15:30 〜 17:00
[S02P-02] S-netを用いたセントロイドモーメントテンソル解析の検討
2011年東北地方太平洋沖地震(M9.0)をうけて、日本海溝海底地震津波観測網 (S-net)が整備された。S-netには、加速度計が接続されていることから、セントロイドモーメントテンソル(CMT)解析への活用が期待される。特に、S-netの導入によりカバレッジが向上し、CMT解析の精度が向上する可能性がある。一方、即時震源パラメータ解析システム(Accurate and QUick Analysis System for Source Parameters; AQUA)では、M4程度以上の地震を対象として、地震の位置、規模、およびモーメントテンソル(MT)等の震源パラメータを高精度に自動決定してきた。そこで、AQUAのCMT解析へのS-netの適用可能性について検討した。
解析にあたって、まずデータの品質を確認した。ランニングスペクトルの画像表示より、加速度計2の Low gain (以下、A2L)で長周期帯でのノイズレベルが最も低かった。また、遠地地震による観測波形を近傍の広帯域地震観測網(F-net)と比較し、0.01-0.03Hzの帯域では同等の波形が再現されることを確認した。このため、S-netのA2Lについて、特段の特性補正は行わず使用することとした。
CMT解析は、検討の結果、以下のように実施した。まず、F-netのみを用いてセントロイドの水平位置を固定したMT解を決定した(AQUA-MTとする)。次いで、AQUA-MTのセントロイド時刻・深さに固定して、F-netおよびS-netの各点ごとのMT解を得た。これを元に、観測点方位毎に品質(Variance Reduction; VR)の高い点を、F-net最大10点、S-net最大10点まで選択し、セントロイド位置を探索しCMT解を決定した。セントロイド位置の探索は、以下の点を除いて、現行のAQUAと同じである。S-netのデータは、Takagi et al. (2019)のパラメータを用いて回転した後、オフセット除去、バンドパスフィルターを施し、2回積分して変位波形とした。この時、各点ごとMwがAQUA-MTのMwより0.5以上大きくなった点は除外した(詳細は後述)。帯域は、0.02-0.05Hzおよび0.01-0.05Hzを検討した。
S-net内および近傍で発生した地震(最大Mw7.0)を解析した結果、およそMw5.5以上の場合に、5点以上のS-netを含むCMT解が得られた。
S-netの各点毎の解析結果は、震央の近傍でMwが不自然に大きな値をとる傾向がみられた。こうした傾向について、様々な要因を検討したところ、地震動そのものの加速度ではないセンサーの回転に起因することが分かった。地震前後の加速度の平均値からセンサーの回転角度を推定すると、回転角度が大きいほどMwが過大評価される傾向がみられ、Mw6.8以上の地震では、回転角がおよそ1x10-2°以上で観測点毎のMwは0.5程度以上の増加となった。Takagi et al. (2019) によると、PGAが大きいほど回転角も増大するため、震央に近くPGAが大きいほど回転が大きくMwも過大評価されると考えられる。そこで、震央距離範囲は現行のAQUAと同じとし、さらに各点ごとのMwが0.5以上大きい観測点は除外することとした。
帯域については、0.01-0.05Hzより、0.02-0.05Hzの場合に、S-netが含まれるCMT解が多く得られた。これは、長周期ほどS-netのノイズレベルが高いためと考えられる。
得られた結果をAQUAと比較したところ、Mwおよび発震機構解については、ほとんど同じ結果が得られた。セントロイド深さについては、S-netを入れた場合に、浅くなる傾向が見られた。例えば、2021年3月20日宮城県沖の地震(Mw6.9)では、深さ58 kmと推定された。これは、AQUA(65 km)やF-net(62 km)より浅く、プレート境界を表すと考えられる震源分布に近い。発震機構解や震源分布から、この地震はプレート境界の地震と考えられることから、S-netを導入することにより、もっともらしい深さに近づいた可能性がある。
CMT解析へS-netの導入を検討したところ、およそMw5.5以上の地震では有効であること、また、Mw7.0程度まではカバレッジの改善により精度が向上する可能性が示された。一方、これより大きい地震では、今回より長周期の帯域が適していると考えられる。現時点では、解析に用いた地震が十分でないため、引き続き検討が必要である。
解析にあたって、まずデータの品質を確認した。ランニングスペクトルの画像表示より、加速度計2の Low gain (以下、A2L)で長周期帯でのノイズレベルが最も低かった。また、遠地地震による観測波形を近傍の広帯域地震観測網(F-net)と比較し、0.01-0.03Hzの帯域では同等の波形が再現されることを確認した。このため、S-netのA2Lについて、特段の特性補正は行わず使用することとした。
CMT解析は、検討の結果、以下のように実施した。まず、F-netのみを用いてセントロイドの水平位置を固定したMT解を決定した(AQUA-MTとする)。次いで、AQUA-MTのセントロイド時刻・深さに固定して、F-netおよびS-netの各点ごとのMT解を得た。これを元に、観測点方位毎に品質(Variance Reduction; VR)の高い点を、F-net最大10点、S-net最大10点まで選択し、セントロイド位置を探索しCMT解を決定した。セントロイド位置の探索は、以下の点を除いて、現行のAQUAと同じである。S-netのデータは、Takagi et al. (2019)のパラメータを用いて回転した後、オフセット除去、バンドパスフィルターを施し、2回積分して変位波形とした。この時、各点ごとMwがAQUA-MTのMwより0.5以上大きくなった点は除外した(詳細は後述)。帯域は、0.02-0.05Hzおよび0.01-0.05Hzを検討した。
S-net内および近傍で発生した地震(最大Mw7.0)を解析した結果、およそMw5.5以上の場合に、5点以上のS-netを含むCMT解が得られた。
S-netの各点毎の解析結果は、震央の近傍でMwが不自然に大きな値をとる傾向がみられた。こうした傾向について、様々な要因を検討したところ、地震動そのものの加速度ではないセンサーの回転に起因することが分かった。地震前後の加速度の平均値からセンサーの回転角度を推定すると、回転角度が大きいほどMwが過大評価される傾向がみられ、Mw6.8以上の地震では、回転角がおよそ1x10-2°以上で観測点毎のMwは0.5程度以上の増加となった。Takagi et al. (2019) によると、PGAが大きいほど回転角も増大するため、震央に近くPGAが大きいほど回転が大きくMwも過大評価されると考えられる。そこで、震央距離範囲は現行のAQUAと同じとし、さらに各点ごとのMwが0.5以上大きい観測点は除外することとした。
帯域については、0.01-0.05Hzより、0.02-0.05Hzの場合に、S-netが含まれるCMT解が多く得られた。これは、長周期ほどS-netのノイズレベルが高いためと考えられる。
得られた結果をAQUAと比較したところ、Mwおよび発震機構解については、ほとんど同じ結果が得られた。セントロイド深さについては、S-netを入れた場合に、浅くなる傾向が見られた。例えば、2021年3月20日宮城県沖の地震(Mw6.9)では、深さ58 kmと推定された。これは、AQUA(65 km)やF-net(62 km)より浅く、プレート境界を表すと考えられる震源分布に近い。発震機構解や震源分布から、この地震はプレート境界の地震と考えられることから、S-netを導入することにより、もっともらしい深さに近づいた可能性がある。
CMT解析へS-netの導入を検討したところ、およそMw5.5以上の地震では有効であること、また、Mw7.0程度まではカバレッジの改善により精度が向上する可能性が示された。一方、これより大きい地震では、今回より長周期の帯域が適していると考えられる。現時点では、解析に用いた地震が十分でないため、引き続き検討が必要である。