極域地震波記録を用いたJフェーズの検出および地球内核のS波速度異方性の検討

利用极地地震波​​记录探测 J 相并研究地球内核中的 S 波速度各向异性

• 批准号: 09J06753
• 负责人: 豊国 源知
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tohoku University (2011)National Institute of Polar Research (2009-2010)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J06753/
• 关键词: 地震学; 数値計算; 全地球モデリング; 地震波形; 極域; コアフェーズ; 南極氷床; PKJKP; 地震波; 差分法; 非弾性減衰; 地球中心; 特異点; Jフェーズ; 理論波形

研究最終年度の本年は、昨年度から引き続き南極および北極の観測網で記録された遠地地震波形記録を用いて地球内核中をS波として伝搬するコアフェーズ「PKJKP」の検出を試みたが、検出には至らなかった。本課題のスタート直前には、PKJKPの検出を報告する論文が2編出版されていたが(Cao et al., 2005, Science; Wookey & Helffrich, 2008, Nature)、本年には検出可能性に否定的な研究が報告された(Shearer et al., 2011, GJI)。極域氷床上の地震波形データには、氷や雪の影響で水平動成分に特にノイズが多く、検出はさらに困難なものと考えられる。以上のことから本年は、極域の氷床上での地震波形データに氷床がどの程度影響を与えるかを定量的に評価することに研究の主眼を置いた。厚さが3km一定で、密度・地震波速度も一定の簡単な南極氷床モデルを作成し、ピュアな横ずれ型震源から励起される卓越周期30sのP波・S波の計算を行ったところ、氷床の効果はほとんど見られないことがわかった。地震波の鉛直成分の空間解像度は波長の1/8程度以上であることが知られているが、周期30sではP波・S波の波長がともに氷床の厚さに比べて長すぎるため、氷床の影響は見られなかったものと考えられる。よって30sよりも短い周期で計算を行う必要があるが、現在の計算機環境では30sの計算に約5日要しており、単純に周期を短くすることは実質上不可能であった。そこで本年は、シミュレーションの際にS波のみを励起する震源(トルク型震源)を用い、方程式のP波に関する部分を落とすことと、S波が地球の外核以深を伝搬しない性質を利用して計算領域を縮小することで、S波のみであるが30sより短周期での計算を実現した。卓越周期60s,30s,20s,10sの4つのケースで理論波形計算を行った結果、60sと30sでは氷床の影響がほとんど見られなかったのに対し、20sでは氷床上の観測波形に1.4倍程度の顕著な振幅の増幅が現れた。また10sの場合は1.6倍強のさらに顕著な増幅に加え、氷床内部の多重反射を反映したと考えられる後続波が見られることがわかった。振幅の増幅は、基盤岩の上にやわらかい堆積物が乗っている場合と同様の原理である。今回の計算により、氷床上で観測された30s以下の短周期地震波形では氷床の影響が顕著になることと、影響のオーダーを明らかにすることができた。

In the last year of the study, the seismic network records the remote seismic waveform in the South Pole and the North Pole, and the seismic waveform records in the Earth'S core are used to detect the "PKJKP". This paper is published in two parts (Cao et al., 2005, Science; Wookey & Helffrich, 2008, Nature), this year's report on the possibility of negative research (Shearer et al., 2011, GJI)。The seismic waveform in the polar region is affected by the horizontal dynamic component. The seismic waveform of this year's earthquake and the seismic waveform of this year's earthquake are not affected by the earthquake. The thickness is 3km, the density is 3 km, the velocity is 3 km, and the seismic wave is 3 km. The calculation of the P wave and S wave of the horizontal seismic source is 3 km. The spatial resolution of the vertical component of the seismic wave is more than 1/8 of the wavelength, and the period is 30s. The wavelength of the P wave and the S wave is more than 1/8 of the wavelength. 30 seconds of computing is necessary, but in the current computer environment, 30 seconds of computing is necessary, and the cycle is short, which is qualitatively impossible. This year, when the S wave is excited, the seismic source (type of seismic source) is used, the P wave related part of the equation is used, and the S wave is used in the outer core of the earth to reduce the calculation field. The calculation of the S wave is realized in the short period of 30s. Excellent cycle 60s,30s,20s,10s and 4 times of theoretical waveform calculation results, 60s and 30s and the influence of the bed, 20s and 1.4 times of the amplitude of the measured waveform on the bed. In the case of 10s, the intensity is 1.6 times, and the amplitude is increased. The multiple reflections in the bed are reflected. Amplitude increases, base rocks increase, deposits increase, and the same principle applies. For short-period seismic waveforms below 30s, the calculation of this time period is very simple.

项目成果

Accurate and efficient modeling of global seismic wave propagation on a whole cross section of the Earth

准确有效地模拟全球地震波在地球整个横截面上的传播

• 发表时间: 2009
• 作者: Toyokuni;G.;H.Takenaka
• 通讯作者: H.Takenaka

球座標系2.5次元差分法:精度と効率の良い全地球地震波動場の計算

球坐标系2.5维有限差分法：精确高效的全局地震波场计算

• 发表时间: 2009
• 作者: Toyokuni;G.;H.Takenaka;浦田悠・やまだようこ・家島明彦・竹内一真・西山直子・小林亮・杉村和美;豊国源知
• 通讯作者: 豊国源知

Quasi-Axisymmetric Finite-Difference Method for Realistic Modeling of Regional and Global Seismic Wavefield — Review and Application —

• DOI: 10.5772/32422
• 发表时间: 2012-01
• 作者: G. Toyokuni;H. Takenaka;M. Kanao

球座標2.5次元差分法による理論地震波形計算～南極における観測波形との比較～

使用球坐标2.5维差分法的理论地震波形计算～与南极观测波形的比较～

• 发表时间: 2010
• 作者: Toyokuni;G.;H.Takenaka;M.Kanao;西山直子・やまだようこ;林由記;豊国源知・竹中博士・金尾政紀
• 通讯作者: 豊国源知・竹中博士・金尾政紀

Interaction on Seismic Waves between Atmosphere-Ocean-Cryosphere and Geosphere in Polar Region

极地大气-海洋-冰冻圈与地圈地震波的相互作用

• 发表时间: 2012
• 期刊: Seismic Waves, Research and Analysis, InTech(Kanao, M.(ed.))
• 作者: Kanao;M.;A.Maggi;Y.Ishihara;M.-Y.Yamamoto;K.Nawa;A.Yamada;T.Wilson;T.Himeno;G.Toyokuni;S.Tsuboi;Y.Tono;K.Anderson
• 通讯作者: K.Anderson