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[SSS07-22] 3次元構造を反映した地震波のGreen関数を用いた震源過程解析の試み
キーワード：震源過程、3次元構造、インバージョン
震源域を推定する方法の1つに震源過程解析がある。ローカルな地震観測点の波形を使った震源過程解析では、1次元の構造を仮定してGreen関数を計算し波形を合成して行うことが多いが、このため海域の地震に対して陸域の観測点の波形を利用する場合は距離が離れていることなどから構造の不均質の影響を大きく受けてしまい、地震の規模によっては妥当な結果が得られにくい。
そこで、3次元構造を反映した合成波形を用いて解析することで、ある程度距離が離れた観測点の波形を利用しても妥当な結果が得られるか試みた。
1. 方法
(1) Green関数
CMT解をもとに震源を通る平面を断層の面として設定し、その面上に震源格子を置いて、各格子から各観測点の地震波のGreen関数を用意した。具体的にはOpenSWPC(Maeda et al., 2017)を用いて相反定理モードにより、各震源格子と観測点間のGreen関数を計算した。これらGreen関数には震源時間関数が畳み込まれているが、震源時間関数の継続時間は利用する波形の周期帯よりも十分短い。構造には全国1次地下構造モデル（JIVSM）(Koketsu et al., 2012)を利用した。
また比較のため、1次元構造を用いたGreen関数も用意した。離散化波数積分法(Bouchon, 1981)により、反射・透過係数行列(Kennett and Kerry, 1979)を用いて計算した。非弾性減衰の効果は武尾(1985)の方法を用いることで考慮した。なお、1次元構造には海水や地形は含まれない。
(2) インバージョン
震源から破壊が始まり、設定した破壊伝播速度を超えない速度で破壊が各震源格子へ伝播するよう条件を課し、各震源格子のすべりの方向はCMT解のすべり角から±45度の範囲内に拘束し、またすべり量が multiple time window法を用いて滑らかになるような制約を加え、各震源格子でのすべりの時間変化とGreen関数を畳み込んだ合成波形の和と観測波形の差が小さくなるようインバージョンを行った(たとえばIde et al., 1996)。その際、滑らかさのパラメータはABIC最小となるよう選び(Fukahata et al., 2003)、観測波形の初動及び震源の位置に対するGreen関数の波形の初動を読み取り初動時刻を合わせた。
2.解析
2021年5月1日の宮城県沖の地震(MJ6.8)について解析した。この地震は沈み込む太平洋プレートと陸のプレートとの境界で発生したと評価されている(地震調査委員会, 2021)。間隔5km、走向方向に11点、傾斜方向に9点の震源格子を置き、震央距離が100km程度までの比較的近いK-NET, KiK-netの13地点の波形を使った解析（ケース1）と、距離のほとんどが100～200km程度である気象庁観測点（加速度計または広帯域強震計）の波形を使った解析（ケース2）を行った。波形は速度波形に変換し、0.05～0.2Hz帯を用いた。
1次元構造での解析は、震央付近のJIVSMの構造データから作成したものと、Matsubara and Obara(2011)を参考に武藤他(2014)が用いた構造の2つについて行った。
3. 結果
ケース1では、1次元構造を用いた解析、3次元構造を用いた解析のいずれでも、震源の北寄り上部へ伝播する、まとまった破壊領域が解析された。
一方、ケース2では、1次元構造を用いた解析では破壊領域がばらけてしまい、よい結果が得られたとはいえない。3次元構造を用いると破壊領域が北寄り上部にまとまり、ケース1と似た結果が得られた。
3次元構造を反映することで、この地震については、ある程度遠い観測点の波形ばかりを使った震源過程解析を行っても妥当な結果が得られた。
謝辞：（国研）防災科学技術研究所のK-NET、KiK-netのデータを使用しました。
そこで、3次元構造を反映した合成波形を用いて解析することで、ある程度距離が離れた観測点の波形を利用しても妥当な結果が得られるか試みた。
1. 方法
(1) Green関数
CMT解をもとに震源を通る平面を断層の面として設定し、その面上に震源格子を置いて、各格子から各観測点の地震波のGreen関数を用意した。具体的にはOpenSWPC(Maeda et al., 2017)を用いて相反定理モードにより、各震源格子と観測点間のGreen関数を計算した。これらGreen関数には震源時間関数が畳み込まれているが、震源時間関数の継続時間は利用する波形の周期帯よりも十分短い。構造には全国1次地下構造モデル（JIVSM）(Koketsu et al., 2012)を利用した。
また比較のため、1次元構造を用いたGreen関数も用意した。離散化波数積分法(Bouchon, 1981)により、反射・透過係数行列(Kennett and Kerry, 1979)を用いて計算した。非弾性減衰の効果は武尾(1985)の方法を用いることで考慮した。なお、1次元構造には海水や地形は含まれない。
(2) インバージョン
震源から破壊が始まり、設定した破壊伝播速度を超えない速度で破壊が各震源格子へ伝播するよう条件を課し、各震源格子のすべりの方向はCMT解のすべり角から±45度の範囲内に拘束し、またすべり量が multiple time window法を用いて滑らかになるような制約を加え、各震源格子でのすべりの時間変化とGreen関数を畳み込んだ合成波形の和と観測波形の差が小さくなるようインバージョンを行った(たとえばIde et al., 1996)。その際、滑らかさのパラメータはABIC最小となるよう選び(Fukahata et al., 2003)、観測波形の初動及び震源の位置に対するGreen関数の波形の初動を読み取り初動時刻を合わせた。
2.解析
2021年5月1日の宮城県沖の地震(MJ6.8)について解析した。この地震は沈み込む太平洋プレートと陸のプレートとの境界で発生したと評価されている(地震調査委員会, 2021)。間隔5km、走向方向に11点、傾斜方向に9点の震源格子を置き、震央距離が100km程度までの比較的近いK-NET, KiK-netの13地点の波形を使った解析（ケース1）と、距離のほとんどが100～200km程度である気象庁観測点（加速度計または広帯域強震計）の波形を使った解析（ケース2）を行った。波形は速度波形に変換し、0.05～0.2Hz帯を用いた。
1次元構造での解析は、震央付近のJIVSMの構造データから作成したものと、Matsubara and Obara(2011)を参考に武藤他(2014)が用いた構造の2つについて行った。
3. 結果
ケース1では、1次元構造を用いた解析、3次元構造を用いた解析のいずれでも、震源の北寄り上部へ伝播する、まとまった破壊領域が解析された。
一方、ケース2では、1次元構造を用いた解析では破壊領域がばらけてしまい、よい結果が得られたとはいえない。3次元構造を用いると破壊領域が北寄り上部にまとまり、ケース1と似た結果が得られた。
3次元構造を反映することで、この地震については、ある程度遠い観測点の波形ばかりを使った震源過程解析を行っても妥当な結果が得られた。
謝辞：（国研）防災科学技術研究所のK-NET、KiK-netのデータを使用しました。