武村俊介¹・矢部優²・江本賢太郎³

S. Takemura¹, S. Yabe², K. Emoto³ (2020), Modelling high-frequency seismograms at ocean bottom seismometers: effects of heterogeneous structures on source parameter estimation for small offshore earthquakes and shallow low-frequency tremors, Geophysical Journal International, 222 (3), 1708-1723, doi:10.1093/gji/ggaa404 link preprint

¹東京大学地震研究所, ²産業総合技術研究所, ³東北大学

海域で発生する浅部低周波微動や微小地震は信号が微弱であり、陸域の地震計では検知することは難しかった。2011年以降、南海トラフや日本海溝の巨大地震発生域直上に海底地震観測網が構築され、海底下のプレート境界の浅部で発生する微小な地震現象の検知と解析が進められ、それらと巨大地震の関係の理解が進んできた。これらの観測網の直下には、沈み込む海洋プレート、海洋堆積物などの不均質構造があり、海底地形も複雑である。そのため、震源の破壊過程に加え、それらの不均質構造の影響が混在し、観測波形は複雑なものとなる。本研究では、スーパーコンピュータ上で海域の現実的な地下構造モデルを用いた地震波伝播シミュレーションを行い、海底地震計記録に含まれる不均質構造の影響を調査した。

図に示すのは、紀伊半島南東沖で発生する浅部低周波微動（スロー地震の一種）を模擬した地震波伝播シミュレーションの結果である。震源より輻射されたP波（赤）、S波（緑）は海水や海洋堆積物（付加体）などの浅部の低速度層にトラップされ、地震動が長時間続く。このシミュレーションでは0.2秒の震源破壊を仮定しているが、震源から10 km以上離れた地点のシミュレーション波形の継続時間は10秒以上、伝播距離の増加に伴いさらに長大化する。伝播距離の増大に伴う地震動の継続時間の増大は、同地域に敷設された防災科学技術研究所DONETの観測記録でも確認されており、海底地震計直下の低速度の付加体が原因であることを明らかにした。これまで、陸域の地震波形記録の経験から観測地震動の継続時間を震源での破壊継続時間と近似する解析が広く利用されているが、同手法を海底地震計記録へそのまま適用すると破壊継続時間を過大評価する恐れがある。

地震を含む海域で発生する様々な震動現象の正確な震源破壊過程の把握には、海域の不均質構造の影響を正確にモデル化し、観測記録から除去する必要があり、海底下の地下構造の把握と大規模な地震波伝播シミュレーションを用いた研究・開発の今後の進展が期待される。