課題番号:1206

平成18年度年次報告

(1)実施機関名

東北大学大学院理学研究科

(2)研究課題(または観測項目)名

宮城県沖地震の発生過程の解明

(3)最も関連の深い建議の項目

(4)その他関連する建議の項目

(5)本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と、それに対する平成18年度実施計画の位置付け

 5ヶ年の到達目標は、宮城県沖地震の震源域周辺において、地震および地殻変動の海底観測の重点的な推進と陸上観測網の充実、そして海陸データの有機的な統合によって発生準備過程にある地震の高度なモニタリングを実現するための方法論の基礎を確立することにある。本研究では、宮城県沖地震の発生過程をモニタする手法として、GPS観測と微小繰り返し地震(相似地震)観測の統合による、準静的すべりの時空間発展の(準)リアルタイムな把握を試行する。さらに、宮城県沖地震の震源域周辺における海底地震観測を継続し、震源分布と地震波速度構造の高精度・高分解能化を図る。

(6)平成18年度実施計画の概要

 準静的すべりの時空間発展の準リアルタイム・モニタを実現するために、GPS観測および相似地震観測のデータを準リアルタイムで処理するためのシステムの開発と実用化のための改良を継続して進める。本学では陸上GPS観測点の増強を、宮城県内を中心とした地域で平成15年度に行っており、これらのデータと従来の観測点およびGEONETのGPSデータとの併合解析を進め、それにより得られる地表の変位速度場を用いた逆解析を高度化し、プレート間すべり分布の時空間変化を即時的に検知できるようなシステムの開発を目指す。具体的には、2003年十勝沖地震震源域周辺において余効すべりの時空間的発展を捉えることに成功したインバージョン手法を改良し、相似地震解析で推定されたプレート境界面上の準静的すべりを先験的情報として与えられるようにする。また、リアルタイム収録されている地震波形データから相似地震を同定し、その位置とすべり量を高精度準リアルタイムで推定するための自動処理手法の開発にも着手する。
 宮城県沖の海域における自己浮上式海底地震計を用いた繰り返し観測による微小地震観測を継続して実施し、既存のデータと併せて解析を進めることにより、プレート境界近傍における地震波速度の分布の詳細を解明するとともに、アスペリティ周辺に発生するプレート内地震の活動度の実態解明を目指す。

(7)平成18年度成果の概要

 2005年8月16日に発生した宮城県沖での地震に関して、GEONETならびに東北大の観測網双方のGPS連続観測データから得られた変位時系列を用いてインバージョン解析を行い、プレート間すべりの時空間発展を推定した。GPSデータの解析にはGIPSY-OASISIIを、時間依存インバージョンにはYagi and Kikuchi(2003)の手法をそれぞれ用いた。GPSデータから得られた変位時系列データからは、長期的トレンド、年周・半年周成分を除去してある。固定点はGEONETの飛島とした。また、2005年12月2日の最大余震(マグニチュード6.6)によるコサイスミックな変動の影響を避けるため、本震〜最大余震・最大余震〜2006年7月の二つの期間に分けて解析を行った。
 図1a)およびb)にそれぞれの期間におけるすべりの積算値を示す。プレート境界面上におけるすべり量の分布をカラースケールで示すが、すべりの方向が北から時計回りに0〜180度のものを正値、それ以外を負値としている。大きな星で本震の震央を示し、その南東側の小さな星印が最大余震、北側のものが2005年12月17日に発生したマグニチュード6.1の余震のそれぞれの震央である(気象庁による)。
 最大本震前後それぞれの期間に非地震性すべりによって解放された地震モーメントは、それぞれ、Mo(モーメント)イコール3.68かける10の19乗Nm(ニュートンメートル)(Mw(モーメントマグニチュード)6.98相当)とMo(モーメント)イコール3.19かける10の19乗Nm(ニュートンメートル)(Mw(モーメントマグニチュード)6.93相当)になった。両期間をあわせると、6.88かける10の19乗Nm(ニュートンメートル)(Mw(モーメントマグニチュード)7.16相当)となり、本震とほぼ同程度の歪みが非地震性すべりで解放されたことになるが示された。なお、ここでの地震モーメントの計算では、赤枠で囲んだ範囲内のすべりを積算している。
 図1で灰色の実線で示してあるのはYamanaka and Kikuchi(2004)による1978年(西側)および1981年(東側)の宮城県沖地震それぞれのアスペリティである。1930年代に宮城県沖で発生した3つのマグニチュード7級の地震、1978年の地震、と2005年の地震の余震分布や本震時すべり量分布の研究からは、1978年の地震が複数のアスペリティの複合破壊である一方、2005年の地震は1978年の際に破壊されたアスペリティのうちの一つがだけが再び破壊したものであることが明らかとなった(課題番号1204参照)。

図1.陸上GPS観測網のデータ解析により推定された2005年宮城県沖地震の震源域周辺におけるプレート間すべりの空間分布。(a)8月16日の本震発生後から最大余震(マグニチュード6.6)が発生する前(11月30日)までの期間の地震時すべり量分布。(b)最大余震発生から2006年7月16日までのすべり分布。灰色のコンターはYamanaka and Kikuchi(2004)による1978年および1981年宮城県沖地震のすべり量分布。大きな星印は2005年の地震の本震位置、小さな星は12月2日の最大余震(南側)および12月17日に発生したマグニチュード6.1の余震の震央(北側)。

 こうしたアスペリティ分布と2005年の地震直後に発生した余効すべりの範囲を比較すると、最大余震が発生するまでの期間では、8月16日の本震によって再破壊した1978年の地震のアスペリティの南東端で始まった非地震性すべりが、南西側へ伝播していったことをみてとることができる。この期間での非地震性すべりの積算値の中心は1978年の地震のアスペリティの南端付近となる。最大余震発生後の期間においては、12月17日の余震の東方からゆっくりすべりが始まり、南東側へ伝播していくような時空間変化が推定され、積算値で見るとちょうど1978年の地震と1981年の地震のアスペリティの中間に中心が求まった。
 なお、解析領域北側では一貫して西向きのすべりが推定されているが、これは、北東北沖でプレート間カップリングが回復過程にあるとされていて、その影響が出ているものと考えられる。これらの結果から、2005年の宮城県沖地震では1978年の地震のアスペリティの一部が破壊されたあと、その周辺で非地震性のすべりが発生・伝播し、本震で破壊を免れた領域は引き続き強く固着していることが示唆される。
 宮城県沖においては、東京大学地震研究所および気象庁地震火山部と共同で長期繰り返し海底地震観測を平成14年度以来行っており、本年度もこの観測を継続して実施した。今年度は、こうした海底地震観測データを用いた2005年8月16日に宮城県沖で発生したマグニチュード7.2の余震活動に関する研究を継続して行った。図2は、本震とその発生後の2.5ヶ月間に発生した余震の震源分布である。この期間を通してほとんどの余震は本震の震央の周囲20かける25キロメートルの範囲のプレート境界面と考えられる面上に集中して発生している。この活発な余震活動の範囲は、本震の地震波形から推定された破壊域の広がり(Yaginuma et al.,2007)と良い一致を示す。一方、本震発生から2週間の間に続発した2つのマグニチュード6.3の地震(8月24日と8月31日)の震源およびその余震は、再決定された深さからプレート境界面近傍で発生したものと考えられるが、8月16日の本震の震源や破壊域とは遠く東側にあって、1981年の地震の破壊域の北東側に分布する。

図2.海底地震観測データを用いて再決定された2005年の宮城県沖地震の本震および余震の震源分布(8月16日〜10月31日)。黒シンボルが再決定による震源で,灰シンボルは気象庁一元化処理によるもの。十字印は震源再決定に用いた観測点の位置。地図中のコンターはYamanaka and Kikuchi(2004)による1978および1981年宮城県沖地震のすべり量分布。断面図中の太実線はZhao et al.(1997)によるプレート境界面。

 余震の発震機構解は、多くが本震と同様な低角逆断層型であるが、それとは異なるタイプのものも含まれている。特に、本震の破壊域の東縁では、節面の走向方向は本震と同様であるが、傾斜角が大きく異なる高角逆断層型の地震が数多く発生している(図3)。こうした地震は、低角逆断層型の発震機構解をもつものに比べわずかに浅い震源をもつ傾向にあり、上盤側のプレート内で発生しているものと推定される。おそらく、本震のすべりに伴う応力変化によって励起された地震活動であろう。

図3.P波初動押し引き分布を用いて推定された本震および余震の発震機構解とその空間分布。余震の発震機構解は震央位置に下半球投影で示した。コンターはYaginuma et al.(2007)による本震時すべり量の分布。星印は本震の震央。

(8)平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物(論文・報告書等)

(9)実施機関の参加者氏名または部署等名

藤本博己・長谷川昭・海野徳仁・日野亮太・三浦哲・松澤暢・西野実・内田直希・他

他機関との共同研究の有無


東京大学(金沢敏彦・他4名)、気象庁(青木元・他4名)、海洋科学技術開発機構(金田義行・他3名)

(10)問い合わせ先