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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

（3）「地震破壊過程と強震動」研究計画

  　大地震の破壊過程を詳しく調べることによって、断層面上のアスペリティやその周辺の不均質な応力降下の分布が得られる。このような情報を蓄積することにより、大地震発生に先立って震源域における破壊開始点やアスペリティ周辺の応力及び強度に関する特徴を知ることができると期待される。また、アスペリティの分布やその活動の再来性の理解が進めば、単に地震規模の予測だけでなく、大地震時の強震動生成域の分布についても定量的評価が可能になる。そのためには、震源過程の複雑さとともに、波動伝播への地下構造の影響を評価することも重要である。
　このような観点から、平成16年度に引き続き、三次元地下構造や強震動以外のデータを導入して震源過程解析の高度化を行った。その結果、詳細なアスペリティ分布が得られるようになった。また、アスペリティ分布とプレート境界や断層周辺の構造及び地震活動との関係を調べるとともに、震源域での地震波速度、重力、比抵抗、微小地震活動等の測定・観測及びデータ解析を実施した。さらに、高精度の地下構造モデルの構築や、拡充・整備された強震観測の成果に基づいた強震動予測の実証的研究を行った。
ア． 断層面上の不均質性
  （解析手法やデータの高度化による詳細なアスペリティ分布の把握）
　平成16年度に開発した一次元構造の地震波伝達関数（グリーン関数）逆解析手法を二次元構造に拡張した。この手法を2003年（平成15年）宮城県北部の地震（マグニチュード6.4）の震央から延びる複数の測線に沿って適用し、得られた複数の速度断面を補間して、同地震の震源域と仙台平野を含むその周辺域の三次元速度構造モデルを構築した。また、同じく平成16年度に開発した、GPSの1秒間隔のデータから地殻変動を含む変位波形を取り出す手法を、2005年（平成17年）福岡県西方沖の地震（マグニチュード7.0）のデータに適用し、強震計波形データと併せて逆解析することにより同地震の詳細な震源過程を求めた。その結果、同地震は陸寄り浅部にある単独のアスペリティで構成され、その位置は大きな被害の出た玄界島に近いことが明らかになった。また、GPSの1秒間隔のデータを追加することにより、従来の解析結果に比べると、滑り量の大きい領域が断層面上のより狭い部分に集中していることが明らかになった（図27）（東京大学地震研究所［課題番号：1407］、Kobayashi et al.,2006）。

（プレート境界のアスペリティと構造不連続・地震活動度）
　プレート境界のアスペリティと構造不連続や地震活動度との関係を解明するため、1944年（昭和19年）東南海地震（マグニチュード7.9）の再解析を行った。近地波形の見直しやS波到着時刻等の再検討により、Kikuchi et al.2003の結果と比べてアスペリティが北東方向に移動し、余震との相補関係が改善した（図28）。また、2003年（平成15年）十勝沖地震（マグニチュード8.0）のアスペリティを逆解析結果の滑り分布から抽出し、それに対して経験的グリーン関数法を適用して強震動をシミュレーションすると、逆解析の結果によっては全周波数帯域で過小評価となることがある。これは、プレート境界地震では強震動生成域とアスペリティの領域が完全には一致していないことを示唆しており、アスペリティ内の実効応力等が内陸地震と異なることを示している（東京大学地震研究所［課題番号：1407］、畑・他,2006）。

（内陸地震のアスペリティと地殻構造・地震活動度）
　2004年（平成16年）新潟県中越地震（マグニチュード6.8）、1997年（平成9年）鹿児島県薩摩地方の地震（マグニチュード6.6）等の中・大地震震源域周辺の詳細な地震波速度構造を求め、地震波・地殻変動解析による地震時滑り量分布と比較した。その結果、これまで得られていた他の内陸地震・沈み込むプレート内の地震と同様に滑り量の大きな領域は、地震波速度の低速度域を避け、比較的高速度な領域におよそ分布していることが分かった（図29）（Yaginuma et al.,2005）。一方、破壊開始点は低速度域内あるいはその境界におよそ位置していることが分かった（東北大学大学院理学研究科［課題番号：1204］）。
　また、山崎断層では大きな地震が起きる前に地震活動、地殻変動、地下水等の観測データにどのような不均質なパターンが現れるかを観測している。山崎断層での観測結果と比較するために、2000年（平成12年）鳥取県西部地震（マグニチュード7.3）と新潟県中越地震を調べたところ、地震の前に断層が不均質な応力状態にあったことが明らかになった（京都大学防災研究所［課題番号：1806］、Yukutake et al.,2006）。
イ． 地震波動伝播と強震動予測
  　伊豆・駿河湾や足柄平野の強震観測点で得られた高密度強震観測データと、SK-net（首都圏強震動ネットワーク）、及びK-NET（強震観測網）、KiK-net（基盤強震観測網）データを統合して、長周期地震動を含めた関東平野での地震波動伝播特性の調査を行った。2005年（平成17年）に発生した宮城県沖の地震（マグニチュード7.2）と2005年三陸はるか沖の地震（マグニチュード7.2）による波動伝播・強震動シミュレーションを実施し、高密度強震観測データに合うように東北日本弧と関東平野における既存の三次元基盤構造やプレート形状と物性値を調整した。これにより、日本海溝の地震における地震波動伝播と長周期地震動（盆地生成表面波）を、周波数1Hz（ヘルツ）程度まで正しく再現できるようになった（図30）（東京大学地震研究所［課題番号：1408］）。また、海溝型巨大地震の広帯域地震動予測のため、様々な波長の不均質をもった震源モデル（マルチスケール不均質震源モデル）を開発し、1946年（昭和21年）南海地震（マグニチュード8.0）に適用して強震動評価を行った（図31）（産業技術総合研究所［課題番号：5006］、関口・吉見,2006）。この他、北海道では強震観測網のデータを用いて、2004年（平成16年）12月14日の留萌支庁南部の地震（マグニチュード6.1）を経験的地震波伝達関数（グリーン関数）法により解析した結果、マグニチュード6クラスの内陸地震でも特性化震源モデル（断層面上の複雑な滑り分布を、強震動を放射する領域と、それ以外の背景領域の二つに分けて簡単化した震源モデル）により強震動評価ができることを明らかにした（図32）（北海道大学大学院理学研究科［課題番号：1008］、前田・他,2005）。
課題と展望
  　「地震破壊過程と強震動」研究計画の第一の目標として、まず地震の破壊過程を詳しく調べなければならない。この目標のため、地震波伝達関数の精度を高める様々な方策（現実的な三次元構造の導入、構造モデルの逆解析等）を開発するとともに、1秒間隔のGPS波形データ等、新しい種類のデータセットの導入を図った。これらにより高精度化された解析手法を最近の地震（2005年福岡県西方沖の地震等）に適用し、アスペリティの詳細分布を得た。将来発生する地震のアスペリティを推定することによって、より高精度な強震動予測を実現する可能性が見いだされつつあるものの、2003年十勝沖地震のように滑り量の大きなアスペリティと強震動生成域が必ずしも一致しない場合も認められるため、今後も構造を含めた詳細な研究が必要となる。
　計算コードの改良によって、短周期地震波を含む、より現実的な強震動シミュレーションが可能になった。その結果、地下構造モデルの改良と相まって、2005年宮城県沖の地震の長周期地震動のシミュレーション等が行われ、特に堆積平野における強震動の特徴をよく再現することができた。また、こうした強震動シミュレーションの高度化や震源モデルの高度化（マルチスケール震源モデルの導入等）を踏まえた強震動予測手法が、いろいろな想定地震に適用された。その結果、マグニチュード8クラスの海溝型地震からマグニチュード6クラスの内陸地震まで、幅広い規模の地震に用いることができる強震動予測手法の開発が視野に入ってきた。
参考文献
 

畑奈緒未・三宅弘恵・纐纈一起,海溝型地震の強震動生成域とアスペリティ,日本地球惑星科学連合2006年大会,S204-008,2006．

Kikuchi,M., M.Nakamura and K.Yoshikawa, Source rupture processes of the 1944 Tonankai earthquake and the 1945 Mikawa earthquake derived from low-gain seimograms, Earth Planet Space, 55, 159-172, 2003.

Kobayashi, R., S. Miyazaki, and K. Koketsu, Source processes of the 2005 West Off Fukuoka Prefecture earthquake and its largest aftershock inferred from strong motion and 1-Hz GPS data, Earth Planets Space, 58, 57-62, 2006.

前田宜浩・一柳昌義・笹谷努，北海道内陸地震の震源特性，日本地震工学会2005年年次大会,2005．

関口春子・吉見雅行，海溝型巨大地震の広帯域地震動予測のためのマルチスケール不均質モデル，地震防災フォーラム’05　講演資料集,53-57，2006．

Yaginuma, T., T. Okada, Y. Yagi, K. Goto, H. Miyamachi, A. Hasegawa, H. Zhang, and C. H Thurber, Imaging the asperities of the 1997 northwestern Kagoshima earthquake (M6.5), southwestern Japan, by seismic waveform inversion and double-difference tomography, Eos Trans. AGU, 86(52), Fall Meet. Suppl., Abstract S43A-1049, 2005.

Yukutake Y., Y. Iio, H. Katao, and T. Shibutani, Estimate of the numbers of aftershocks that occurred on a mainshock fault plane from precisely determined focal mechanisms、submitted to Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2006.


図27： 2005年福岡県西方沖の地震の滑り分布（左）と断層面上の小領域における震源時間関数（滑り速度の時間変化）（右）。星は破壊開始点を示す。



図28： 1944年東南海地震の滑り分布。本研究によるもの（桃色）をKikuchi et al.（2003）によるもの（黄色）と比較した。黒丸は余震の震央を示す。



図29： 1997年鹿児島県北西部地震の断層面に沿ったP波速度偏差分布（色付きの等値線）。遠地波形と近地波形の両方を用いて解析した地震時滑り量分布を黒の等値線で示す。星は本震（破壊開始点）を示す。



図30： 2005年宮城県沖の地震の波動伝播・強震動シミュレーション。波動伝播のスナップショットと、観測（緑）とシミュレーション（青）波形及びスペクトルの比較。



図31： 1946年南海地震のマルチスケール震源モデルと強震動評価（関口・吉美,2006）。



図32： 留萌支庁南部の地震の震源モデル（左）と経験的グリーン関数法による加速度・速度・変位記録のシミュレーション（右）。


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