不均質構造による散乱と短周期地震波エンベロープの研究

• 研究課題/領域番号: 21540426
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 春夫 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80225987)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2009年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 地震波 / 不均質構造 / 散乱 / 島弧 / 地殻 / リソスフェア / マントル / 波動 / 地殼

研究概要

固体地球の不均質構造の解明は, 地球形成を考える上で重要な課題である.固体地球の不均質構造の波長スペクトルはかり幅広いと考えられるため, 地震波の波長と同程度の尺度の不均質の検出には散乱の効果を計測することが必須である.本研究は, 不均質構造における地震波動伝播の数理的モデルの構築と, 観測される短周期地震波の解析に基づくランダムな不均質構造の解明を目的とする.以下に, 本研究の成果を列挙する.(1)マルコフ近似に基づき, 層構造を持つランダム弾性媒質の自由表面上における短周期ベクトル波形エンベロープの理論合成法を構築した.(2)微小地震のS波エンベロープを解析し, 東北地方下のランダム不均質のパワースペクトル密度を求めたところ, 速度不均質は特に第四紀火山の下で大きいことが明らかになった.(3)多重等方散乱モデルに基づいてHi-netによる微小地震の波形エンベロープを解析し, 日本全土の散乱減衰と内部減衰の分布図を作成した.(4)浅間山における爆破地震動エネルギーの空間分布の時間変化から, 10Hz前後での平均自由行程が1km程度であることを明らかにした.これは, 通常のリソスフェアのそれよりも二桁近く強い散乱を意味する.(5)雑微動源がランダム一様に分布している場合, 雑微動の相互相関解析から散乱媒質におけるグリーン関数を抽出することができることを一次散乱近似に基づいて証明した.多重散乱を考慮した場合にはグリーン関数抽出と光学定理が等価であることを証明した.(6)短周期地震波の伝播特性と波形解析に基づく固体地球のランダムな不均質構造の推定に関して, 各種の観測事実と数理的手法を取りまとめた書籍を上梓した.

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and applicable condition of vector wave envelopes in layered random elastic media with anisotropic autocorrelation function based on the Markov approximation (2012)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., H. Sato and T. Nishimura
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 188 ページ: 325-335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analyzing the coda from correlating scattered surface waves (2012)
  • 著者名/発表者名: Mikesell, T.D., K.van Wijk, T.E.Blum, R.Snieder, H.Sato
  • 雑誌名: J.Acoust.Soc.Amer. 巻: 131 号: 3 ページ: 3674-3690
  • DOI: 10.1121/1.3687427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of rupture propagation during the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake (Mw 9. 0)using a small seismic array (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, H., H. Sato, T. Nishimura, and H. Fujiwara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 63 ページ: 589-594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generalized optical theorems for the reconstruction of Green's function of an inhomogeneous elastic medium (2011)
  • 著者名/発表者名: Margerin, L. and H. Sato
  • 雑誌名: J. Acous. Soc. Amer. 巻: 130 号: 6 ページ: 3674-3690
  • DOI: 10.1121/1.3652856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstruction of multiply-scattered arrivals from the cross-correlation of waves excited by random noise sources in a heterogeneous dissipative medium (2011)
  • 著者名/発表者名: Margerin, L. and H. Sato
  • 雑誌名: Wave Motion 巻: 48 ページ: 146-160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Envelope synthesis of short-period seismograms in 3-D random media for a point shear dislocation source based on the forward scattering approximation : Application to small strike-slip earthquakes in southwest Japan (2011)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Sawazaki, Haruo Sato, Takeshi Nishimura
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research Solid Earth 巻: 116 号: B8
  • DOI: 10.1029/2010jb008182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Special issue entitled "New Developments on Imaging and Monitoring with Seismic Noise" (2011)
  • 著者名/発表者名: Campillo, M, H.Sato, N.M.Shapiro, R.D.van der Hilst (Guest Editors)
  • 雑誌名: Comptes Rendus Geoscience 巻: 343 ページ: 486-652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of rupture propagation during the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake (Mw 9.0) using a small seismic array (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, H., H.Sato, T.Nishimura, H.Fujiwara
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: 63 ページ: 589-594
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distribution of scattering loss and intrinsic absorption of short-period S-waves in the lithosphere of Japan on the basis of the Multiple Lapse Time Window Analysis of Hi-net data (2010)
  • 著者名/発表者名: Carcole, E. and H. Sato
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 180 号: 1 ページ: 268-290
  • DOI: 10.1111/j.1365-246x.2009.04394.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple scattering and mode conversion revealed by an active seismic experiment at Asama volcano, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M., and H.Sato
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 115 号: B7
  • DOI: 10.1029/2009jb007109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of vector wave envelopes on the free surface of a random medium for the vertical incidence of a plane wavelet based on the Markov approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., H. Sato, and T. Nishimura
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Solid Earth 巻: 115 号: B8
  • DOI: 10.1029/2009jb006955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Green's function having coda waves from the cross-correlation function in a scattering medium illuminated by a randomly homogeneous distribution of noise sources on the basis of the first-order Born approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 180 号: 2 ページ: 759-764
  • DOI: 10.1111/j.1365-246x.2009.04432.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Envelope broadening characteristics of crustal earthquakes in northeastern Honshu, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Tripathi, J.N., H.Sato, M.Yamamoto
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 182 号: 2 ページ: 988-1000
  • DOI: 10.1111/j.1365-246x.2010.04657.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distribution of scattering loss and intrinsic absorption of short- period S-waves in the lithosphere of Japan on the basis of the Multiple Lapse Time Window Analysis of Hi-net data (2010)
  • 著者名/発表者名: Carcole, E., Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys. J.Int. 巻: 180 ページ: 268-290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple scattering and mode conversion revealed by an active seismic experiment at Asama volcano, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M., H.Sato
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 巻: 115, B07304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of vector-wave envelopes on the free surface of a random medium for the vertical incidence of a plane wavelet based on the Markov approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., H.Sato, T.Nish imura
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. 巻: 115, B08306
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Green's function having coda waves from the cross-corre lation function in a scattering medium illuminated by a randomly homogeneous distribution of noise sources on the basis of the first-order Born approximation. (2010)
  • 著者名/発表者名: Satp.H.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 巻: 180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Envelope broadening characteristics of crustal earthquakes in northeastern Honshu, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Tripathi, J.N., H.Sato, M.Yamamoto
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 巻: 182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstruction of multiply-scattered arrivals from the cross-correlation of waves excited by random noise sources in a heterogeneous dissip ative medium. (2010)
  • 著者名/発表者名: Margerin, L., H.Sato
  • 雑誌名: Wave Motion 巻: 48
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Green's function having coda waves from the cross-correlation function in a scattering medium illuminated by a randomly homogeneous distribution of noise sources on the basis of the first order Born approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 180 ページ: 759-764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distribution of scattering loss and intrinsic absorption of short-□period S-waves in the lithosphere of Japan on the basis of the Multiple□Lapse Time Window Analysis of Hi-net data (2010)
  • 著者名/発表者名: Carcole, E., Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 180 ページ: 268-290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple scattering and mode conversion revealed by an active seismic experiment at Asama volcano, Japan (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, M., H.Sato
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. (未定, 印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of vector-wave envelopes on the free surface of a random medium for the vertical incidence of a plane wavelet based on the Markov approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., H.Sato, T.Nishimura
  • 雑誌名: J.Geophys.Res. (未定, 印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Green's function having coda from the cross-correlation function in a scattering medium illuminated by surrounding noise sources on the basis of the first order Born approximation (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 179 号: 1 ページ: 408-412
  • DOI: 10.1111/j.1365-246x.2009.04296.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green function retrieval from the CCF of coda waves in a scattering medium (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 179 ページ: 1580-1583
  • 査読あり
• [雑誌論文] A performance study of a laser Doppler vibrometer for measuring waveforms from piezoelectric transducers, IEEE Transactions on Ultrasonics (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, Y., O. Nishizawa, and H. Sato
  • 雑誌名: Ferroelectrics, and Frequency 巻: 56 ページ: 1442-1450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tomographic inversion of the peak delay times to reveal random velocity fluctuations in the lithosphere : method and application to northeastern Japan (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., H.Sato, T.Nishimura, and K.Obara
  • 雑誌名: Geophys. J. Int. 巻: 178 号: 3 ページ: 1437-1455
  • DOI: 10.1111/j.1365-246x.2009.04227.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-lapse changes of seismic velocity in the shallow ground caused by strong ground motion shock of the 2000 Western-Tottori Earthquake, Japan, as revealed from coda deconvolution analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Sawazaki, K., H. Sato, H. Nakahara, and T. Nishimura
  • 雑誌名: Bull. Seismol. Soc. Am. 巻: 99 号: 1 ページ: 352-366
  • DOI: 10.1785/0120080058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of coda Q in the mantle and characteristics of regional S-wave envelope (2009)
  • 著者名/発表者名: Lee, W. S., H. Sato, and S. Yun
  • 雑誌名: Geosciences Journal 巻: 13 ページ: 363-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] Retrieval of Green's function having coda from the cross-correlation function in a scattering medium illuminated by surrounding noise sources on the basis of the first order Born approximation (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 113 ページ: 408-412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green function retrieval from the CCF of coda waves in a scattering medium (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 179 ページ: 1580-1583
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tomographic inversion of the peak delay times to reveal random velocity fluctuations in the lithosphere : method and application to northeastern Japan (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, T., Sato, H., Nishimura, T., Obara, K.
  • 雑誌名: Geophys.J.Int. 178 ページ: 1437-1455
  • 査読あり
• [雑誌論文] A performance study of a laser Doppler vibrometer for measuring waveforms from piezoelectric transducers (2009)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, Y., Nishizawa, O., Sato, H.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency 56 ページ: 1442-1450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-lapse changes of seismic velocity in the shallow ground caused by strong ground motion shock of the 2000 Western-Tottori Earthquake, Japan, as revealed from coda deconvolution analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Sawazaki, K., Sato.H., Nakahara, H., Nishimura, T
  • 雑誌名: Bull.Seismol.Soc.Am 99 ページ: 352-366
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of coda Q in the mantle and characteristics of regional S-wave envelopes (2009)
  • 著者名/発表者名: Lee, W.S., H.Sato, S.Yun
  • 雑誌名: Geosciences Journal 13 ページ: 363-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 雑誌名: Springer Verlag GmbH(Scattering of seismic waves in the heterogeneous Earth, in "Encyclopedia of Complexity and Systems Science (Ed. R. A. Mayers)"分担執筆) ページ: 7914-7931
• [学会発表] 短周期地震波の解析から推定された地球のランダム不均質構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤春夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] S波とScS波を用いたランダム速度不均質構造の推定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江本賢太郎・佐藤春夫・西村太志
  • 学会等名: 日本地震学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 静岡大学
• [学会発表] Source mechanism of a very-long-period seismic event observed during the 2000-2002 volcanic activity at Mt.Bandai (2011)
  • 著者名/発表者名: Karim, P., T.Nishimura, H.Sato
  • 学会等名: 日本地震学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 静岡大学
• [学会発表] Applicable condition of the Markov approximation for elastic wave envelopes in nonisotropic random media (2011)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., H.Sato, T.Nishimura
  • 学会等名: IUGG 2011
  • 発表場所: Melbourne, Australia
• [学会発表] 短周期地震波の解析から推定された地球のランダム不均質構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤春夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
• [学会発表] 小口径強震計アレイで観測された2011年東北地方太平洋沖地震(Mw9.0)の破壊伝播 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中原恒・佐藤春夫・西村太志・藤原広行
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
• [学会発表] 開口型火道内のスラグ上昇による山体変形 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川口亮平・西村太志・佐藤春夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ
• [学会発表] Retrieval of Green's function having a coda tail from the cross-correlation function in a scattering medium on the basis of the first order Born approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2010
  • 発表場所: San Francisco, California.
  • 年月日: 2010-12-14
• [学会発表] 相互相関関数解析を用いた散乱媒質におけるグリーン関数の理論的導出:ノイズ源が一様ランダムに分布する場合 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤春夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 2010-05-24
• [学会発表] Retrieval of Green's Function Having a Coda Tail from the Cross-Correlation Function in a Scattering Medium on the Basis of the First Order Bom Approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 学会等名: 2010 AGU fall meeting
  • 発表場所: 米国、San Francisco, Califomia
• [学会発表] Envelope Synthesis of Vector Waves in Nonisotropic Random Elastic Media on the Basis of the Markov Approximation (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.
  • 学会等名: Wokshop on "Seismic Waves In Laterally In homogeneous Media VII"
  • 発表場所: チェコ、Tepla Premonstr atensian Monastery
• [学会発表] 相互相関関数解析を用いた散乱媒質におけるコーダ波を持つグリーン関数の導出:等方一次散乱モデル (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐藤春夫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 2009-05-18
• [学会発表] High resolution maps of scattering loss and intrinsic absorption of short-period S-waves in the lithosphere of Japan on the basis of the multiple lapse time window analysis of Hi-net data (2009)
  • 著者名/発表者名: Carcole, E. and H. Sato
  • 学会等名: EGU General Assembly 2009
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2009-04-20
• [図書] Seismic Wave Propagation and Scattering in the Heterogeneous Earth : the Second Edition (2012)
  • 著者名/発表者名: Sato, H., M. C. Fehler, and T. Maeda
  • 出版者: Springer Verlag, Berlin Hidelberg
• [図書] Springer (2012)
  • 著者名/発表者名: Sato, H.M.Fehler, T.Maeda
  • 出版者: Seismic Wave Propagation and Scattering in the Heterogeneous Earth : Second Edition
• [図書] New Developments on Imaging and Monitoring with Seismic Noise (2011)
  • 著者名/発表者名: Campillo, M, H. Sato, N. M. Shapiro, and R. D.
  • 出版者: Comptes Rendus Geoscience
• [備考]
  • URL: http://www.zisin.geophys.tohoku.ac.jp/~sato/satoHP2012/Information.html
• [備考]
  • URL: http://zisin.geophys.tohoku.ac.jp/~sato
• [備考]
  • URL: http://zisin.geophys.tohoku.ac.jp/~sato/index.html
• [備考]
  • URL: http://zisin.geophys.tohoku.ac.jp/~sato/index.html