験震時報第 5 1巻 ( 19 8 7 ) 9- 1 3頁有珠山直下のマグマ溜りの検証牢小林昭夫料 2 IF s1 k=lo ヌ一一寸=定数 o IFpl“ 1 . はじめに ~ 火山地帯の地下構造，特にマグマ溜りの存在に関が得られる.即ち， S波と P波のパワー・スペクトする研究は，社会的に強い要請である噴火予知を可ルの比は，対数をとる乙とによって周波数の一次関能にするために重要な情報を提供する. しかし，マ数で表される.傾きグマ溜りの存在を直接的に証明する乙とは極めて難で，着目する周波数帯でのしく，間接的な証拠からマグマ溜りの存在を推論すが異常減衰域を通過したかどうかを判断する. f は地震波の減衰に関係した量 7値によってその地震波る試みがなされてきている.従って，既に指摘され下鶴(19 61)によると， S波に短周期の成分が観測たマグマ溜りについても互いに独立な方法によってされる場合の地震波は，マグマポケットと関係のなその存在を検証する乙とは意味のある乙とである。さそうな経路を通ってきている.また，吉留(19 7 4 ) 乙乙では，原田(19 81)や森谷・岡田(1 9 8 0 ) らによは地震波がマグマ溜りに作用されたかどうかの判定って有珠山直下の比較的浅い部分に存在すると推定に S波における短周期成分の欠除を用いている.従 t a. 1 されているマグマ溜りについて， Kobayashie って乙乙では，地震波が異常域を通過した場合， ( 1 9 8 6 )の方法を用いて検証する. 波によりも S波にその効果が強く現れると仮定する. 一般に S波の周期は P波の周期より大きいので， 2 . 方法 ~ 傾き rの値は負になる乙とが予想されるが，異常域ある観測点、ζ i記録された P波と S波の振幅スペクトノレは，以下のように書ける. ( ーπf!dx/QpVp) I As( f )I =1 FsI・IAo(f)I・1S ( f )I・exp ……… ( 2 ) S ( f )は地震計の周波数特性，の地震波線に与える.そしてそれらの記号を，あるする.もし有珠山直下の比較的浅い部分に地震波を減衰させるような異常域があるとしたら，乙の付近に異常を示す記号のみが集中するはずである. Qpと Qsはそれぞれ P波と S波のクオリティ・ファクター， Vpと Vsは P波と S波の速度である.式の中の積分は震源から観測点の聞の全経路に沿ってなされる. p波と S波の経路は地殻構造，特に Vp/Vs の値によってわずかに違うだろうが，乙乙では同じと仮定している. 2 )より，公式式 ( 1 ) と( ~ 3 . 結果観測点、は，第 1図に示した気象庁 A点(J)と北大の 9点 (A-1)である.解析に使用した地震は， 1 9 8 3 . 21 9 8 6 . 2の期聞に北海道付近に発生した地震1 6個である(第 l表).地震記録の中には振幅が小さすぎたり，振り切れたりしているものがあるため， QU As(f) l o g1 ーで一一 5 IA p(f) 1~=Tf+k 乙乙で使用した地震記録の数は 4 2となっている.原記録から山・谷や変曲点の座標を読み取り，内挿でただし中間点の座標を計算しデジタノレ化する.解析に使用 r=2π・log!(ー一一一一一一 )dx QpVp 寧 f値深さ dの水平面上の，地震波線との交点にプロット Fpと Fsは周波数 fに無関係な量， Ao ( f )は震源スペクトノレ， T値は異常に小さな値になるだを正常・異常に分類し，それぞれを示す記号を各々 ………(1) ( ー πf!dx/QsVs) を通過した地震波のろう.一つ一つの地震波線について求められた I Ap( f )I= 1 FpI• I Ao( f )1・1 S ( f )1・ exp 乙こで p QsVs した長さは P波と S波の到着時からそれぞれ 5秒，サンプリング間隔は 0 . 0 2秒(気象庁 A点の記録はそ AkioKobayashi:V e r i f i c a t i o no fMagmaR e s e r v o i rj u s tunderUsu V o l c a n o . C R e c e i v e dJ u l y1 ，1 9 8 7 ) 料室蘭地方気象台 -9- 10 験震時報第 5 1巻第 1~ 2号 c . _ • FE - 第 2図読み取った地震波形の例 1B03C)は，地震番号 1 1(3)の地震が図中の 1 観測点 B(C)で記録された地震波である乙とを表す.矢印は解析に使用した長さ(5秒). G 2 1 0 5km X :USU Volc. en o ム￨ A pr I 第 1図観測点の分布，図中の A--Iは北大の観測点， Jは気象庁 A点 ×印は有珠山(大有珠)の位置を示す.内枠は第 4図で示す範囲. ，れぞれ 8秒 1 1B ( . a ) ァ=一 0 .37 ¥ 1 1 0 0 . 0 5秒)である.読み取った点から各々の記録について P波と S波の卓越周波数を求め，それらの平均をとる.卓越周波数のばらつきから f 0 1 0 値を求める際に着目する周波数帯はその平均値を中 . 5Hz). 心とした 3Hzとする(気象庁 A点の記録は l 第 l表 Y E p i c e n t e r D " I ¥ s1 2-I( b) 5 . 3 Ap L at . 11 1 9 8 3F e b .8 2 3侃 1 4 4 0 2 ' 8 ' 4 5 2 21 1 9 8 3 .1 l a r. 1 80 91 8 1 3 92 5 4 4 0 2 . 9 1 3 4 3 1 1 9 8 3 .O ct . 3 1 1 44 0 1 4 25 3 4 4 5 2 お2 5 . 4 4 11 9 8 4 . J a n .4 0 03 2 1 4 03 1 4 1 0 5 1 6 1 4 . 8 5 1 1 9 8 4 .J a n . 5 0244 1 4 20 2 4 0 2 4 6 8 4 . 7 61 1 9 8 4 .F e b . 1 5 1 51 3 1 4 20 3 4 1 3 3 . 2 5 3 4 0 0 k聞却7 4 0 4 . 8 4 4 0 5 . 1 2 4 6 5 9 1 1 9 8 4 .1 l a r .1 7 0210 1 4 5沼 4 2日 4 9 5 . 3 9 8 4 .1 l a r . 2 0 0 64 2 1 0 1 1 3 9 1 9 4 2 0 5 1 4 4 . 2 9 8 4 .1 l a r . 2 1 1 15 1 1 1 1 1 4 34 6 4 1 5 9 5 3 5 . 0 9 8 4 .A pr .2 7 2 13 8 1 2I1 1 3 9 1 2 4 0 4 6 加 9 8 4 .1 l a y .8 1 40 4 1 3 1 1 4 2 1 8 4 2 沼 1 41 1 9 8 4 . J u n .1 0 73 2 1 3 92 7 4 1 2 2 . 1 4 8 4 5 0 1 4 60 6 4 3 1 5 1 61 1 9 8 6 .F e b . 1 6 1 95 4 1 4 0 1 0 4 2 4 1 1 1 0 0 1 0 二旨〆' 4 ， 4 0 3 7 1 4 0お T=O.25 F十 t 1 4 00 4 13C F3 7 1 1 9 8 4 . F e b . 2 7 0 35 7 8 11 9 8 4 .1 l a r . 5 1247 1 51 1 9 8 4 .J u n . 1 22 10 2 4 f 5H z 2 L on . 聞 3 1 0 今回の解析に用いた地震 O r i g i n T i ・e N o 2 6 Hz 第 3図 S波と P波のパワー・スペクトノレの比の例縦軸は S波と P波のパワー・スペクトノレの比，横軸は周波数.図中右上の 11Bなどは第 2図と閉じスペクトノレ解析の結果を実線で、示し，これを点線のように直線回帰して傾き rの値を求 a )は f 値が負で異常なもの， ( b )は r値がめる. ( a )，( b )の地震波正のもので，それぞれ第 2図の ( 形について求めている. 4 . 3 1 0 4 。 3 . 6 4EaA nU 1 1 有珠山直下のマ夕、、マ溜りの検証第 2図ζ lデジタノレ化した地震波形，第 3図にスペられる. 乙れは P波の方 l とより強い減衰が表れていクトノレ解析の結果の例を示す.それぞれの図の ( a )はるという意味で異常である. しかし，乙乙では S波地震番号 1 1の地震が観測点 Bで記録された地震波，に大きな減衰がみられる場合のみ扱い， ( b )は地震番号 1 3の地震が観測点 Cで記録された地震については議論しない. 波についてのものである. スペクトノレ解析の結果， p波の減衰さて，記録の正常・異常を判定する r値に対する得られたのは曲線だが，これを点線のように直線回理論的裏付けがないので境界値を決める際には独 f の値を求める.得られた f 値の中には断的にならざるをえないが，乙乙では得られた全て帰して傾き b )のように第 3図( f 値が正になってしまうものがみの T値のうち小さな方の値から 3分の l個を異常と @ 1km (a) @ 》く ‘ ，e -LU ••• 第 4図水平面と地震波線との交点に記号をプロットしたもの右上の数字 ( k r n )は水平面の深さ ~:異常な地震波線くう:正常な地震波線 x 有珠山の位置有珠山直下の 1-1 .5切の深さに，異常な地震波線のみが集中している. 4 4EE-4 ，aA 12 験震時報第 51 巻第 1~2 号し，残りの 3分の 2個を正常とした.地震波の経路を計算する際の北海道南部の P波速度構造は，地表から深さ 3 5 k mまで、は北海道南部での爆破地震の観測から求められたもの (Okadae ta ， . 11 9 7 3 )，深さ 3 5 、町・ 500- 以深は J e f f r e y s -B u l l e nの速度構造を用いている.各 0- 層間の速度分布は， B u l l e nの法則 (v=arb;a，b は定数)に従っているものとしている.火山地帯の 500- ため地殻の浅い部分の P波速度が減少する乙とが考えられるが，地震波の経路に対する乙の影響は深さ 1 0 0 0 - 1--2kmで・は水平距離で 0 . 5-1k m程度と考えられ 1 5 0 0 - る. 水平面上ζ l記号をプロットした結果が第 4図であ mで示している. る.各々の図の右上の数字は深さを k ∞ 2 0- ( aJ .5km付有珠山直下の地域に注目すると，深さ 1--1 近で異常な波線を示す記号のみが集中している乙とがわかる. ~ 4 . 議論原田(1981)は有珠火山活動に伴う群発地震の発震機構を解析し得られた応力場を説明するために有珠山直下に圧力源としてのマヂマの存在を考えてい a ) ) . また森谷・岡田 (980)は群発地震る(第 5図( 工ト仏M O 活動の空白域，有珠山直下，に存在すると推定されたマグマを爆破地震観測の結果から確認している地震番号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 円/﹂第 2表正常・異常を判定した地震波線の表地震番号は第 1表のもの，観測点は第 l図のもの.0 は正常，・は異常を表す. 観測点 • 。 ••• • • •• • •• • AIBICIDIEIFIGIH J O O O O O O O O O @ O O O O O O O O @ O O O O O O O O O O OKM 2 3 4 ， (b ) 第 5図有珠山直下に推定されているマグマ溜り ( a )の点影域:原田 (981)より ( b )の斜線域:森谷・岡田 ( 1 9 8 0 )より ( 第 5図( b ) ) . さて，異常な波線は全経路のうちのど乙かで影響を受けたものであり，プロットした深さに異常な部分が存在したとは言い切れない (KubotaandBerg， 1 9 6 7 ). さらに 7値による正常・異常の判定基準がややあいまいである.従って乙の方法だけで異常域の位置を結論づける乙とはできないが，他の方法から推定された異常域の存在を確かめることは可能であると考える. 正常・異常を判定した地震波線の表(第 2表)を - 12- 有珠山直下のマグマ溜りの検証見ると，観測点や地震による判定の偏りがみられず， 1 3 参考文献乙のため深さ 1--1 .5kmより上ゃ下では異常な波線のみの集中は起きていない. このことは異常な部分 81 ):発震機構からみた有珠火山応力場，原田徹(19 が乙の深さに存在することをより確からしくし，原火山，第 2集， 2 6，9 3 1 1 0 . Kobayashi，A.，1 .Furuya andK .Uhira( 19 8 6 ): Re-examinationo fMagmaR e s e r v o i r sby S p e c t r a lA n a l y s i so fP and S Waves， Geophys.Mag.，4 1，4， 1 7 3 1 8 7 . Kubota，S . .and E .Berg(967):E v i d e n c ef o r magmai nt h e Katmaiv o l c a n i crange，B u ll . 田( 1 9 81)や森谷・岡田(19 8 0 )らによって推定されているマグマ溜まりの存在を支持しているように思われる.しかし原田(19 81)や森谷・岡田(19 8 0 )らの論文に示されたマグマ溜りの水平スケールは 0 . 5 -1km程度で、あり，乙乙でのプロットの水平誤差を考えると正確なマグマの位置を確認する乙とまではできない. ~ Volcano ， . l 3 2，1 7 5 2 1 4 . 森谷武男・岡田弘(19 8 0 ):有珠山における爆破地震 5 . まとめ動の観測ーマグ‘マによる走時・伝播異常一，火山， 81)や森谷・岡田(19 8 0 )らによって有珠原田(19 ， 2 5，6 3ァ 7 4 . 第 2集山直下の比較的浅い部分に存在が指摘されているマ Okada，H .，S .S u z u k i，T .M o r i t aand S .Asano ( 1 9 7 3 ):C r u s t a lS t r u c t u r ei nt h e Prof i Ie h e r np a r to fHokkaido， a c r o s st h e SOl1t ]apan，AsD e r i v e dfromE x p l o s i o nS e i s m i c ，J .P h y s .E a r t h，2 1，3 2 9 3 5 4 . O b s e r v a t i o n s 下鶴大輔(19 61 ):マントル上層部の温度分布と magmap o c k e tの存在'性について，地震， 2集， 1 4，2 2 7 2 4 2 . 吉留道哉 ( 1 9 7 4 ) :桜島周辺における地震記録の異常 9，とマグマ溜りとの関連について，験震時報， 3 4 9 6 2 . ク守マ溜りについて， K obayashie t al . ( 19 8 6 )の方法を用いて検証を試みた.その結果，有珠山直下の深 .5km付近にマグマ溜りによって作用されたさ 1--1 と思われる地震波線の集中域がみられた乙のことは，既に指摘されているマグマ溜りの存在を支持しているように思われる. 最後に，多くの資料を提供して下さった北海道大学理学部有珠火山観測所の方々，並びに適切な助言をいただいた札幌管区気象台の高山博之，宮村淳一両氏に感謝の意を表します. 4EEA qJ