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[S08-01] Broadband frequency rupture process of the 2016 Kumamoto earthquake using the multi-beam back-projection and strong motion records
本研究では、マルチビーム地震バックプロジェクション法と、震源の全方位をカバーするK-NET/KiK-net強震観測網からの震源近傍の強震記録の密集アレイを使用して、2016 年 4 月 16 日の熊本地震 (M7.1) の広帯域周波数 (0.1 ～ 10 Hz) 断層破壊プロセスを推定した。震源からの距離が 100 km 以内の 104 の観測点を選択し、震源周辺の等間隔の角度領域に分散する複数のサブアレイにグループ化した (図 1a)。バックプロジェクションのターゲット領域については、震源の周囲に南西北東方向に伸びる50 x 26 km の面積と地表から深さ20 kmまでのグリッドメッシュ（間隔500m）を構築した (図 1a の黄色で表示)。九州地域のトモグラフィーで得られた3次元S 波速度モデル (Matsubara et al., 2022)に基づいて、各グリッドと観測点ペアーの走時を計算し、到着時刻での速度エンベロープを積み重ねることで、各グリッドとサブアレイのビームパワーを計算した。ここでは、到着時刻は震源時刻と走時の合計として推定される。そして、特定の到着時刻に対するサブアレイビームの 2 乗して、グリッドのビームエネルギーを推定される。断層破壊の時空間過程を調べるため、震源時刻でグリッドエネルギーを0.25秒ごとに25秒まで探索し、到着時刻の前後±1秒のウィンドウ内でエンベロープ振幅の平均として計算される。各到着時刻とグリッドでの合計グリッドエネルギーは、結合されたサブアレイビームエネルギーの積として計算する。さらに、ビームフォーミング中のS/N比を高めるために、N 乗根スタッキング手順を適用した。熊本地震の広域周波数プロセスを調べるために、観測波形を 4 つの周波数帯域 (0.1～0.5、0.5～1、1～5、5～10 Hz) にバンドパス フィルター処理し、水平成分とそのヒルベルト変換をベクトル加算して速度エンベロープを作成した。本研究の結果によると、断層の破壊は最初の 3 秒間の弱い放射で始まり、全破壊時間は 16 秒間続き、日奈久断層と布田川断層領域に沿って 30 km の距離に及んだことが分かった。高周波 (HF) 地震動 (0.5～10 Hz) は、震源周辺の領域から発生し、地表から 10 km の深さまで広がり、3～9 秒間放射された。対照的に、強い低周波（LF）地震動放射（0.1～0.5 Hz）は、HF放射帯の北東の領域から、深さ5 kmより浅いところで11～16秒の間に発生した（図1b）。さらに、低周波放射は主に布田川断層破壊の主断層痕跡とほぼ平行に帯状のように分布しており、これは現地調査で確認された熊本地震の同時性断層破壊痕跡と密接に一致している（図1b）。加えて、西原村小森（JMA）で観測された熊本地震の強震記録は、約0.2 Hz付近で顕著な速度パルスを示した。この記録は布田川主断層痕跡のすぐ近くで観測されたため、本研究で特定された浅い強い低周波放射領域を反映している可能性が高いと考えられる。本研究で提案されたBP手法が、広帯域の破壊プロセスを正確に画像化できることを示している。また、熊本地震の断層破壊の低周波成分と高周波成分が空間的にも時間的にも補完的であることも明らかにし、地震の複雑さを強調している。