平成18年度年次報告

（1）実施機関名

独立行政法人海洋研究開発機構

（2）研究課題（または観測項目）名

固体地球統合研究

（3）最も関連の深い建議の項目

• 1（2）ア．プレート境界域における歪・応力集中機構

（4）その他関連する建議の項目

• 1（1）イ．列島規模のプレート内の構造と変形
• 1（3）ア．断層面上の不均質性
• 1（3）イ．地震波動伝播と強震動予測
• 1（4）ア．摩擦・破壊現象の物理・化学的素過程
• 1（4）イ．地殻・上部マントルの物質・物性と摩擦・破壊構成則パラメータ
• 2（1）ア．日本列島域
• 2（1）イ．特定の地域
• 2（2）ウ．東南海・南海地域
• 2（2）エ．その他特定の地域
• 3（3）地下構造と状態変化をモニターするための技術開発と高度化

（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ヶ年の到達目標としては、地震波・電磁気等による地球内部構造のモニタリング、沈み込み帯等の岩石試料の物性分析、プレート構造解析と海溝型地震の発生力学、堆積物試料の精密解析、これら分析・解析手法の高度化など、地球内部の動的挙動（ダイナミクス）に関する調査観測と実験の結果に基づきマントル・プレートの動的挙動の数値モデルを開発すると共に、これらの研究を通じて、巨大地震、火山噴火、津波などの災害を発生させる地球変動メカニズムの解明及び予測への貢献を目指す。
　特にプレート挙動解析研究領域では、プレートの運動による海溝型地震や地殻変動等の動的過程を理解するため、プレート沈み込み帯の構造を探査する。この結果とプレート境界域の物質研究等に基づき地殻活動モデルを開発する。具体的には、

• a　南海トラフにおける巨大地震発生過程を規定する構造要因の抽出および伊豆小笠原弧域等のプレート沈み込みに関わる知見の蓄積のため、制御震源を用いた反射法や屈折法構造調査等により、南海トラフ周辺のフィリピン海プレートについて深さ約30キロメートルの範囲で、伊豆・小笠原弧域等について深さ約20キロメートルの範囲で、地殻構造を探査する。
• b　温度数10〜600度、圧力数10〜800MPa（メガパスカル）程度のプレート境界域の岩石の物性、力学的挙動、物理化学過程について研究を行う。
• c　aおよびbの結果を反映して広さ約600キロメートル300キロメートル、深さ約50キロメートルの範囲で地殻構造を数値化し、「地球シミュレータ」を用いてプレート挙動に関する数値実験を行う。この成果を用いて、時空間スケールの異なる現象を扱うプレート挙動モデルの開発を進める（中期計画「プレート挙動解析研究」より）。

　平成18年度は、昨年度に引き続き、プレートダイナミクスを理解するためにプレート沈み込み帯を中心とした地殻構造調査研究を実施する。また、フィールド調査、試料分析、室内実験など地震発生帯の物質科学研究を推進し、構造研究やモデリング研究と共同してプレートダイナミクスのミクロ-マクロ現象の統一的な理解を図る。更にモデリング研究においては、観測データの解析や複雑な現象のメカニズムの解明を目的として、地球シミュレータなどを用いた大規模高速計算によるシミュレーションを行う。

（6）平成18年度実施計画の概要

　文科省よりの受託研究「東南海・南海地震の想定震源域におけるプレート形状等を把握するための構造調査研究」として南海トラフ域において構造調査研究を実施するとともに、これまでの探査結果に基づいて海溝型地震発生過程を規定する構造要因の抽出を推進する。また、スマトラ津波・地震発生域において、詳細な破壊域の広がりと地震活動の推移を把握するために、長期余震観測を実施する。
　また、四万十付加体を対象とした断層岩研究と実験を柱として、フィールド調査、地すべり地帯におけるボーリング試料の分析、および圧密・剪断実験などにより、地震発生帯の物質科学研究を行なう。
　モデリング研究では、地球シミュレータを活用した地震発生サイクルシミュレーション等の研究を推進するとともに、昨年度新たに開発したソフトウェアを活用して境界面挙動についての基礎研究を進める。
　これらの各研究結果の統合化により、プレート沈み込み帯におけるミクロ-マクロ現象を統一的に理解するモデルの構築を図る。

（7）平成18年度成果の概要

　地殻構造研究では、文部科学省からの受託研究「東南海・南海地震におけるプレート形状等を把握するための構造調査研究」により南海トラフ広域地震探査、稠密反射法探査を実施した（図1）。一方、紀伊半島沖での構造探査の結果から海洋地殻から延びる分岐断層の形状を屈折法探査データからイメージングし、観測波形の振幅変化から断層内に低速度物質が存在することを明らかにした（図2）

図1。熊野灘から東海沖にかけての地震探査測線。11月〜12月にかけて実施した。HQ0601測線はJamstec実施の観測機器機能向上に関わるデータ取得測線。

図2．紀伊半島東方沖で屈折法探査によって得られた地震波速度構造および反射面分布。屈折法探査データから分岐断層のイメージングに成功した。

　地震発生帯メカニズム研究では、地震発生深度で発達した四万十付加体の断層岩解析を推進し、地震時の断層すべり挙動の解明ならびに最大応力評価法の開発等を実施した。主な成果として、海溝型地震においてイライトに富むすべり面が摩擦溶融すると、断層の強度は劇的に低下して、破壊伝播を促進させることが明らかとなった。また、岩石が見かけの弾性変形する時に相対的に弱い方解石がミクロに塑性変形するため、これが歪みマーカーとなり、これを多点分析することで、岩石が受けた応力を復元できることを岩石実験と数値実験から明らかにした（図2）。

図2DEMによるシミュレーション（左）によると、岩石内部の応力分布は局所的には複雑だが、多点の応力を平均化することで全体にかかっている応力を代表できる。実際の三軸圧縮試験による岩石内部の応力分布（右）。

　プレート挙動モデリング研究では、西南日本に沈み込むフィリピン海プレートの三次元形状を考慮した地震発生サイクルのシミュレーションを行った。その結果、形状を考慮しない場合とは異なる地震発生パターンが得られた。このモデルでは歴史地震に見られるパターンはまだ再現されていないが、強度回復時間を短くする必要があることが示唆された（地球シミュレータを用いた地震発生サイクルシミュレーションのその他の成果については、関連研究課題番号：東京大学地震研究所1411・名古屋大学1704を参照）。また、津波データインヴァージョンにより、1968年日向灘地震では地震時のすべり域よりも深い側で津波の波源となるすべりがあったことを示すとともに、それが地震波を励起しないゆっくりしたすべりである可能性も示した。さらに、岩石化の素過程モデルを組み込んだ個別要素法に基づくシミュレーションにより、付加体の形成メカニズムを調べた（図3）。

図3個別要素法を用いた負固い形成シミュレーション結果。層厚の違い（右は左の2倍）によって、付加体の発達度や形状が異なり、グローバルに見られる傾向と一致している。

（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）

• Hori, T., H. Sakaguchi, N. Yoshioka, Y. Kaneda, Shear resistance reduction due to vibration in simulated fault gouge, in “Radiated Energy and the Physics of Earthquake Faulting”, ed. by R. E. Abercrombie, A. McGarr, G. Di Toro, and H. Kanamori, Geophyscal Monograph Ser., 170, AGU, Washington D.C., 135-142, 2007.
• Baba, T., P.R. Cummins, T. Hori, and Y. Kaneda, High precision slip distribution of the 1944 Tonankai earthquake inferred from tsunami waveforms: Possible slip on a splay fault, Tectonophysics, 426, 119-134, 2006.
• Hori, T., Mechanisms of separation of rupture area and variation in time interval and size of great earthquakes along the Nankai Trough, southwest Japan, J. Earth Simulator, 5, 8-19, 2006.
• Kodaira, S., T. Hori, A. Ito, S. Miura, G. Fujie, J.O. Park, T. Baba, H. Sakaguchi, Y. Kaneda, A possible giant earthquake off southwestern Japan reveled from seismic imaging and numerical simulation, J. Geoph. Res., 111 ,B09301, doi:10.1029/2005JB004030, 2006.
• 氏家恒太郎・山口飛鳥・木村学・久光敏夫・平朝彦，プレート境界断層が海溝から地震発生深度にかけて発達する際の流体挙動．地学雑誌，115，353-366，2006
• Ujiie, K., H. Yamaguchi, A. Sakaguchi, S. Toh, Pseudotachylytes in an ancient accretionary complex and implications for melt lubrication during subduction zone, J. Struct. Geol., 29, doi:10.1016/j.jsg.2006.10.012., 2007.

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

地球内部変動研究センター

（10）問い合わせ先

• 部署等名：経営企画室企画課
• 電話：046-867-9212
• E-mail：
• URL：http://www.jamstec.go.jp/
  （※独立行政法人海洋研究開発機構ホームページへリンク）