地震規模頻率分布與Vp/Vs值在日本地區之相關性

Abstract

地殼中的地震規模頻率分布 (地震b值) 主要受到軸差應力所影響，兩者之間有負相關，孔隙水壓則被認為是影響b值變化的次要因素之一。部分研究者在注水實驗中發現孔隙水壓增加造成地震b值增加的現象，但其他研究團隊在不同地區觀察到b值隨孔隙水壓相反變化的案例，故本研究嘗試以統計方法驗證能否在非人為實驗下觀察到此相關性。由於孔隙水壓在地殼中的實際數值難以量測，基於Vp/Vs和孔隙水壓變化之間有正相關性且不受軸差應力變化影響特性，本研究以Vp/Vs作為地殼中孔隙水壓的指標與地震b值進行比較。本研究選擇日本作為研究地區，採用日本氣象廳地震目錄在1998年至2011年2月之間發生於距日本本島海岸線40公里內、規模大於0.0且深度小於30公里之地震事件，並使用時間域與空間域雙鍵結法去除地震群集。假設Poisson process進行參數驗證，所得出參數為在主震規模4.5下以4天5公里進行計算。在計算Mc及地震b值方法上使用最大曲率法及最大似然法，格點大小為0.1° × 0.1° × 10公里，只計算格點中心半徑30公里內包含150起以上地震事件的格點。速度構造模型則採用日本防災技術研究中心提供之2019年模型，以及Nakajima (2001) 和Yamamoto (2014) 的速度構造模型，並將VP/VS值以線性加權方式重新採樣至與地震b值相同格點上。將三個模型之Vp/Vs對完整地震目錄及去群集地震目錄所計算之地震b值做每十公里深度區間的線性迴歸分析，發現完整地震目錄資料點的b值較為分散，因此將每0.01Vp/Vs區間對b值計算分組平均及中位數，並以分組b值和Vp/Vs進行迴歸分析。在全日本尺度下b值和Vp/Vs相關性在各深度範圍中皆不顯著，故進一步以Itoigawa Shizuoka 斷層線將日本區分為東北及西南兩區域，觀察到b值和Vp/Vs在東北日本深度10到20公里處呈現正相關，西南日本的原始與去群集目錄結果則分別在10到20公里及0到10公里呈現負相關。前人研究顯示日本地殼中應力型態在空間分布上也有東北、西南的差異，在東北日本以逆斷層應力場為主，西南日本則以平移斷層應力場為主。本研究所得出之Vp/Vs多小於2.0，表示地殼內含水量較低，大尺度下無法觀察孔隙水壓對b值影響，故推論東北及西南日本b值和Vp/Vs相關性的正負差異可能源自於地殼應力場不同。