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。

今年，这项研究的最后一年持续了去年，试图检测核心阶段“ PKJKP”，它使用远处的地震波形记录在南极洲和北极观测网络中传播到地球核心，但无法实现结果。就在开始这项任务之前，已经发表了两篇论文，报道了PKJKP的检测（Cao等，2005，Science； Wookey＆Helffrich，2008年，自然），但是今年，报道了负面的可检测性研究（Shearer等人，2011年，GJI，GJI）。由于冰和雪的影响，极性冰盖上的地震波形数据在水平运动成分中特别嘈杂，这使得发现更加困难。基于上述，今年，我们的重点是定量评估冰盖对极地冰盖上的地震波形数据的影响。我们创建了一个简单的南极冰盖模型，其恒定厚度为3公里，密度和地震速度，并计算了从纯侧向移位中心激发的30s的P和S波速度，并发现很难看到冰盖的效果。众所周知，地震波的垂直成分的空间分辨率约为波长的1/8，但是在30年代，与冰盖的厚度相比，P和S波的波长太长了，因此认为没有观察到冰盖的影响。因此，需要在短时间内进行计算，但是在当前的计算机环境中，计算30s的计算大约需要5天，因此几乎不可能简单地简单地缩短该时期。因此，今年，在模拟中，我们使用了一个仅激发S波的震中（扭矩型震中），并且通过使用方程的P波部分，并且通过利用S-Waves的繁殖深度不及地球外部核心更深的事实，我们在一个比30年代更短的时间内实现了S-Waves的时间更短，只有S-Waves是S Waves。在60s，30s，20s和10s的主要周期的四例中进行了理论波形计算，尽管在20s和20s时，冰盖的影响很小，但在20S时，在观察到的冰盖上观察到的波形中观察到了大约1.4次的显着振幅扩增。另外，在10s的情况下，除了更明显的扩增仅1.6倍以上，还发现看到了随后的波，被认为反映了冰盖内部的多种反射。振幅的扩增与将软沉积物放在地下岩石上时相似。该计算表明，在冰盖上观察到的短期地震波形的短期地震波形中，冰盖的效果变得更加明显，并且揭示了效果的顺序。

项目成果

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

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

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

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

精度と効率の良い全地球地震波動場の計算法

准确高效的全局地震波场计算方法

• 发表时间: 2011
• 作者: Hiroko Mori;Ken-Ichi Matsuda;Shinji Tsukahara;Mitsuhiro Kawata;豊国源知
• 通讯作者: 豊国源知