研究分野
地震学
研究内容
《研究の目的》
我々の研究の主要目的は地震波形をデータとして用いて、地球内部の地震学的構造（地震波の速度、密度などの分布）を推定することである。内部構造を正確に把握することは、地球ダイナミクスの理解に大いに貢献する。実体波の走時や、表面波の位相速度のような２次的なデータのみを用いる推定手法とは異なり、波形インバージョンでは観測された波形に含まれる全ての情報を利用することができる。我々はこれまでの研究で、地球内部構造の波形インバージョンを行うために必要な、高精度でかつ効率の良い波形計算手法及びそのソフトウェアを開発してきた。この波形計算手法は最適精度を有する計算演算子を用い、その導出は、我々が導いた弾性体の運動方程式の数値解の誤差を評価するための理論に基づいている。
《これまでの研究成果》
多くの研究者はこれまで表面波の波形をデータとして上部マントルの３次元構造推定を行ったが、実体波の波形をデータとして３次元内部構造を推定するには膨大な計算負担がかかる。これに対し、我々は３次元内部構造を推定するために定式化された手法を開発し、まずは実体波の波形をデータとして局所的１次元構造の推定に取り組んだ。
２００６年位までは主に波形計算及び波形インバージョンの手法、アルゴリズムとソフトウェアの開発を研究課題としたが、その後はデータ解析による内部構造推定に重みをおいており、特にマントル最深部Ｄ″領域と上部・下部マントルの間にある遷移層を対象としている。走時トモグラフィではＤ″領域内の平均Ｓ波速度しか推定できないが、波形インバージョンではＤ″領域内におけるＳ波速度構造の深さ依存性を推定することができるためである。
我々の最近の研究により、比較的速度が平均より速い領域（中米下、北海下、中央アジア下）ではＤ″の上半分では速度は平均モデルＰＲＥＭより速いが、下半分では速度はほぼＰＲＥＭと同じであることがわかった。一方、平均より比較的速度が遅い太平洋下では、Ｄ″領域内のＳ波速度の深さ依存性は「Ｓ字型」（すなわち、コア境界より300km上で速度が遅くなり、それ以下で速度が速くなる）モデルであることもわかった。上記の成果を合わせることで、マントル最深部の熱状態・構成物質をより深く理解することができる。
《今後の研究計画》
今後も、引き続き、波形計算と波形インバージョンの手法及びソフトウェアの改善に取り組んでいく予定である。既に非弾性減衰構造パラメーターQの深さ依存性の推定、及びTI 異方性の深さ依存性の推定を実施しており、近い将来には実体波の波形をデータとして３次元構造の推定を行うこととしている。
主要論文・著書
1. Konishi, K., K. Kawai, R. J. Geller, and N. Fuji, MORB in the lowermost mantle beneath the western Pacific: Evidence from waveform inversion. Earth and Planetary Science Letters, 278, 219-225, 2009.
2. Fuji, N., K. Kawai, and R. J. Geller, A methodology for inversion of broadband seismic waveforms for elastic and anelastic structure and its application to the mantle transition zone beneath the Northwestern Pacific, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 180, 118-137, 2010.
3. Kawai, K., and R. J. Geller, The vertical flow in the lowermost mantle beneath the Pacific from inversion of seismic waveforms for anisotropic structure, Earth and Planetary Science Letters, 297, 190-198, 2010.
4. R.ゲラー (2011), 日本の地震学、改革の時, ネイチャー, http://www.natureasia.com/japan/nature/special/nature_comment_041411.php
5. 原辰彦、R.ゲラー (2000). 地震波トモグラフィによる「地球物物質科学」、「パリティ」誌、2000年12月号、116-117頁.
6. 竹内希, R.ゲラー, 水谷宏光 (1998) 高精度理論波形計算による逐次的な３次元地球内部構造推定の可能性について,月刊地球 20, 783-786.
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