2019 Fiscal Year Research-status Report

地殻構造のランダム不均質性による地震波の振幅の揺らぎに関する研究

Research Project

Project/Area Number	18K03786
Research Institution	Yokohama City University
Principal Investigator	吉本和生横浜市立大学, 理学部, 教授 (10281966)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	武村俊介東京大学, 地震研究所, 助教 (10750200) 中原恒東北大学, 理学研究科, 准教授 (20302078)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	地震波 / 振幅の揺らぎ / ばらつき / 地殻構造 / ランダム不均質性
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、地殻構造の短波長ランダム不均質性に起因する地震波の振幅の揺らぎ（ばらつき）の特徴を、観測データの解析、数理散乱モデルの構築、数値シミュレーションに基づいて探究する。また、その研究成果を踏まえ、強震動予測における最大地動振幅評価の不確定性を見積もる。具体的には、高感度地震観測網（Hi-net）により浅発地震の波形記録が大量に集積されている西南日本を研究対象地域とし、観測記録の解析から地震波の振幅のばらつきの特徴を明らかにする、地殻構造の短波長ランダム不均質性の特徴を推定する、地震波の振幅のばらつきを評価する数理散乱モデルを構築する、３次元地震動シミュレーションに基づいて観測結果の再現を試みるとともに震源近傍の地震波の振幅のばらつきを推定する、最大地動振幅の予測に使用されている距離減衰式の不確定性を評価することなどを目指す。当該年度は、近地地震の高周波数帯（約1 Hz以上）の直達波の振幅のばらつきに関する研究において、どの程度の震源距離のデータ解析まで一様な地殻構造のランダム不均質性を仮定したモデルを適用できるか数値シミュレーションによって検討した。具体的には、地殻内地震を対象にした地震動シミュレーションに基づいて、解析対象領域が広い場合に、背景構造としてのランダム不均質性を含まない３次元地殻構造がS波振幅のばらつきに与える影響について調べた。その結果、一定の震源距離を超えると、背景構造としてのランダム不均質性を含まない３次元地殻構造の不均質性が強くない場合でも、同構造が地震波の振幅のばらつきに大きな影響を与える可能性が示された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 以下に、研究実績の概要でまとめた当該年度の研究の内容を具体的に記述する。西日本の中国地方で発生する地殻内地震を想定して差分法による地震動シミュレーションを実施した。観測点は地表に間隔5 kmでグリッド状に2601点配置した。背景の3次元地震波速度構造には全国１次地下構造モデルを使用し、地殻内にランダム不均質性（指数関数型、揺らぎの大きさ3%、相関距離1 km）を重畳した。対象とした地震は2011年11月25日に島根・広島県境の深さ14 kmで発生した横ずれ型の地震で、震央の位置を固定し、震源の深さを変化させて地震動シミュレーションを実行した。得られた速度波形の最大地動速度振幅（PGV；以下、単に振幅）を求め、その空間変化を詳しく調べた。地震動シミュレーションでは、横ずれ型の発震機構の震源輻射の影響で、震源付近では大きな振幅が十字型の方位分布で観測された。震源の深さを変化させて地震動シミュレーションを行うと、特定の深さでは見掛け輻射特性が非対称的に崩れることが確認された。震源距離に対して振幅をプロットすると、非対称的な崩れの発現によって、振幅のばらつきが有意に大きくなることが分かった。このような特徴は、地殻構造のランダム不均質性の影響では説明できない。そこで、地表地形、コンラッド面、モホ面などの設定条件を変えて地震動シミュレーションを実行した。その結果、震源がコンラッド面の上方に近接する場合に、コンラッド面のS波反射の影響によって見掛け輻射特性の非対称的な崩れが発現することが確認された。以上の結果は、震源距離40 km程度以上では、地殻構造の不均質性の一要因として、コンラッド面（地震波速度変化10%程度）がランダム不均質性と同様に、地殻内地震の強震動に大きなばらつきを引き起こす可能性を示すものであった。
Strategy for Future Research Activity	当初の研究計画に従って、主に以下の研究をすすめる。高密度地震観測網（Hi-net）で収録された地震波形の解析から、中国地方の地殻内を伝播する高周波数のP波およびS波の振幅のばらつきの周波数・震源距離依存性を明らかにする。具体的には、防災科学技術研究所の高感度地震観測網により主に中国地方で収録された地殻内地震の波形を解析し、Ｐ波およびＳ波の振幅のばらつきの周波数・震源距離依存性の詳細を明らかにする。ランダム不均質媒質中における地震波の伝播特性に関する数値解析的な研究として、差分法による３次元地震動シミュレーションを実施する。この研究には、東京大学の計算機システムおよび海洋研究開発機構の地球シミュレータを利用する。地震動シミュレーションは、ランダム不均質媒質のパラメタの設定値を大きく変えて実施する。計算で得られた波形を解析し、ランダム不均質媒質のパラメタと地震波の振幅のばらつきの周波数・震源距離依存性との関係を明らかにする。また、計算で得られた波形を観測波形と比較して、地殻構造の短波長ランダム不均質性の特徴を推定する。