[S-SS07] 地震波伝播：理論と応用

[SSS07-04] 斜面における弾性波能動観測による降雨前後の地盤内弾性波速度および速度構造の推定

*中山 雅之¹、川方 裕則¹、土井 一生² (1.立命館大学、2.京大防災研)

キーワード：斜面、弾性波能動観測、速度構造、降雨

近年，降雨や融雪を誘因とする斜面表層崩壊準備の早期把握などを目的として，弾性波能動観測による，地盤中の水分量や地下水位の変動をモニタリングしようとする取り組みがおこなわれ始めている．例えば，中山・他 (2022, SSJ) は，市販の振動スピーカーを加速度計とともに斜面に埋設し (図1)，リニア・スイープ信号をスピーカーに繰り返し印加し，降雨を含む期間において弾性波観測をおこなった．彼らは，スタック後の収録波形から基準音成分のみを取り出し，位相スペクトルの時間変化を調べたところ，いくつかの加速度計において，降雨前と降雨後それぞれの期間において比較的安定した位相を得た．速度分散がないと仮定すると，任意の観測点で得られる各周波数における位相変化量は走時に比例する．ただし，実際に各観測点で計算される位相変化量は2πのn (定数) 倍の不定性を持つ．彼らは，unwrap後の位相が周波数に対して直線で近似できるとし，任意のnにおいて残差が最小となるような速度をグリッドサーチにより推定した．その結果，弾性波速度は降雨後に低下した．しかしながら，位相分布の概形は近似直線と比較的一致したものの, nを変えても残差がほとんど変化せずnの任意性を完全には消しきれず，推定速度の絶対値の信頼性について疑問が残された．そこで，本研究では，中山・他 (2022, SSJ) で得られた観測記録を再解析し，降雨前および降雨後それぞれの期間における絶対速度を推定し，その結果を用いて速度構造の推定を試みた．
我々は，中山・他 (2022, SSJ) によって計算された，スタック後の収録波形のスペクトログラムから，スイープ波形の基準音成分 (91-300 Hz) を1 Hzごとに抽出しなおした．ある基準観測点とある観測点の間の平均的なみかけ速度 (以下，平均みかけ速度) を仮定した場合，基準観測点からの距離に応じた走時差が計算されると同時に，その走時差に応じた位相変化量が計算される．その位相変化量を補正した当該観測点のスペクトルと基準観測点のスペクトルのクロススペクトルを計算すると，平均みかけ速度が正しい場合には，入力波形の周波数帯域全体において位相成分がゼロになることが期待される．そこで，降雨前の期間において，位相が安定していた時間帯 (約10時間分) および帯域 (210-230 Hz) のデータに関して， AC8を基準観測点とし，AC8と各加速度計 (AC3-7) のクロススペクトルを計算し，周波数方向の位相平均値が最もゼロに近くなる速度をグリッドサーチによって推定した．速度は，中山・他 (2022, SSJ) で推定された降雨前の速度 (446 m/s) を参考に270-1600 m/sの範囲を2 m/s刻みで変化させた．
AC8と各加速度計間の推定平均みかけ速度は，距離に応じて低くなる傾向がみられた (図2)．伝播してきた波が単一周波数の表面波の場合や，一様構造を実体波が伝播する場合には，平均みかけ速度は距離に依存しない．平均みかけ速度が距離に応じて変化したことから，速度が何らかの深さ依存性を持つような地下構造の中を実体波が屈折しながら伝播してきたことを示唆している．今後は，降雨後の期間に関する平均みかけ速度およびそれぞれの期間の速度構造を推定するとともに，降雨前後での速度構造変化について議論する．

謝辞: 本研究は，JSPS科研費JP15H02996と26750315の助成を受けた．ここに感謝の意を表する．