5−4−4 レイトレーシング解析

波線追跡プログラムを用いてレイトレーシングを行い,試行錯誤的に速度構造モデルの速度あるいはモデルの形状を微調整しながら,理論走時と観測走時を合わせ,最終的な速度構造モデルを求めた。初期モデルは,反射速度解析結果に基づく場合と反射面の分布から解釈した地質構造に基づく場合の2通りとした。

<ケース1> 

反射速度解析結果に基づいて5層(基盤含む)の初期モデルを作成した(図5−4−3)。基盤だけについてみれば,後述するケース2(図5−4−5)のモデルから背斜構造の盛り上がりを削り,北側に沈み込む構造を埋めた立てたような形状になっている。モデル各層のP波速度は,反射法速度解析結果を参考にして,同一層内でも浅部から深部に向かって単調増加するように設定した。第1層のP波速度が800m/s,第2層が1800〜2300m/s,第3層が2700〜3200m/s,第4層が3500〜4300m/sである。第5層(基盤)の速度は,前述のように発破点SP−1及びSP−2の走時曲線の傾きから求めた5500m/sを採用した。北側での基盤深度は3000〜3500mである。

このような初期モデルに対して,速度は変えずに各層の形状・深度を試行錯誤的に修正することを繰り返しながらレイトレーシングを行い,観測走時を概ね説明できる最終モデルを得た。図5−4−4−1図5−4−4−2図5−4−4−3図5−4−4−4図5−4−4−5には,各発震点について理論走時と観測走時及び波線経路を示す。

最終モデルでは,初期モデルにくらべて基盤深度が全体に深くなり,距離9km付近から20km付近にかけての基盤の傾斜が緩くなっている。距離0kmから反射測線南端(距離11km)付近では,基盤やその上の層が起伏を示す構造となった。

<ケース2>

反射面の分布状況から解釈した地質構造に基づいて,5層(基盤含む)の初期モデルを作成した(図5−4−5)。各層のP波速度及び距離0kmから反射測線南端(距離11km付近)までの構造は,ケース1の最終モデルと同じとした。北側で基盤が最も深いところの深度は約4500mである。

このような初期モデルに対して,モデルの形状は変えずに,各層の速度を試行錯誤的に修正することを繰り返しながらレイトレーシングを行い,観測走時を概ね説明できる最終モデルを得た。図5−4−6−1図5−4−6−2図5−4−6−3図5−4−6−4図5−4−6−5には,各発震点について理論走時と観測走時及び波線経路を示す。ただし,SP−1の理論走時が,距離20〜25kmの背斜構造付近で観測走時よりも早くなっていることなど,ケース1ほどは理論走時と観測走時が合っていない個所が見られる。

初期モデルでは同一層内での速度範囲はどこでも同じとしたが,最終モデルの測線北部で基盤が深部まで沈み込むところでは,初期モデルにくらべて3層,4層の速度が大きめになる結果となった。

初期モデル2通りのレイトレーシング解析を行い,以上の結果を得たが,今回の屈折測線が大きく屈曲していることを考慮して,結果を考察する必要がある。図5−4−7に示すように,発震点SP−1及びSP−2から各受振点へ向かう波線経路は,受振点の位置によっては測線からの離れが大きくなる。発震点SP−2から距離20km付近までの各受振点に向かう波線経路は,徐々に測線からはずれていき,それに伴って伝播する経路上にある基盤の深度も3000〜4000mから2000〜3000mへと浅くなっていく(図5−4−7の微動基盤深度値と等重力線の分布及び図5−4−8参照)。

さらに距離18km付近になると波線経路は測線から西側へ最大3km程度も離れ,屈折波は基盤深度が2000〜3000m程度のところを伝播してくると推定される。このように基盤深度が大きく異なるところを伝播してきた波の走時が,1本の走時曲線となっていることを考慮する必要がある。また,SP−1からの走時曲線の内,測線北側ではSP−2に近づくにつれて走時の増加率が小さくなっていく。このことも距離25km付近から北側の各受振点に向かう波線経路が,徐々に測線から西側にはずれ,波線が基盤の浅いところを伝播することによると考えられる。

ケース1の最終モデルの方がケース2のそれよりも観測走時をよく説明できているのは,ケース2の初期モデルにある背斜構造の盛り上がり部を削り,北側に沈み込んでいるところを埋めた立てたようなケース1の初期モデルの形状が,前述したように,SP−2からの波線が,測線からはずれて基盤の浅いところを伝播するということと整合したためと考えられる。ケース2で,第3層や第4層の速度を大きくしないと観測走時が説明できないということも,主にこれと同じ理由によるものと考えられる。

測線中央付近は,発震点SP−1及びSP−2からの波線が測線からさほど大きくはずれないところであるが,SP−1からの走時が距離12〜18km付近で,その前後の範囲にくらべて凹状を示し,屈折波が早く到達している。SP−2からの走時にも,このあたりで同じような傾向が見られる。これについては,藻岩山前面にあたるこの付近は西南山地の火山活動の時代に,多くの岩脈が西野層を抜いているようなところとの情報もあり,そのような硬い部分を波が選択して伝播したことなどが原因の一つとして考えられる。

距離0kmから反射測線南端(距離11km付近)の範囲で得られた起伏のある構造については,北側と同じような波線経路の違いによる基盤深度の変化の影響を考慮しなければならないところである。しかし,この付近については,基盤深度情報に乏しく,屈折法のデータもほとんどSP−1についてのものであり,定量的に検討することができないため定性的な解釈に留める。この範囲は山地に近く,波線が藻岩山(距離11〜12km付近)や硬石山(距離6〜8km付近)のような貫入岩体を横切って伝播すると考えられることから,距離6km付近の基盤の高まりは,硬石山石英安山岩質貫入岩体の作り上げたドーム構造を反映したものと推察される。また,距離9km付近の基盤が周囲にくらべてやや深くなっている範囲については,重力コンターの西方への湾入部にあたっており,小規模な凹状構造を反映している可能性が考えられる。

以上のように,いくつかの考察をおこなったが,定性的なところに留まった。これは測線が大きく屈曲するため,波線が基盤深度の異なるいろいろな伝播経路を取る影響が大きいことによるものであり,また,反射法測線からはずれる範囲については,屈折法データが少ないために理論走時と観測走時の一致について定量的な検討・考察ができなかったことによる。