九州前弧域におけるS波偏向異方性の推定

Estimation of shear wave polarization anisotropy in the fore-arc region of Kyushu, Japan

小川 大輝; 平塚 晋也 ; 浅森 浩一; 島田 耕史   ; 丹羽 正和   

Ogawa, Hiroki; Hiratsuka, Shinya; Asamori, Koichi; Shimada, Koji; Niwa, Masakazu

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、火山性熱水や非火山性のスラブ起源水の移動経路を地表からの調査を通じて把握することは、処分システムの閉じ込め機能喪失の回避に資する。九州地方の前弧域に位置する宮崎平野及びその周辺には長大な活断層等がほとんど分布せず地下水の顕著な湧出も知られていない。一方で、地震波速度構造や比抵抗構造から、フィリピン海スラブの脱水に起因する流体が上昇することで形成された流体賦存域の存在が地殻内において示唆される。また一部の地下水には、地下深部から上昇するスラブ起源水との関連性が報告されている。こうした九州前弧域の地殻内流体の流入経路となり得る地殻内のクラックの存在や性状について検討するため、当該地域の観測点で取得された震源の深さが20km以浅の地震の波形に対し、S波スプリッティング解析を適用した。九州前孤域のうち内陸部においては、速いS波の振動方向が震源メカニズム解に基づく最大水平圧縮応力軸の方向と整合的であることから、S波偏向異方性が地殻応力場にしたがって配向したクラックの存在に主に起因していることが示唆される。一方で日向灘沿岸域では、地殻応力の方向とは異なる北北東-南南西北東-南西方向または北北西-南南東北西-南東方向に卓越する。また、各震源と観測点間の平均的な異方性強度も算出した。その結果、霧島火山東方の観測点TAKAZAで取得された地震データからは5.67.0%の大きな異方性強度を示す地震波線が少数認められ、それらが火山性熱水の流入経路を反映している可能性が挙げられる。しかし日向灘沿岸域については、各観測点により取得された異方性強度は全て5%を下回ることから、震源から観測点まで連続した流体移動経路を示唆する波線は得られていないと判断される。

Understanding pathways of volcanic fluids or non-volcanic slab-related fluids by means of investigations from the surface is effective for preventing the loss of the function as a natural barrier in the geological disposal system of high-level radioactive waste. There are few long active faults and is no record of remarkable groundwater discharge in the fore-arc region of Kyushu, Japan. However, previous studies on seismic wave velocity and resistivity structures suggest the existence of the zones of slab-related fluids derived from the Philippine Sea Plate in the crust. To associate pathways of fluids in the fore-arc region of Kyushu with distribution and properties of cracks, we applied a shear wave splitting analysis to waveform data of shallow earthquakes in this region. In the inland part of Kyushu, the orientation of the faster polarized shear wave is subparallel to the axes of the maximum horizontal compressional stress, which can attribute the shear wave polarization anisotropy mainly to the distributions of cracks aligned along the crustal stress. The faster polarized shear wave at the seismic stations in the coastal area of Hyuganada Sea shows the orientation of NNE-SSWNE-SW or NNW-SSENW-SE different from that of the crustal stress. The average intensity of anisotropy over the ray-path length from hypocenters to each seismic station is also calculated. As a result, a few ray paths acquired at the seismic station TAKAZA to the east of Kirishima Volcano show larger anisotropic intensity, 5.6-7.0%. There is no denying the possibility that these ray paths reflect the pathways of the hydrothermal fluids. In the coastal area of Hyuganada Sea, however, it is confirmed that we do not obtain the ray paths that indicate continuous fluid pathways extending from hypocenters to each seismic station because the anisotropic intensity over the ray-path length is less than 5%.