[S02] AM-1

[S02-02] 雑微動相互相関関数による短周期海底地震計の時刻補正

*山花 弘明¹、村井 芳夫²、篠原 雅尚³ (1. 東京大学大学院理学系研究科、2. 北海道大学大学院理学研究院、3. 東京大学地震研究所)

自由落下自己浮上式海底地震計（OBS）による地震観測データを解析するためには，自立した地震計の時計を標準時刻に補正する必要がある．多くの場合はOBSによる観測期間の直前・直後に，標準時刻であるGPSの時計とOBSの内部時計との時刻差を計測し，OBS内部時計の線形変動を仮定して時刻補正を行う．一方で雑微動の相互相関関数(CCF)による手法では，2観測点間の内部時計の相対時刻差を推定する．この手法を使用すればGPSによる時刻補正ができなかった状況でも，時刻補正済みの他の観測点との相対時刻差を推定することで，標準時刻からの時刻差の変化率（ドリフトレート）を求めることがきる．それゆえCCFの利用はGPSによる時刻補正法を補うための手法として重要である．CCFにおいて２観測点間の内部時計の相対時刻差は，CCFにより抽出される脈動帯域の波動の走時として現れるため，これまで本手法は主に広帯域OBSに対して使用されていた。例としてTian et al. (2021) は，GPSによる時刻補正に失敗した広帯域OBSに対して本手法を使用し，複数の時刻補正済みの広帯域OBSデータとの間でCCFを求めた．その際には複数の成分・周波数帯域を用いてCCFの数を増やすことによって，１台のOBSに対して多数の走時変化を得ており，それらの平均をとることで最終的なドリフトレートの推定精度を向上させている．
　本研究では脈動帯域における感度が低い，固有周期4.5Hzの短周期OBSに対して，Tian et al. (2021) の手法を用いて時刻補正を試みた．OBSの設置海域は北海道南東の釧路沖である．観測データは24時間ごとに分割し，１日単位で走時を計算することとした．まず前処理として計算量減少のため観測データを100 Hzへダウンサンプリングしたのち，大振幅である地震の影響を除去するためにバンドパスフィルターの適用，振幅等値化，スペクトル白色化を行った．ここで走時変化を多数求めるため，バンドパスフィルターの周波数帯域は脈動帯域を中心に少しずつずらして複数用意した．その後，全観測期間の約10分の１にあたる5日分のCCFをスタックした．ここでのCCFのピーク位置の変化が走時の変化である．ただしSN比が低いCCFを除外するために，全期間スタックしたCCFにおけるピーク値が設定した値より大きいもののみを採用した．選択された複数のCCFから得られた走時変化を用いて重み付き平均をとり，得られた平均的な走時変化の回帰直線の傾きをとることで，時刻補正対象のOBSのドリフトレートを求めた（図1）．
　CCFから推定される主な波動の伝播方向は，陸側から離れる東・南向きである傾向が見られた．その波動の伝播速度は0.2 Hzにおいておよそ0.26 km/sであった（図2）．またドリフトレート推定結果を検証するため，GPS時計との時刻差計測により標準時刻に補正済みの複数のOBSに上記の手法を適用した．ここでは時刻補正済みのデータを使用しているので，求まるドリフトレートは0になることが期待される．結果としてどのOBSにおいてもドリフトレートはその95 %信頼区間が0を含み，期待通りほぼ0と一致する値を得ることができた．この結果から，短周期センサーを使用したOBSにおいても低周波帯域でのCCFを利用できる可能性が示された．