Presentation Information
[S06-03]S-wave splitting analysis with Frequency Dependence
in Northeastern Japan
*Ryotaro Fujimura1, Tomomi Okada1, Martha Savage2, Ayaka Tagami3,1, Harumi Uchida1 (1. Research Center for Prediction of Earthquakes and Volcanic Eruptions, Graduate School of Science, 2. Victoria University of Wellington, 3. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)
本研究では、東北日本において周波数依存性を考慮したS波スプリッティング解析を行い、異方性の時・空間的変化の可能性を検討する。S波スプリッティングは、S波が異方性媒質中で二つのせん断波に分裂する現象である。この二つのせん断波は伝搬速度が異なり振動方向が互いに直交する。上部地殻においては、S波スプリッティングは主に応力起因の異方性によって生じ、速い波の振動方向は最大水平圧縮応力軸（SHmax）方向と平行な方向を向く。しかし断層破砕帯や火山の近傍では、異方性が広域応力場と整合的ではない方向に現れることがあり、これは断層に平行なフラクチャや火山付近の局所的な応力場、上昇する流体の経路などを反映していると考えられる（Boness & Zoback, 2006；Johnson et al., 2011）。
S波スプリッティング解析の利点として、応力場や地殻構造の推定を高い時間分解能のもとで行うことができる。またS波スプリッティング解析のパラメータは、地殻内の微小亀裂の幅や異方性媒質の広がりに起因する周波数依存性を示す。先行研究では、S波スプリッティング解析における周波数依存性の詳細な考慮が、異方性の起因推定と時間変化の検出に寄与することが示唆された(Tadokoro et al., 2002; 藤村・他, JpGU2025)。
本研究では、気象庁一元化震源カタログに基づく地震波形データを用い、MFAST（Multiple Filter Automatic Splitting Technique；Savage et al., 2010）および波形相関法を用いてS波スプリッティングの検出を行った。特にフィルターの変更や時間窓の延長により、周波数依存性を詳細に検証した。その際，発生した，対象とする規模の大きな地震や火山のごく近傍において同一クラスターで継続的に発生した地震のS波を用いることで、波線経路の違いの影響を考慮した。
東北地方および北海道東部は、沈み込み帯による応力場、地殻内の断層、火山活動などに起因する異方性が広く観測される地域である。また同領域では、2011年東北沖地震後の地震活動の活発化・沈静化や火山近傍の地殻変動などが局所的に観測されている。MFASTと波形相関法の両手法を用いたS波スプリッティング解析により異方性の時間変化を捉え、さらに、周波数依存性を考慮するより適した手法の構築により，地震活動の変化や地殻変動を説明するような応力変動・構造変化の結果が得られた。
We determine frequency-dependent shear-wave splitting (SWS) in northeastern Japan to examine potential temporal and spatial anisotropy variations in the region. SWS is a phenomenon in which S-waves separate in an anisotropic medium as two shear waves with different velocities and orthogonal oscillation directions to each other. In the upper crust, SWS is mainly caused by stress-induced anisotropy, and the oscillation direction of the fast wave is detected in parallel to the SHmax (Maximum horizontal compression axis) direction. However, in the vicinity of fault zones or volcanoes, anisotropy may be observed in a different direction from the regional compression axis and is assumed to reflect fault-parallel fractures, local stress fields, or upwelling fluid paths (Boness & Zoback, 2006; Johnson et al., 2011).
One advantage of S-wave splitting for analyzing stress fields and crustal structures is its high temporal resolution. In addition, the S-wave splitting parameters show a frequency dependence caused by the width of microfractures or the size of the anisotropic medium in the crust.
In this analysis, we used seismic waveform data based on the JMA (Japan Meteorological Agency) unified catalog, and measured SWS parameters using MFAST (Multiple Filter Automatic Splitting Technique, Savage et al., 2010) and the waveform cross-correlation method. We investigate the frequency dependence by modifying the filters and extending the time windows appropriately.
The Tohoku region and the eastern part of Hokkaido in Japan are areas where anisotropy caused by the SHmax of the subduction zone, inland faults, and volcanoes are commonly observed. Preliminary results show that considering frequency dependence may help separate the causes and detect temporal changes. Through SWS analysis incorporating frequency dependence, we identify temporal variations in anisotropy, suggesting stress release and the formation of fault fractures induced by seismic activity.
S波スプリッティング解析の利点として、応力場や地殻構造の推定を高い時間分解能のもとで行うことができる。またS波スプリッティング解析のパラメータは、地殻内の微小亀裂の幅や異方性媒質の広がりに起因する周波数依存性を示す。先行研究では、S波スプリッティング解析における周波数依存性の詳細な考慮が、異方性の起因推定と時間変化の検出に寄与することが示唆された(Tadokoro et al., 2002; 藤村・他, JpGU2025)。
本研究では、気象庁一元化震源カタログに基づく地震波形データを用い、MFAST（Multiple Filter Automatic Splitting Technique；Savage et al., 2010）および波形相関法を用いてS波スプリッティングの検出を行った。特にフィルターの変更や時間窓の延長により、周波数依存性を詳細に検証した。その際，発生した，対象とする規模の大きな地震や火山のごく近傍において同一クラスターで継続的に発生した地震のS波を用いることで、波線経路の違いの影響を考慮した。
東北地方および北海道東部は、沈み込み帯による応力場、地殻内の断層、火山活動などに起因する異方性が広く観測される地域である。また同領域では、2011年東北沖地震後の地震活動の活発化・沈静化や火山近傍の地殻変動などが局所的に観測されている。MFASTと波形相関法の両手法を用いたS波スプリッティング解析により異方性の時間変化を捉え、さらに、周波数依存性を考慮するより適した手法の構築により，地震活動の変化や地殻変動を説明するような応力変動・構造変化の結果が得られた。
We determine frequency-dependent shear-wave splitting (SWS) in northeastern Japan to examine potential temporal and spatial anisotropy variations in the region. SWS is a phenomenon in which S-waves separate in an anisotropic medium as two shear waves with different velocities and orthogonal oscillation directions to each other. In the upper crust, SWS is mainly caused by stress-induced anisotropy, and the oscillation direction of the fast wave is detected in parallel to the SHmax (Maximum horizontal compression axis) direction. However, in the vicinity of fault zones or volcanoes, anisotropy may be observed in a different direction from the regional compression axis and is assumed to reflect fault-parallel fractures, local stress fields, or upwelling fluid paths (Boness & Zoback, 2006; Johnson et al., 2011).
One advantage of S-wave splitting for analyzing stress fields and crustal structures is its high temporal resolution. In addition, the S-wave splitting parameters show a frequency dependence caused by the width of microfractures or the size of the anisotropic medium in the crust.
In this analysis, we used seismic waveform data based on the JMA (Japan Meteorological Agency) unified catalog, and measured SWS parameters using MFAST (Multiple Filter Automatic Splitting Technique, Savage et al., 2010) and the waveform cross-correlation method. We investigate the frequency dependence by modifying the filters and extending the time windows appropriately.
The Tohoku region and the eastern part of Hokkaido in Japan are areas where anisotropy caused by the SHmax of the subduction zone, inland faults, and volcanoes are commonly observed. Preliminary results show that considering frequency dependence may help separate the causes and detect temporal changes. Through SWS analysis incorporating frequency dependence, we identify temporal variations in anisotropy, suggesting stress release and the formation of fault fractures induced by seismic activity.
