[S-VC32] 活動的火山

[SVC32-13] 火山性低周波地震を励起する震源収縮の時空間変動の推定

*中野 誠之¹、熊谷 博之¹ (1.名古屋大学)

キーワード：火山性低周波地震、熱水系、流体に満たされたクラック、水滴成長モデル

熱水系卓越火山で観測される火山性低周波地震（LPイベント）は、引きの初動と明瞭な周波数ピークを持つ減衰調和振動を示し、割れ目（クラック）内に充填された高温水蒸気の凝縮により生じた水滴・水蒸気混合流体（ミストガス）の共鳴振動と解釈されている（例えばTaguchi et al., JGR, 2018）。中野・熊谷（JpGU, 2024a; 火山学会, 2024b）は、LPイベントの初動から減衰振動に至るまでの過渡的な振動（過渡振動）に見られる周波数ピークの変動が、震源収縮に伴うクラック端の移動によるドップラー効果に起因し、この収縮過程がLPイベントを励起したと解釈した。また、水滴成長モデル（Peters and Meyer, IJHMT, 1994）に基づけば、過渡振動の継続時間は0.01 μmオーダーの水滴が1 μmオーダーへ成長する時間スケールと概ね一致することから、水凝縮の進行に伴う水滴成長が震源収縮を引き起こしたと説明した。しかし、収縮量やその時間変化については定量的に検討されていない。そこで本研究では、ドップラー効果および水滴成長モデルに基づいて、過渡振動の周波数変化から震源収縮の時空間変動を定量的に推定した。
本研究では、1989–1993年に草津白根山で観測されたLPイベントの内、全観測点で明瞭なスペクトルピークを示した33イベントを解析した。また、これら波形に対して ウェーブレット変換（Lilly and Olhede, IEEE, 2009）を行い、周波数ピークのリッジの時間変化を抽出した。さらに、各観測点での周波数変化量（初動時周波数と減衰振動時周波数の差）の空間分布を用いて、ドップラー効果に基づき移動方向と速度を推定した。
全てのイベントにおいて、過渡振動中に見られる周波数リッジは、初動付近で最大または最小値を示し、1–2 秒程度の時定数で徐々に減少または増加することで、一定周波数を示す減衰振動へと移行する変化を示した。ドップラー効果に基づいて解釈すれば、これは震源の収縮量が初動付近で最大で、徐々に0へと減少する変化を示唆する。推定された移動方向は、全体の2/3のイベントにおいて、クラック両端が収縮する過程を示唆した。これらイベントにおいて、移動速度が周波数変化の時定数の間に0 m/sまで減少すると仮定し、震源の収縮量を計算した。ここで、震源での周波数が常に一定であると仮定した。この仮定は、中野・熊谷（2024a）に基づくと、クラック幅が一定で、クラックの長さと厚さの比がガス質量分率に応じて変化すると仮定することで実現される。このようにして推定された収縮量は、Nakano et al. (GJI, 2025)が減衰振動の周波数、Q値、地震モーメントから推定した体積変化量と調和的な値となった。次に、このような収縮を引き起こす凝縮過程について水滴成長モデルを用いて考察した。まず、中野・熊谷（2024b）と同様に、H₂O質量が一定の系において、ある過飽和度に対して成長可能な最小半径を持つ水滴がある個数密度で存在し、これらが均一に最終水滴半径まで成長した場合のミストガス総体積変化（収縮量）を計算した。しかし、均一な水滴成長では、成長初期に収縮量が最小で、成長終了時に最大となる過程を示し、過渡振動の周波数変化が示唆する収縮過程（初動付近で最大で徐々に減少）とは異なる結果となった。そこで、初期水滴半径に対する個数密度の分布関数を導入し、収縮量を再計算した。その結果、ワイブル分布（ワイブル係数6、尺度パラメータ15、最小半径0.06 μm、最大半径6 μm、総個数密度2.5 × 10¹³ 個/m³）を仮定した場合に、1992年8月8日に観測されたLPイベントの収縮過程とその継続時間を再現することができた。また、総個数密度や分布関数を変えることで他イベントの収縮過程も説明できることが分かった。これらの結果は、過渡振動の周波数変化をドップラー効果と水滴成長モデルに基づいて解析することで、LPイベントの励起過程を定量的に推定できることを示している。