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摘要: 通过人工震源实验，研究地震反射率变化用于监测活火山之下结构演变，认为其与岩浆卸载有关。樱岛火山是日本最活跃的火山之一，也是目前研究的主要目标。每年在火山区域开展人工震源实验，共计完成6期实验。通过对每期实验的数据进行分析，获取了两个地震反射剖面。实验清晰地反映出樱岛东北部深度6.2 km处的地震反射率年变化情况。2009年12月首次岩浆入侵时出现最大反射率，随后逐渐下降，直到2013年12月，与樱岛火山膨胀压缩周期相一致。反射率变化发生在地壳深部嵌入的明显反射区内。位于中间层的夹层结构被作为反射区模型。低速岩浆嵌入中间层及其后续波速的增加可用于解释反射率的变化范围。这也解释了地壳深部岩浆喷发与温度下降的关系。该研究描述了一种用于即时获取岩浆特性以及监测活火山的新方法。
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图 1 樱岛火山。左上角箭头表示樱岛火山的位置。五角星表示主要的爆破点，圆点表示台站位置。灰色虚线表示岩浆活动通道[16]。KT、MD和SY分别表示北岳峰顶、南岳和昭和火山口。利用日本地理空间信息局（GSI）提供的50 m分辨率的数字栅格地图提取了100 m间距等高线图
图 2 自2007年1月起伸缩仪记录值和火山落灰记录结果。曲线表示图1中HART的伸缩仪记录月值（由日本京都大学提供）。柱状表示鹿儿岛县每月火山落灰结果（由日本气象厅提供）。箭头表示每次地震实验。罗马数字表示活跃周期
图 3 每个爆破点的炮孔分布。“＋”代表炮孔和2009年原始炮孔。2013年未实施爆破实验的8个爆破点，分别为KURE、KRKE、JGKE、UTOE、UTKE、KMME、FKRE和WIZE
图 5 每年爆破记录。上图为EW测线上SHRE爆破点记录，下图为NS测线上KURE爆破点记录。爆破点KURE未获取2013年12月震动图。箭头表示到达波A。图形排列方式与图4相同
图 6 年震动图。（a）位于爆破点SHRE附近3.5 km处的站点X087B获取的震动图。图中，A表示清晰的到达波，与来自深度6.2 km的反射相一致。较大振幅出现在到达波后4 s，表明到达波穿过浅部岩层。（b）位于爆破点SHRE附近0.05 km处的站点X040B获取近场震动图
图 9 基于不同的参考值得到爆破点SHRE年相关性。粗线表示2009年至2011年连续3年实验结果与叠加震动图的最大互相关中值。细线表示2009年至2011年连续3年实验结果与2009年震动图的最大互相关中值。置信区间为95%，值很小，位于标记后
图 12 深部地壳剖面。上行为EW测线剖面。下行为NS测线剖面。垂直虚线表示剖面的交叉点。参考剖面位于最左侧。参考图的右侧为每年特定剖面。参考剖面中，红色表示正反射，蓝色表示逆反射。在特定剖面中，粉色表示正偏差，绿色表示负偏差。颜色深浅表示相对差异程度（原图及电子版为彩色图）
图 16 偏差剖面。偏差剖面体现出与参考值的差异。上部表示EW测线的偏差剖面，下部表示NS测线的偏差剖面。相应的参考剖面显示在各行的最左侧。所应用的色调变化值与图15中相同
图 17 反射区α分布。反射区α显示在有界区域内。实线圆表示有意义的中间点，黑点表示无意义的中间点，这些中间点都是地震剖面中确切的点。图中显示了海岸线和海平面以上500 m等高线
图 18 2009年和2010年沿着EW剖面包含爆破点URAE的剖面图。（a）特定时间段。（b）偏差剖面。上行的箭头表示到达波A，下行的箭头表示反射区α。每个剖面范围都与之前相应剖面相同
表 1 历年实验与2009年实验振幅比的关系
爆破点 2009年12月 2010年12月 2011年12月 2012年12月 2013年12月 2014年12月 KURE 1.000 0.803 0.669 0.674 – 0.959 KRKE 1.000 0.990 1.379 1.481 – 1.244 JGKE 1.000 1.181 1.326 1.200 – 1.238 UTOE 1.000 1.069 1.017 0.922 – 0.881 UTKE 1.000 1.097 0.941 1.097 – 1.069 KMME 1.000 0.993 1.024 1.142 – 1.010 KOME 1.000 1.634 1.367 1.368 1.106 1.696 FKRE 1.000 0.883 1.678 0.986 – 1.298 WIZE 1.000 0.701 0.505 1.390 – 0.978 URAE 1.000 1.188 – – – – URNE 1.000 1.061 1.023 1.228 1.138 1.241 SHRE 1.000 0.994 1.238 1.333 1.163 1.176 FTME 1.000 0.807 0.538 0.917 0.578 0.536 KBNE 1.000 1.225 1.122 1.255 1.488 1.453 
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表 2 历年实验与2009年实验的爆破延时关系（s）
爆破点 2009年12月 2010年12月 2011年12月 2012年12月 2013年12月 2014年12月 KURE 0.000 –0.004 –0.007 0.011 – 0.004 KRKE 0.000 0.004 0.022 0.034 – –0.040 JGKE 0.000 0.006 0.019 0.017 – 0.012 UTOE 0.000 0.008 0.018 0.010 – 0.006 UTKE 0.000 0.008 0.020 0.020 – 0.010 KMME 0.000 0.003 0.009 0.008 – –0.003 KOME 0.000 –0.002 0.006 0.008 0.008 0.004 FKRE 0.000 –0.008 0.020 0.026 – 0.020 WIZE 0.000 –0.004 –0.010 0.020 – 0.014 URAE 0.000 0.001 – – – – URNE 0.000 0.009 0.010 0.016 0.002 0.016 SHRE 0.000 0.000 0.024 0.032 0.024 0.020 FTME 0.000 0.016 –0.008 0.020 –0.004 0.000 KBNE 0.000 0.030 0.024 0.038 0.040 0.040
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表 3 历年实验与2009年实验结果的相关关系
爆破点 2009年12月 2010年12月 2011年12月 2012年12月 2013年12月 2014年12月 KURE 1.000 0.789 0.486 0.548 – 0.655 KRKE 1.000 0.776 0.597 0.631 – 0.407 JGKE 1.000 0.742 0.605 0.666 – 0.578 UTOE 1.000 0.790 0.690 0.703 – 0.668 UTKE 1.000 0.856 0.744 0.796 – 0.699 KMME 1.000 0.837 0.830 0.812 – 0.794 KOME 1.000 0.809 0.796 0.803 0.719 0.763 FKRE 1.000 0.751 0.251 0.329 – 0.287 WIZE 1.000 0.560 0.400 0.257 – 0.358 URAE 1.000 0.894 – – – – URNE 1.000 0.845 0.760 0.726 0.735 0.640 SHRE 1.000 0.703 0.737 0.670 0.690 0.619 FTME 1.000 0.848 0.462 0.673 0.446 0.462 KBNE 1.000 0.668 0.576 0.543 0.429 0.449
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