2020 Fiscal Year Research-status Report
地震波解析による水蒸気噴火発生場の解明：御嶽山・草津白根山におけるケーススタディ
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19K04016
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
前田 裕太 名古屋大学, 環境学研究科, 講師 (00728206)
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2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 火山地震学 / 機械学習 / 地震波干渉法 / 地震活動 / 地下構造 / 御嶽山 / 草津白根山 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水蒸気噴火は火山浅部の帯水層への熱供給による地下水の急激な気化現象と考えられ、その熱供給の具体的な機構を解明することは水蒸気噴火の発生過程を知る上で重要である。本課題では2014年に水蒸気噴火を起こした御嶽山において定量的な熱輸送モデルの構築を目指し、そのための制約条件として地震学的観測から熱輸送を担う媒体の(1)種類とフラックス、(2)出発点(マグマだまり)の深さ、(3)到達点(帯水層)の深さを推定する。
(1)の推定のため、流体運動によって生じると考えられる低周波地震を網羅的に検知する機械学習手法の開発を進めた。これは(i)連続波形から御嶽山山頂域・周辺域の地震活動全体を検知し、(ii)その中から山頂域の地震を抽出し、(iii)更にその中から低周波地震を抽出する、という3段階から成る。2020年度は(i)の成果を論文に掲載し、(ii)もほぼ完成し、山頂観測開始から2019年末までの2年強のデータを用いて実際の検知も行った。しかし地震数に原因不明の季節変動が見られ、その検証および(iii)は2021年度に継続実施する。
(3)の推定のため、御嶽山浅部構造の解明を進めた。御嶽山直下の太平洋プレート上で発生する深発地震の初動の鉛直伝搬速度を用いてこれまで未知であった山頂域最浅部のP波速度を推定した。その情報を用いてより深部までの成層構造と山頂直下の地震の震源の同時推定を行った。また雑微動の自己相関関数を用いて反射断面の推定を行った。以上の解析から暫定的であるが古期・新期御嶽境界に対応すると思われる層境界、深部から浅部への流体移動に伴う地震発生とそれによる多数の反射面という描像が得られた。
御嶽山との比較研究として研究協力者(修士課程学生)により草津白根山2018年噴火時の地震・傾斜変動の力源を推定した。この研究成果は修士論文として完成し、投稿論文の準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画調書の年次計画では御嶽山において(a)機械学習による地震検知手法の開発を2019～2020年度、(b)検知した地震の周波数・規模・頻度の推定を2020～2021年度、(c)地震波速度構造の推定を2021～2022年度に実施する予定であった。また比較研究として(d)草津白根山2018年噴火ソースの深さ・規模の推定(修士論文研究)を2019～2020年度に実施する予定であった。これまでの進捗として、(a)はやや遅れているが(b)と合わせて2021年度で挽回できる見込みがあり、(c)は計画よりも早く進み、(d)は計画通りである。
(a)に関して、研究計画調書時点では流体移動に特に関係する低周波地震を直接検知する手法開発を念頭に置いていたが試行錯誤の結果うまく行かず、(i)御嶽山山頂域・周辺域の地震活動全体の検知、(ii)その中から山頂域の地震の抽出、(iii)更にその中から低周波地震の抽出、という3段階で取り組む方針に転換した。2020年度で(ii)までほぼ完成したが、地震数に原因不明の季節変動が見られ、その検証と(iii)は2021年度に持ち越しとなった。しかし(ii)(iii)は短期間のデータで手法開発を済ませてから長期間のデータに適用する方式ではなく長期間のデータを直接用いて手法開発を進めており、手法開発と実際の検知・分類が一体となった解析である。そのため(iii)が完成した段階で(b)もセットで完了する予定である。
(c)に関しては2021年度からの実施予定であったが2020年度に前倒しして解析を進め、既に暫定的な解析結果が得られている。また(d)の草津白根山の修士論文研究も予定通り完成し、投稿論文として準備中である。
以上から全体としておおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
山頂観測開始から2019年末までの2年強のデータを用いて検知した御嶽山山頂域の地震数には季節変動が見られた。地震数が季節変動するとは考えにくく、ノイズ評価などアルゴリズムの問題による人為的な変動の可能性がある一方、実際の地震数の増減が季節と偶然重なっただけの可能性もある。そこでまず2020年以降のデータを用いることで検知期間を伸ばして季節変動を検証する。
これと並行して山頂域の地震の中から低周波地震を抽出する手法開発に取り組む。低周波地震は卓越周波数が5 Hz以下の地震として定義されるが、同一の地震でも観測点間で卓越周波数が異なるためいくつかの統計的手法を試す。また周波数帯毎に適した手法(高周波：振幅震源決定法、低周波：センブランス法を予定)により検知した地震の震源位置を求め、メカニズムと規模の推定にも取り組む予定である。
御嶽山浅部・深部の地下構造推定も進める。浅部構造に関しては雑微動に加えて深発地震も用いて自己相関関数解析を進める。その際に自己相関関数の誤差レベルを定量化する。これにより偽の反射面の識別が容易になると期待される。深部構造に関しては脈動帯域を用いた相互相関関数解析を予定している。
これらの解析が一通り終われば御嶽山における熱輸送モデル構築のための制約条件として熱輸送を担う媒体の(1)種類とフラックス、(2)出発点(マグマだまり)の深さ、(3)到達点(帯水層)の深さが推定できると期待される。
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| Causes of Carryover |
本研究計画における最大の経費は設備備品費として初年度に計上していた熱流体連成シミュレーションシステムである。このシステムのハードウェア(ワークステーション)とソフトウェア(有限要素法解析)が別売であること、ソフトウェアには毎年の保守費用がかかることが購入段階で判明した。そのため初年度にハードウェアのみを購入し、ソフトウェアは実際に使用する3～4年目頃に購入する計画に変更した。この関係で初年度(2019年度)からの繰り越しがある。これに加え、2020年度の大きな出費として国際学会が予定されていたが新型コロナウイルス蔓延により1年延期となった。また投稿論文を掲載料無料のジャーナルに掲載したため掲載料がかからなかった。以上により次年度使用額が生じた。
今後の使用計画としては、まず延期になった国際学会が2021年度末頃に開催される予定である。また熱流体連成シミュレーションシステムのソフトウェアに関しては実際に使用を開始するタイミングでの購入を考えており、2021年度末～2022年度初頭を予定している。ソフトウェアの購入後は保守費用が毎年発生する。
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Research Products
(3 results)
