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1．地震発生に至る地殻活動解明のための観測研究の推進

（1）「日本列島及び周辺域の長期広域地殻活動」研究計画

  　「地震の発生を定量的に予測するためには、まず、長期にわたる地殻活動によってもたらされる広域応力が、特定の断層域に集中していく地震発生の準備過程を理解し、それに引き続く直前過程における地震断層域での応力の再配分機構を解明しなければならない。」（第2次新計画（建議）平成15年7月）。したがって、日本列島を含むプレートの運動やそれによってもたらされる広域の応力場に関する知見を集積することが、地震発生予測の研究にとっては基本的に重要である。本研究計画においては、このための研究として、二つの研究項目について実施している。第一の研究項目「ア．日本列島及び周辺域のプレート運動」は、日本列島を含む周辺域のプレートの形状と運動を精密に決定することである。プレート運動の精密な決定によって日本列島にかかる応力の境界条件が把握できると考えられる。特に、ユーラシアプレートとは独立な動きをしていると考えられているアムールプレート等の大陸側のプレートの境界の形状と変位速度場を精密に推定することが本研究の主たる目的である。第二の研究項目「イ．列島規模のプレート内の構造と変形」は、日本列島の構造やその不均質を明らかにし、プレート境界での境界条件が日本列島の応力やその変化にどのように反映されていくのかを知ることであり、このような観点から多面的な研究を実施している。
ア． 日本列島及び周辺域のプレート運動
  　本研究項目では、宇宙技術（GPS（汎地球測位システム）、SLR（人工衛星レーザー測距）及びVLBI（超長基線電波干渉法））を用いたプレート運動の実測を行っている。プレート運動の実測とその解釈は数年以上に及ぶ長期の研究が必要である。平成17年度は、平成16年度に開始された観測を継続するとともに解析を行った。ロシア及びその周辺においてはオホーツクプレートと北米プレートの相対運動の精密推定を目的としてGPS観測を実施しており、平成17年度にはこれら観測の維持・継続とともに平成16年度に新設したパウジェスカ観測点のデータ解析を行い、図6に示す結果を得た（北海道大学［課題番号：1001］）。モンゴルにおいては、アムールプレートを含む東アジアの変位速度場の解明のため、平成17年度には新たに2か所の観測点を設置し、観測を開始した（東京大学地震研究所［課題番号：1401］）。
　一方、アムールプレート等の存在を確かめるため、東アジアから南アジアにかけての既存のGPSデータを統合し（図7）、複数のブロックの動きと変形によってモデル化した。図8に推定したブロックの剛体的変位を示す。このうちアムールプレートの動きの信頼性を統計的に検定した結果、アムールプレートはユーラシアプレートからは異なった動きをしていると考えてよいが、南中国ブロックとは異なっているとは認められないとの暫定的な結論を得た（東京大学地震研究所［課題番号：1401］、Iwakuni,2004）。
　日本列島の乗っているプレートの動きを明らかにするため、国内における4か所のVLBI観測局（新十津川、つくば、父島、姶良）を用いて国内観測を毎月1回、国際観測を毎週1回の割合で実施している。得られたデータを解析することで日本列島及び周辺域のプレート運動の速度と方向を求めた（図9）（国土地理院［課題番号：6001］）。また、太平洋のプレート運動を精密に推定するために南太平洋地域にGPS観測点を設置して観測を継続しており、これらと他の海外機関が運用する多数の連続観測点のGPS観測データを解析し、太平洋プレートの運動を推定した（図10）。太平洋プレートの精密な動きの他、プレート内部では有意な変形は認められないことも明らかになった（国土地理院［課題番号：6002］、Munekane and Fukuzaki,2006）。
　このようにGPSを始め、VLBI等の宇宙測地技術によって日本及びその周辺地域のプレート運動や地殻変動の様態が次第に詳細に明らかになりつつあると言えよう。
イ． 列島規模のプレート内の構造と変形
  　プレート運動によってもたらされる外部応力が日本列島の内部にどのように伝達し、断層周辺の応力集中をもたらすのか、そのメカニズムを解明することは地震予知研究の上でも第一級の重要性を持っている。このためには日本列島の全体的な構造の不均質性や深部構造を詳細に知ると同時に広域の応力の集中過程や歪の蓄積過程をモニターし、構造と変動の情報から応力の集中過程に関するモデルを構築することが重要である。
　日本列島に展開している地震基盤観測網は、構造の詳細な不均質性を明らかにするために絶好な設備である。平成17年度においてはHi-net（防災科学技術研究所が全国に展開している高感度地震観測網）データを用い、トモグラフィ解析に基づいて日本列島全域における広域かつ詳細な三次元地震波速度構造・減衰構造の推定を行った。特に、関東・東海地域においては沈み込むフィリピン海プレート内の海洋地殻が低速度層に、プレート内マントルが高速度・低減衰層になっていることが明らかになった。図11に示す浜名湖付近（東経137.4度）を通る南北断面図では、流体の存在を示唆するVpスラッシュVs（P波速度とS波速度の比）の大きな領域が沈み込むプレート（スラブ）内で発生する地震活動の直上にあり、その一部と深部低周波微動活動域が一致することが明らかになった（防災科学技術研究所［課題番号：3001］、Matsubara et al.,2005）。紀伊半島域では、トモグラフィ解析による三次元速度構造と変換波の波形解析に基づく速度不連続面の推定が行われ、フィリピン海プレート内の低速度層と高速度層との境界が沈み込むプレート内のモホ面と非常によく一致することが明らかになった（図12）。また、紀伊半島北部では沈み込むプレート内の地震活動が低速度の海洋地殻内に発生しているのに対して、南部では海洋マントル内に発生する等、四国と同様に、場所によって沈み込むプレート内で発生する地震の発生様式が異なることも確認された（防災科学技術研究所［課題番号：3001］）。
　地震発生をもたらす応力集中機構の解明のため、2000年（平成12年）鳥取県西部地震（マグニチュード7.3）、1984年（昭和59年）長野県西部地震（マグニチュード6.8）、1995年（平成7年）兵庫県南部地震（マグニチュード7.3）等の余震観測データ等に基づき、断層周辺の応力場の詳細な研究を実施した。また、下部地殻の物性と変形機構の解明のため、1983年（昭和58年）鳥取県中部の地震（マグニチュード6.2）震源域において比抵抗構造再解析を行った（図12）。これらの研究を総合した結果、下部地殻の低比抵抗帯が山陰地方の地震帯直下に系統的に確認されつつあること、及び長野県西部地域で断層の深部滑りにより説明可能な応力場の空間的な変化が見いだされたこと、が明らかになり、下部地殻の局所的な変形による断層への応力集中というシナリオが確かなものになってきた。一方、鳥取県西部地震の震源域の少なくとも北部では、断層の強度が大きい可能性が高いことが明らかになった。断層の深部延長に定常滑り域が存在していても、断層上部の強度が大きければ変形速度が小さくなることが数値シミュレーションから明らかになっており、このことはこの地震の震源域周辺で地震の前に歪レートが小さかったことと整合する（京都大学防災研究所［課題番号：1801］）。
　その他、三陸沖北部の領域において、プレート境界地震のモーメント解放量とその時間変化の空間分布を調査し、岩手県沖のアスペリティの海溝寄りと青森県沖のアスペリティとその南側でモーメント解放量とその時間変化がともに大きいことが明らかになった（弘前大学［課題番号：1101］）。
課題と展望
  　プレート運動については東アジアから南アジアにかけてのGPSデータを解析することにより、アムールプレートの存在の可能性が指摘された。今後、設置した連続観測点資料等を用い、アムールプレートの存在とその境界について、より詳細な検討を行うとともに、オホーツクプレートについても、その境界と運動について明らかにする必要がある。また、各宇宙技術による変位速度場を統合し、GEONET（国土地理院の全国GPS連続観測網）とも統合して、日本列島及びその周辺の変位速度場をグローバルな枠組みで明らかにすることが重要である。
　列島規模のプレート内の構造と変形については、Hi-net等の高密度な地震観測網により列島規模の構造だけでなく、沈み込むプレートの詳細な構造も明らかになりつつある。今後は、個別研究成果を統合し、列島全体を俯瞰した構造及び変動の不均質を明らかにすること、また異種の地球物理学的情報を定量的に評価する試みが必要である。歪・応力の集中過程のモデルについても次第に形を現しつつあるが、より多様なモデル化の試みと検討が必要であろう。
参考文献
 

Iwakuni, M., Tectonics in east Asia as seen from GPS data、D. Sc. Dissertation,2004.

Matsubara.M, H. Hayashi, k, Obara, and k, Kasahara, Low-velocity oceanic crust at the top of the Philippine Sea and Pacific plates beneath the Kanto region, central Japan, imaged by seismic tomography, J.Geophys.Res., 110, doi:10.1029/2005JB003673, 2005.

Munekane, H., and Y,.Fukuzaki, A plate motion model around Japan, Bull. GSI, 53, 2006.


図6： 平成16年度に新設したカムチャッカ半島、太平洋岸のパウジェスカ観測点の位置変化。ITRF（国際地球基準座標系）に準拠。



図7： アジアの統合変位速度場（Iwakuni,2004）。



図8： 剛体ブロックとユーラシアに対するブロックの速度ベクトル。アムールと南中国は一体とし、ベクトルを5倍にしている。



図9： 国土地理院VLBI各観測局の速度ベクトル（誤差楕円：3σ）。ITRF（国際地球基準座標系）に準拠。



図10： 日本列島周辺のGPS観測点データに基づく変位速度ベクトル。



図11： 東経137.4度における鉛直断面。P波速度偏差（パーターべーション）・VpスラッシュVs構造・P波の減衰構造・S波の減衰構造。矢印は海洋性地殻を示す。断面図中の黒点は通常の地震、白点は深部低周波微動の震源を示す。P波及びS波の減衰は赤色系が大きく、青色系が小さい。（Matsubara et al.,2005）



図12： （上）トモグラフィ結果を用いて深度変換した変換波の振幅分布と走時トモグラフィによるS波速度構造。黒点は2002年4月から2005年3月までに発生した震源の分布を表す。灰色の線は、最上部に示した変換波断面から推定したフィリピン海プレート内のモホ面の位置を表す。断面線の位置を右の地図中に示す。
（下）紀伊半島下におけるフィリピン海プレート内の海洋性モホ面等深度線。本等深度線作成にあたり、トモグラフィ結果を用いて深度変換をした変換波の振幅情報ならびに振幅・極性の地震波到来方向依存性を考慮した。



図13： 1983年鳥取県中部の地震の震源での二次元比抵抗構造。丸印は余震の震源を示す。


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