Seismic Interferometry (1) Historical Development and Principles

Abstract

§1． は じ め に 地震波干渉法 (Seismic Interferometry) とは，2 観測 点における波動場の相互相関関数から，その 2 点のうち 1 点を震源とし，もう 1 点を観測点とするグリーン関数 （インパルス応答）を求める手法である．地震波干渉法 の問題設定の概念図を Fig. 1 に示す．複数の信号源か ら放射された互いに無相関な波が 2 観測点に入射するも のとし，その 2 観測点での波動場の相互相関関数を計算 する（左図） ．一方，右図は 2 観測点のうちの 1 つに仮想 震源があり，もう 1 つの観測点でグリーン関数が得られ る場合である．グリーン関数の相反性を用いると観測点 と震源を入れ替えてもよいので，どちらの観測点が仮想 震源であってもよい（右上図と右下図） ．地震波干渉法 を用いると，左図の状況から右図の状況を仮想的に再現 できるというわけである．もし，自然地震，脈動，常時 微動の波動場に対してもこの考えが成り立つのであれ ば，人工震源を必要とせずにグリーン関数が求められる ことになり，地震波干渉法は安価かつ環境への影響も小 さいパッシブな地下構造探査法となりうるということ で，広く注目を集めてきた． この手法が地震学の分野に導入されてからすでに 10 年が経過した [Campillo and Paul (2003)]．その間，理論 的背景に関する理解が深められるとともに，データ解析 に基づく実用的な研究も進められ，最近では脈動や散乱 波（コーダ波）などを用いた地震波（ほとんどが表面波） トモグラフィーや地震波速度の時間変化の検出など様々 な応用が世界各地で活発に進められている．地震波干渉 法に関する解説論文もすでにいくつも出版されている． 例えば簡潔な導入としては Curtis et al. (2006) があり， 総括的なものでは，Larose et al. (2006)，Wapenaar et al. (2010a, b)，Snieder and Larose (2013) などがある．また 物理探査の分野では和文の解説記事［松岡・白石 (2008)， 白石・他 (2008)］もある．さらに本格的なものとしては， 物理探査分野の教科書 [Schuster (2009)] や Geophysics の 2006 年 9 月 号 の 論 文 集［例 え ば，Wapenaar et al. (2006)］ ，主に地震学分野の論文を集めた Comptes Rendus Geoscience の 2011 年 8-9 月号［例えば，Campillo et al. (2011)］も参考になる． 本記事では，既往の解説記事が書かれた以降のこの分 野の進展も踏まえて，地震学的な研究に重きをおき，地 震波干渉法の要点を簡潔に解説したい．そしてより専門 的な論文への入り口となることを目指して，本文中に重 要と考えられる参考文献を明記しているので，それぞれ の項目についての詳しい説明はそちらを参照していただ きたい．なお編集の都合上，内容を (1) 歴史的経緯と原 理，(2) 応用の 2 回に分けることにし，本稿では (1) につ いて説明する．(2) については稿を改めて解説する． §2． 歴史的発展の経緯 地震波干渉法の発展の経緯であるが，その端緒を調べ