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大学・研究所にある論文を検索できる 「Detection and Quantification of Pre-P Gravity Signals from the 2011 Tohoku-Oki Earthquake : Proposal of Pre-P Gravity Seismology through Observation and Theoretical Modeling」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

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Detection and Quantification of Pre-P Gravity Signals from the 2011 Tohoku-Oki Earthquake : Proposal of Pre-P Gravity Seismology through Observation and Theoretical Modeling

木村, 将也 東京大学 DOI:10.15083/0002006683

2023.03.24

概要

論文審査の結果の要旨
氏名

木村

将也

本論文は5章からなる。第1章は導入部分であり、地震発生後 P 波が到達する前に観
測される重力変化(P 波前重力信号)を観測する意義およびこれまでの当該分野の研究の
理論・観測両面の発展について述べている。特に理論の発展と現在の到達点について、自
身の貢献を含めてまとめている。また、2 章以降で議論される内容について概説している。
第2章は 2011 年東北地方太平洋沖地震にともなう P 波前重力信号の検出可能性につ
いて議論している。超電導重力計・広帯域地震計・Hi-net 傾斜計によって観測された記
録に適切なフィルターを施し、震源距離に応じて時刻をずらしてスタッキングすること
により、理論によって予想される信号と同程度の P 波前重力信号が既存研究を超える 7𝜎
の有意性で検出できることを示した。さらに、観測のノイズレベルを考えると、単一の超
電導重力計・広帯域地震計・傾斜計では P 波前重力信号をとらえることが困難であるが、
重力偏差計による重力の空間微分の計測は、単一の計器で P 波重力信号を検出できる可
能性があることを示唆した。
第 3 章は P 波前重力変化を検出するための信号処理について議論している。第 2 章で
は信号の染み出しを防ぐために因果律を満たしたフィルタを適用して信号処理を行なっ
たが、第 3 章では、他の研究グループで用いられている位相を保存するが因果律を満た
さないフィルタの性能を評価した。様々な数値実験を行った結果、因果律を満たさないフ
ィルタであっても、P 波前重力変化の誤検出の可能性は低く、実用的には有用なフィルタ
であるということを示した。
第 4 章は P 波前重力変化の信号を用いた地震の発震機構の決定可能性について議論し
ている。2011 年東北地方太平洋沖地震に注目し、解析には Hi-net 傾斜計により観測され
た P 波前重力変化の水平 2 成分と広帯域地震計の鉛直成分の記録を用いた。適切なフィ
ルタリングおよびスタッキング処理を施すことにより、ノイズレベルを上回る信号が検
出された。検出された信号を用いて発震機構を推定したところ、地震の大きさ・発震機構
ともに既存の研究と調和的な結果が得られた。特に、地震波を用いて低角逆断層の発震機
構を求めると断層の傾斜角をよく拘束できないことが多いが、P 波前重力変化の信号を
用いることによって断層の傾斜角をよりよく拘束できる可能性があることを示した。
第 5 章は本論文の結論部分である。
以上のように本論文は、この 5 年ほどで急速に発展した P 波前重力変化の理論の構築
から観測への応用までをカバーするものである。本論文の研究は熾烈な国際競争にさら
されながら行われたが、急速に発展する当該研究分野のなかで、本論文は理論・観測の両
面においてともに大きな貢献をなし、新しい研究分野を開拓するものである。たとえば、
第 4 章に示す、P 波前重力変化を用いた発震機構の特定の研究は、地震の early warning
1

をさらに進化させる可能性がある。このような観点から、本論文は博士論文として十分な
質・量をもつものである。
なお、本論文第2章・第3章は、亀 伸樹・綿田辰吾・大谷真紀子・新谷昌人・今西祐
一・安藤正樹・功刀 卓との共同研究であるが、論文提出者が主体となって分析及び検証
を行ったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。
したがって、博士(理学)の学位を授与できると認める。

2

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103

Supplement

— Template waveforms of three-component pre-P gravity signal and gravity potential

for

➢ strike slip events (strike = 0°, dip = 90°, rake = 0°, depth = 20 km, Mw = 9 or

8) and

➢ dip slip events (strike = 180°, dip = 15° or 30°, rake = 90°, depth = 20 km, Mw

= 9 or 8)

calculated by the simulation method of Zhang et al. (2020). The moment rate

function and rupture duration were determined in the same way as in Chapter 4.

Observation stations locate at 𝜃 = 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75°, 90°, 105°, 120°, 135°,

150°, 165°, or 180° and Δ = 1°, 3°, 10°, or 30°. Here, 𝜃 is the azimuth measured

from east to north, and Δ is the angular distance. The 0.15-Hz 6-pole low-pass

causal Butterworth filter was applied to the waveforms.

— Results of the preliminary analysis to search for pre-P elastic strain in the data

recorded by the 100-m-long laser strainmeter at Kamioka (Araya et al. 2007).

➢ Background noise spectra of the linear (𝑢𝑥,𝑥 ) and shear ((𝑢𝑦,𝑦 − 𝑢𝑥,𝑥 )/2 )

strains at the Kamioka strainmeter. The time window is 1 h between 04:40 and

05:40 UTC before the 2011 Tohoku-Oki event. Here, 𝑥 and 𝑦 axes are taken

eastward and northward, respectively.

➢ Comparison of the recorded strains and synthetic ones calculated by the

simulation method of Zhang et al. (2020) before the P-wave arrival from the

104

2011 Tohoku-Oki earthquake. The 0.01-Hz 2-pole high-pass and 0.05-Hz 6pole low-pass causal Butterworth filters were applied to both waveforms.

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