[S07] PM-1

[S07-04] Waveform inversion using all three components for the 3D S-wave velocity structure in D″ beneath the Southern Atlantic

*Keisuke Otsuru¹, Kenji Kawai¹ (1. University of Tokyo)

D″領域はマントルの最下部数百キロを占める熱境界層であり、マントルのダイナミクスを解明する上で重要な存在である。D″領域には、太平洋下とアフリカ下の2箇所に巨大S波低速度域（LLSVP）が存在することが知られている。これらは高温または化学組成（もしくはその両者の組み合わせ）の異常によるものと考えられるが、詳しいことは未だわかっていない。マントル対流シミュレーションの結果からは、マントル対流が熱のみの効果により駆動されていれば「プリュームクラスター」と呼ばれる小さなプリュームの集合体が形成される一方、化学組成異常がマントル対流の駆動に関与していれば「熱化学パイル」と呼ばれる大きな化学組成異常の塊がコア-マントル境界（CMB）直上に形成されることが示唆されている。LLSVPの内部の地震波速度構造を詳細に解像できればその判別が可能になると考えられるが、LLSVPが存在する南半球は解像度が乏しく、特に低速度異常を推定することがこれまで難しかった。全マントルインバージョンによる構造推定は行われてきたもののその水平方向の解像度は1000 km程度であり、LLSVPが「プリュームクラスター」か「熱化学パイル」かを判別するには至っていない。

本研究では、最近公開されてきているアフリカ大陸の地震波観測網のデータを活用して、低速度異常の推定に有効な波形インバージョンを行うことで、アフリカLLSVP西側境界域にあたる南大西洋下のD″領域の詳細な3次元S波速度構造を推定する。使用する波形データは深発およびやや深発地震からの地震波を震央距離70〜100度で観測した、各成分およそ3600本の広帯域地震波形であり、IRISから取得した。地震波の3成分全てを使用することで、SフェーズおよびScSフェーズに加えてSKSフェーズも活用する。まずはイタレーションにより1次元構造を推定し、その構造を初期モデルとして3次元の構造推定を行う。これにより、概ね水平方向250 km、鉛直方向50 kmの解像度での構造推定を実現する。

得られた3次元S波速度構造モデルには、ブラジルの下にファラロンスラブと思われる500 kmスケールの高速度域がみられた他、南大西洋下のCMB直上に複数の500 kmスケールの低速度域が確認された。低速度域は従来LLSVPとされてきた領域の内部だけでなくその西側にも存在しており、LLSVPがCMB直上で100 km程度の厚さで西側に伸びている可能性が示唆された。また、これらの低速度域は熱化学パイルのような大きな塊は形成しておらず、プリュームクラスターの描像と整合的である。