[S-TT36] 光ファイバーセンシング技術の地球科学への応用

[STT36-P09] 桜島でのDAS観測でとらえられた歪と表層地質との関連

*米盛 航平¹、西村 太志²、中道 治久³、中原 恒⁴、田口 貴美子²、江本 賢太郎¹、濱中 悟¹ (1.九州大学大学院理学府地球惑星科学専攻、2.東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻、3.京都大学防災研究所附属火山活動研究センター、4.東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻固体地球物理学講座)

キーワード：DAS (Distributed Acoustic Sensing)、サイト増幅特性、桜島、表層地質

背景
地震波のサイト増幅特性は、観測される地震波の振幅に影響を及ぼし、地震波解析の際には適切な補正が必要となるだけでなく、正確な地震ハザード評価を行うためにも重要である。現状では250mメッシュで地盤情報が提供されているが，その分解能を如何に高めていくかが課題となっている。サイト増幅特性の導出のためには、複数の観測点を設置し、観測された地震波形から震源特性、伝播経路の特性を分離して推定する必要がある。通常の地震計を大量に高密度で設置することで、高密度なサイト増幅特性を求めることは可能であるが、観測コストは大きい。そこで本研究では、近年地球物理の分野に導入されている光ファイバーケーブルを利用したDAS（Distributed Acoustic Sensing：分布型音響計測）観測で、ケーブルに沿って得られる空間的に高密度な地震動データを用いてサイト増幅特性を推定する。DAS観測データから比較的単純な手法で得られる高分解能なサイト増幅特性（振幅の空間変化）と、波動場の性質や、地形・地質との関連を議論し、手法の検証を行う。

データと解析手法
2022年度に桜島の一周経路のケーブルを用いて実施されたDAS観測データの中から、S/N比の良好な0～3000ch（主に南側）を使用した。測定値は、チャンネル間隔は4 m、時間サンプリング200 Hzの歪時系列である。局所的なカップリングの問題や交通ノイズ部分を除外し、5つの地震イベントに対し、1~2 Hzのバンドパスフィルターを適用後、S波成分を含む30秒の時間窓で切り取ったチャンネルごとのRMS振幅の平均値と、夜中2～3時の静穏時のバックグラウンドノイズを18日分スタックした振幅の平均値を地質図と地形図にプロットして比較した。

結果
振幅の空間的な増幅率は、0～1500ch付近と2100ch~2800ch付近では低く、1500ch~2100chと2800~3000ch付近で高く見積もられた。増幅率は3000チャンネルを通して約100倍のスケールで幅を持っていることが分かった。この傾向は地震時とバックグラウンドノイズの双方で見られた。20ch分の平均値をプロットに用いているため、水平方向に100mほどのスケールでの局所的なシグナル増幅率の変化が見られた。ケーブル直下の地質として、前半は古い溶岩流、後半は新しい溶岩流で構成されている。500ch付近は堆積物による扇状地となっており、この区間を挟んで局所的に高い増幅率が見られた。また、2800~3000chには大正溶岩とそれ以外の溶岩との境界があり、2800ch以前と比較して高い増幅率が確認された。

議論
500ch周辺の扇状地部分では、前後の溶岩流との境界付近で局所的な増幅率の高まりがみられる。DASはケーブルの歪を捉えるので前後で例えば地質の違いなどで地盤の強度に差異があるとその境界で局所的に大きく歪む。今回の解析結果においても地質境界がDASの歪記録の局所的な増幅に影響を及ぼしていると示唆される。また、2200ch以降の1kmほどの記録以外の傾向を考えると地質境界から離れた溶岩流の増幅率は低く、堆積物と比較して強固な地盤であると評価できる。しかしながら、桜島南東部の大正溶岩について、2200~2800chは低い増幅率なのに対して、同じ地質の1500~2200chは高い増幅率がみられ、溶岩の方が強固で揺れにくいという推測に反する。また、年代としては300年以上の大きな開きがあるが、地質的には溶岩流は安山岩質として知られており、先述した大正溶岩前半のような他の溶岩流と比較して大きな増幅率がみられるのは興味深いことである。年代が新しいので、比較的崩壊して安定した部分とそうではない部分があるのではないかと考えられる。地形的には大正溶岩の前半と後半で溶岩流のしわの文様が違い、固結の違いが表れたのではないかと思われる。