含晶体与气泡岩浆中地震波传播的数学预测

一项最新研究通过数学方法阐明了岩浆中晶体和气泡的存在如何影响地震纵波（P波）的传播。研究人员推导出一个新的方程，用于表征这些波在岩浆中的传播过程，揭示了晶体与气泡的相对比例如何影响波速和波形特性。

地下岩浆储层中晶体与气泡的比例对于预测火山喷发至关重要。由于无法直接观测，科学家通过分析地表记录的地震纵波来推断这些内部特征。先前研究主要关注气泡的影响，对晶体含量的考量有限。此外，传统模型主要关注波速变化和振幅衰减，未能捕捉详细的波形演变。

本研究通过整合两个不同的岩浆流数学模型，推导出新方程。结果表明：当气泡比例相对于晶体增加时，纵波波速降低，且气泡的影响比晶体更为显著；相反，衰减效应受晶体的影响更强。分析进一步揭示波形特征取决于频率和气泡含量，两个基础模型之间呈现出可辨别的差异。

该新方程能够根据岩浆中的气泡和晶体含量，进行纵波形的时间演算。研究团队计划将该模型与机器学习技术结合，通过观测到的纵波形反演岩浆内部组成，旨在提升火山喷发预测系统的准确性。

本研究部分获得日本学术振兴会科研基金（编号21J20389、22K03898）、JKA及竞艇赛事促进基金、日本涡轮机械学会小宫研究基金的资助。部分成果基于新能源产业技术开发机构（NEDO）资助项目（编号JPNP20004）。工作还受到文部科学省青年研究者跨境前沿研究领军者计划（TRiSTAR）的部分支持。