでなく低粘性の超臨界水も駆動流体として扱うことが可能となった。
結果および議論
マグマと超臨界水の2パターンの流体についてモデルを適応させたところ、どちらに対しても観測周波数（0.9-1.1 Hz）と同じ周波数の振動を発生させうると分かった。
マグマ流の場合、例として、高さ3m横2m幅0.15m の管を300kPaの過剰圧によって平均流速6m/sほどで流れる状態が挙げられる。一方、モル分率0.6のCO2が溶け込んだ超臨界水においては、高さ2.5m横2m幅0.04m の管を43kPaの過剰圧によって平均流速9m/sほどで流れる状態が挙げられる。この場合には浮力により十分に駆動される振動であり、また流れは乱流となった。いずれの場合においても、観測された周波数を再現するためには、岩石の体積弾性率に対し10-6程度の係数をかける必要があると判明した。これは，与えた形状に対応する楕円クラックの開口弾性に比べて，10-4-10-5倍の値である。
さらに、モデル波形をグリーン関数と畳み込みこむことで観測波形と比較した。グリーン関数は3次元差分法（Maeda et al., 2017; EPS)を用い、丹沢山地の1次元速度構造をもとに計算を行った。その結果、観測波形の上下動成分に見られた片側への振動をモデルでも再現できており、また鋭い波形も再現できていた。一方、振幅はモデルの結果のほうが1桁程度大きくなっており、これは地下構造による減衰の効果が十分に反映されていないことにより説明づけられる可能性がある。また、岩石の部分溶融などにより、見かけの体積弾性率が低下している可能性も考えられる。