調和波動を用いた地殻内応力集中場のインバージョン手法の開発

本研究の最終的な目的は,地殻内の応力集中場をインバージョンすることであるが、本研究ではそのために,まず地殻の状態を精密にモニタする(アクロスと呼ばれる)システムを開発し,その性能を試験した.平成14年度までに他の科研費と合わせて,プロジェクト全体では精密制御震源の設置および観測インフラである光ケーブル敷設およびボアホール型加速度計アレイの設置はすでに終っていた.また,平成14年度において,精密制御震源の波動場励起の精度および時間安定性を検証し,地殻内の変化を捉えるのに十分な精度であることを確認している.平成15年度では,震源単体の性能のみならず,観測系全体を構成し,その性能を検証した.具体的には,光ケーブルを介した同期通信法を確立し,これを用いて精密制御震源の制御信号と観測点におけるサンプリング信号を完全に同期することで,調和波動を極めて高精度で検出できるようにした.また,これを観測実験およびデータ解析により確かめた.解析の結果によると,時系列では調和波動の信号はノイズに埋もれて全く見えないにもかかわらず,解析によりS/N比で100以上の精度で調和波動の振幅と位相を推定できた.さらに,遠方での連続観測を行い,観測データに含まれる地殻の変動が原因であると考えられる観測波形の変動の抽出を試みた.ただし,精密制御震源の電源の確保の問題のため,十分なデータを取得できなかったので,明瞭な観測波形の変動は未だ検出できていない.これについては,今後データを蓄積して変動の抽出を試みる予定である.また,時間変動の検出以外にも,精密制御震源の本来の用途である周波数伝達関数の精密な計測を行い,このデータを解析して,震源と観測点間における地震波の走時を求めた.複数の周波数成分を順次観測し,狭帯域で離散的な周波数伝達関数を取得した.これを逆フーリエ変換および存否ケプストラム法を用いて解析し,P波と思われる成分を精度よく検出した.ただ,P波よりも振幅が小さいS波や地下からの反射波については明瞭に分解することはできなかった.上述の観測実験と並行して,精密制御震源のフェイズドアレイが生成する波動場のシミュレーションを行った.現在の精密制御震源の性能・波動場励起力を想定した場合のフェイズドアレイにより生成できる波動をシミュレーションし,より現実的な問題へ適用した場合での限界点を定量的に示した.現在の精密制御震源は,まず動作するのか,また所要の精度が達成できるのかということを念頭に置いていた試作機であるため,現実の地殻へ適用するには,やや周波数帯域が高い.実際の地殻でのモニタリングを行うには,周波数を現在の数十Hzから数Hzへと下げる必要があることが分かった.一方で,直近の地盤(射程2km)程度では十分な出力,性能を有していることも分かった.

本研究の最終的な目的は,地殻内の応力集中場をインバージョンすることであるが、本研究ではそのために,まず地殻の状態を精密にモニタする(アクロスと呼ばれる)システムを開発し,その性能を試験した.平成14年度までに他の科研費と合わせて,プロジェクト全体では精密制御震源の設置および観測インフラである光ケーブル敷設およびボアホール型加速度計アレイの設置はすでに終っていた.また,平成14年度において,精密制御震源の波動場励起の精度および時間安定性を検証し,地殻内の変化を捉えるのに十分な精度であることを確認している.平成15年度では,震源単体の性能のみならず,観測系全体を構成し,その性能を検証した.具体的には,光ケーブルを介した同期通信法を確立し,これを用いて精密制御震源の制御信号と観測点におけるサンプリング信号を完全に同期することで,調和波動を極めて高精度で検出できるようにした.また,これを観測実験およびデータ解析により確かめた.解析の結果によると,時系列では調和波動の信号はノイズに埋もれて全く見えないにもかかわらず,解析によりS/N比で100以上の精度で調和波動の振幅と位相を推定できた.さらに,遠方での連続観測を行い,観測データに含まれる地殻の変動が原因であると考えられる観測波形の変動の抽出を試みた.ただし,精密制御震源の電源の確保の問題のため,十分なデータを取得できなかったので,明瞭な観測波形の変動は未だ検出できていない.これについては,今後データを蓄積して変動の抽出を試みる予定である.また,時間変動の検出以外にも,精密制御震源の本来の用途である周波数伝達関数の精密な計測を行い,このデータを解析して,震源と観測点間における地震波の走時を求めた.複数の周波数成分を順次観測し,狭帯域で離散的な周波数伝達関数を取得した.これを逆フーリエ変換および存否ケプストラム法を用いて解析し,P波と思われる成分を精度よく検出した.ただ,P波よりも振幅が小さいS波や地下からの反射波については明瞭に分解することはできなかった.上述の観測実験と並行して,精密制御震源のフェイズドアレイが生成する波動場のシミュレーションを行った.現在の精密制御震源の性能・波動場励起力を想定した場合のフェイズドアレイにより生成できる波動をシミュレーションし,より現実的な問題へ適用した場合での限界点を定量的に示した.現在の精密制御震源は,まず動作するのか,また所要の精度が達成できるのかということを念頭に置いていた試作機であるため,現実の地殻へ適用するには,やや周波数帯域が高い.実際の地殻でのモニタリングを行うには,周波数を現在の数十Hzから数Hzへと下げる必要があることが分かった.一方で,直近の地盤(射程2km)程度では十分な出力,性能を有していることも分かった.