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ランダム不均質媒質中の非等方震源におけるベクトル波エンベロープ合成

2009/5/18 地球惑星科学連合大会 S157-007. ランダム不均質媒質中の非等方震源におけるベクトル波エンベロープ合成. 澤崎　郁・佐藤春夫・西村太志 東北大・理・地球物理. 本研究の目的. 高周波の直達波エンベロープの再現→強震動予測に有効. 非等方震源に対する理論的なエンベロープ合成 Sato and Korn (2007): 前方散乱モデル，ベクトル波 　→直達波の再現に適する．ただし 2 次元ランダム不均質媒質 Takemura et al. (2009) ： 差分計算により直達波振幅の方位依存性を再現. 本研究：　

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ランダム不均質媒質中の非等方震源におけるベクトル波エンベロープ合成

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  1. 2009/5/18 地球惑星科学連合大会 S157-007 ランダム不均質媒質中の非等方震源におけるベクトル波エンベロープ合成 澤崎　郁・佐藤春夫・西村太志 東北大・理・地球物理

  2. 本研究の目的 高周波の直達波エンベロープの再現→強震動予測に有効 非等方震源に対する理論的なエンベロープ合成 Sato and Korn (2007): 前方散乱モデル，ベクトル波 　→直達波の再現に適する．ただし2次元ランダム不均質媒質 Takemura et al. (2009)： 差分計算により直達波振幅の方位依存性を再現 • 本研究：　 • 前方散乱モデルに基づき，非等方震源の効果を組み入れた3次元ランダム不均質媒質中での３成分エンベロープ合成を行う • 観測記録と比較し，直達波エンベロープの再現が可否を調べる

  3. (1) (2) (3) 数理的背景（１） (Sato and Fehler, 1998) l（地震波長）<<a（速度揺らぎの相関距離）の場合，P波とS波の伝播を独立に表現できる．伝播の過程でS波の極性は保存される f: スカラーポテンシャル　B: ベクトルポテンシャル a: P波速度　b: S波速度 ポテンシャルを周波数ごとに球面波展開 Uが従う放物型方程式

  4. (4) (5) (6) (7) 数理的背景（２） (Sato and Fehler, 1998) 伝播方向に直交する面内の2点間で，Uの相互相関関数のアンサンブル平均G1を定義． 後方散乱および変換散乱を無視（マルコフ近似）した場合， G1は(5)式に従う． Sato (2007) （P：速度揺らぎのパワースペクトル） (5)式の微分を差分化

  5. (8) ：半径rの球面における波の伝播方向分布（角度スペクトル） ：波が距離rからr+Drまで伝播するときの散乱角分布 数理的背景（３） (7)式をフーリエ変換して波数領域で表現． モンテカルロ法より粒子の伝播方向を確率的に与え，(8)式を繰り返し用いて震源から観測点までの粒子軌跡を求める 詳細はTakahashi et al. (2008)参照

  6. Stochastic ray path methodWilliamson (1972)の拡張 ①震源から観測点までを多数の厚さDrの球殻に区切る ②震源輻射特性の重みをつけて粒子を放出 ③球面上で散乱角分布に従う乱数により散乱角を定める ④最外殻（震源距離R）における粒子の振動方向を求める ⑤粒子の走時の頻度分布から，MSエンベロープを作成

  7. 計算条件 Saito et al. (2005) Von-Karman型ランダム媒質を仮定 速度揺らぎ強度e=5% 速度揺らぎ相関距離a=5km k (高波数側のべきを決める量)=0.5 Dr=2kmES/EP=23.4 VP=6.0km/sVS=3.46km/s 粒子数：500,000個 内部減衰は無視

  8. RMSエンベロープの方位依存性（10Hz，80km） SMAX/PMAX =8.04 6.31 4.39 3.21 6.16 2.98 1.57 ・A方向: P, S波とも振幅最小 ・E方向：S波振幅最大 ・G方向：P波振幅最大

  9. RMSエンベロープの周波数依存性（E軸とG軸, 80km） ・高周波ほどSMAX/PMAXの方位依存性が小さい ・後続波（P,S波走時の1.2倍以降）ではE軸とG軸方向のエンベロープに違いが見られない

  10. SMNH04(45°) HRSH02(0°) 1-2Hz 1.55 1.76 1-2Hz 13.6 5.66 45° 2-4Hz 2.83 1.69 2-4Hz 4.68 5.00 MW4.3 0° 4-8Hz 5.61 4.73 4-8Hz 2.13 1.76 8-16Hz 1.44 1.55 8-16Hz 5.54 3.86 ：観測（３成分和） ：理論（最大振幅で規格化） 観測記録との比較 ・e=5%, a=5km, k=0.5 ・QP=QS=200，300，600，800 (1-2, 2-4, 4-8, 8-16Hz, Carcole and Sato, 2009)

  11. 50km 100km 150km 200km RMSエンベロープの震源距離依存性 S波エンベロープ（3成分和）の距離減衰（10Hz） ・最大振幅の方位依存性が震源距離と共に消失

  12. まとめ • Stochastic ray path methodによる，非等方震源に対する地震波エンベロープ合成 • エンベロープの直達波部分の方位依存性を再現 • 後続波では方位依存性見られない • 高周波ほど方位依存性が見られない • 節面方向から0°，45°における理論エンベロープと観測エンベロープを比較 • P波S波の最大振幅比は理論と観測でほぼ一致 • 直達波のエンベロープ形状をおおむね説明可能 謝辞：本研究では防災科学技術研究のKiK-netの強震記録を使用させていただきました．記して感謝いたします．

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