十勝沖地震震源域の強度回復過程と根室沖地震の発生予測に向けた準備直前過程の総合観測研究

平成20年度年次報告

課題番号：1003

（1）実施機関名：

　北海道大学大学院理学研究院

（2）研究課題（または観測項目）名：

　十勝沖地震震源域の強度回復過程と根室沖地震の発生予測に向けた準備直前過程の総合観測研究

（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.（2）エ．地震発生サイクル
1.（2）ウ．地震発生直前の物理・化学過程
3.（2）ボアホールによる地下深部計測技術の開発と高度化

（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20年度実施計画の位置付け：

　本計画は次の2つの柱からなっている。1）根室沖地震に対する準備直前過程の観測研究、2）2003年十勝沖地震の余効変動観測。1）では、GPS観測や地震活動データによる根室沖の詳細なプレート間固着状態の調査、固着状態の変動によりもたらされる地殻ひずみを高精度なボアホールひずみ計によって計測すること、また、力学的手法ではなく電磁気学的手法（ピエゾマグネ）による応力モニタリング法の開発および電磁気モデル作成のための構造調査、がある。これらを統合して、現在の根室沖の力学的状況を明らかにし、次の地震に至るその変化の観測的研究を実施する。同時に、b‐値の変化にも注目して、2つの領域、大地震の発生した領域（十勝沖）の回復過程と、次の大地震が準備されている領域（根室半島沖）の差についても検討を進める。2）では、発生した地震によって急激にすべった断層面の固着度回復過程、およびすべりの拡散・伝播過程をGPS観測を中心にして捉える。このデータから、1つの巨大地震の高速すべりの減衰様式・拡散様式を始めから終わりまで明らかにし、地震発生モデルの高度化に資する。
　このような目標の下、20年度も地震、GPS、電磁気観測を継続し、根室半島沖地震の準備過程を調べることを中心に進める。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　地震、GPSのデータから根室半島沖地震の準備過程について引き続き調べる。特に、十勝沖地震前と類似の地震発生パターンの変化に注目し、プレート間の固着状態の変化を注意深く観測する。北海道東部の地殻変動連続観測点の、根室・厚岸・弟子屈・浦幌・広尾のデータに基づき、歪変化と余効変動の関連を調査する。GPSによる変位変化との関係を調査する。厚岸、根室地域の地磁気観測データの変化にも注目し、応力状況の変化を調べる。この観測の電磁気モデル作成のための地磁気強度分布調査を厚岸、根室地域で実施する。また、昨年から実施している能動的なFM電波の伝播異常の観測も継続する。

（7）平成20年度成果の概要：

　十勝・根室沖地域の詳細な震源分布と地震活動状況を調査するために，微小地震観測を継続し，気象庁およびHi‐netとの併合処理を行って震源を決定することを引き続き行った．その中で9月11日に2003年十勝沖地震の震源とほぼ同じ場所でM7.0の地震が発生した．この地震前後の地震活動の変化を詳細に調査した結果，本震の南東10kmの地点で，2ヶ月前に前震と考えられる活動が発生していたことが明らかになった．このほぼ同じ場所では，2003年十勝沖地震の2年前からも，ほぼ同じ場所で前震と思われる活動が確認されている．この活動は，ほとんど地震活動が無かった場所での特異な活動であった．上記の観測事実と，1952年および2003年十勝沖地震の震央（断層すべりの始まりの地点）はほぼ一致することは，この付近が地震発生を誘発するような周辺とは異なった構造的異常となっている可能性を示唆する．また，GPSおよび地殻変動連続観測の結果からは，2003年十勝沖地震の余効変動がほぼ終了し，十勝沖でのカップリングが再度はじまりつつある可能性が示唆されている．これは，十勝沖のようにプレート境界のやや深い部分をすべり域とした地震の固着回復の時定数が5年程度であることを示唆しており，1994年三陸はるか沖地震の強度回復が10年程度を要したことを考えると，プレート境界の深さの違いによりその強度回復様式が違う時定数をもつような現象である可能性を示唆している．
　なお，電磁気関係の成果については1006にまとめて記載してあるので，そちらを参考にしてください．

（8）平成20年度の成果に関連の深いもので、平成20年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）

特になし．

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

1．地震活動の空間パターンとアスペリティとの関連に関する研究
　北海道大学および気象庁の地震カタログを用いて、山中・菊地（2001）やYamanaka and Kikuchi（2003）で示された十勝沖・根室沖のアスペリティ分布と地震活動の比較を行った。十勝沖では、Yamanaka and Kikuchi（2003）での2003年十勝沖地震のアスペリティの領域が、定常的に地震活動が低い場所と一致していることがわかった。この場所は、周辺を地震活動が高い領域に囲まれるように存在している。この特徴は、北海道大学地震カタログからのみ確認され、気象庁カタログとの検知能力の違いがその要因と考えられる。この低活動域の時空間分布図からは、時間的に変動するような地震活動の変化はみられず、2003年地震の前にも特に顕著な地震活動の変化は見られていない。また、この領域を取り囲む活動度の高い領域でも同様に時間依存するような活動度の変化は認められなかった。根室沖についても同様に調べてみたところ、山中・菊地（2001）で与えられたアスペリティ内部での地震活動度は極めて低いことがわかった。また、2004年に発生した釧路沖（浜中沖）の地震（マグニチュード7.1）の震源域でも、そのアスペリティ（山中，2004）は低地震活動域に位置し、それを取り囲むような高地震活動域が存在することが分かった。また、根室・十勝沖の海溝軸に近い領域には、長さ300キロメートルに及ぶ巨大な低地震活動域がある。この領域は、このデータとは独立に地震調査研究推進本部により津波のデータを基に推定された、沿岸部に巨大な津波をもたらす500年間隔地震の想定断層とほぼぴったり重なっている。このことは、地震活動域が低い領域は将来のアスペリティとなりえる可能性を示したもので、重要な発見である。
　このようなアスペリティと地震活動の棲み分けは、アスペリティと余震活動の関係においてはすでに永井他（2001）やYamanaka and Kikuchi（2004）などで指摘されているが、北海道の太平洋沿岸部での観測データはこの関係が定常地震活動においても成り立つ可能性を示している。以上のような低地震活動パッチがアスペリティに一致しているという特徴は、地震活動度の空間分からある程度アスペリティの場所と大きさを推定できる可能性を示している。しかし、マグニチュード7のアスペリティでもその大きさは20キロメートル*20キロメートル程度であり、使用する地震カタログは必要とされるアスペリティの大きさ以上の空間分解能を有している必要はある。
　このような地震活動度の空間的な相違をもたらしているような要因に関しては現在のところよくわからないが、三陸沖で指摘されているようなプレート境界面の物質や海山のような地形などがその候補としては考えられる。今後は、三陸沖で行なわれているような低活動域と高活動域の構造の違いを推定できるような観測を行う必要があろう。特に、北海道で最大の地震活動度の低い領域である十勝沖から根室沖にかけてのトレンチ軸付近は、aseismicなのか、あるいは1896年三陸津波地震のようなイベントを起こす能力があるのかは重要な問題であり、重点的な観測を実施する必要があるだろう。

 

Fig. 1 地震回数の積算頻度分布と2003年十勝沖地震のアスペリティの空間的関係．アスペリティはYamanaka and Kikuchi （2003）による．アスペリティは定常的に地震活動度の低いパッチに相当する．

 

Fig. 2 地震回数の積算分布と2004年釧路沖（浜中沖）地震のアスペリティとの関係．アスペリティは山中（2004）による．2004年の地震は，定常的に地震活動が低いパッチを埋めるように発生した．

2．2003年十勝沖地震の歪地震動解析
　2003年9月26日の十勝沖地震（Mw（モーメントマグニチュード）8.0）前後の歪変化を，震源に近い太平洋岸に位置する5観測点（MUJ，ERM，MYR，URH，AKK）について，1Hz（ヘルツ）サンプリング・18ビット量子化による歪データを基にして，2002年～2007年までの長期変化，9月25日から28日までの4日間の変化，そして本震の歪地震動記録を整理した。直前の変動は検知能力（～10‐8_日）を超える変動は観測されなかった．しかし余効変動は，地震直後から2年間わたる変化まで記録している．

　北海道大学で設置している歪計は、1Hz（ヘルツ）でサンプリングされているので，地震時の変化をより詳細に見ることができる．左図は，MYR（広尾）の記録であり，1Hz（ヘルツ）データによる9月26日05時48分00秒から15分間の歪変化である．右図（b）は，05時50分からの2分間の記録である．横軸の数字は，05時48分からの秒数であり，1目盛りが1分間に相当する．縦軸の単位は，10‐6ストレインであり，1目盛りは，10x10‐6である．初動からゆっくりした大きな歪変化が進展しているが，これが断層の拡大に伴う震源域での歪変化に対応するものである．05時53分からのデータの欠けは，停電によるものである．MYRは，本震の破壊開始点からは100キロメートルの距離にあるが，断層の端は，MYR観測点の直下まで及んでいる（Honda et al., 2004）．どちらの観測点でも，最大振幅（～3x10‐5）まで飽和せず，断層運動の全てを完全に記録している．MUJ,MYR観測点では，本震の1時間18分後に発生した最大余震の歪地震動も記録していた。Mw（モーメントマグニチュード）8.0の歪地震動を近地（破壊開始点から100キロメートル以内）において，飽和することなく記録できたことは，世界で始めてである．歪変化は，断層の成長に対応しており，最大余震との比較からも，歪の時間変化をみることにより，その地震規模の推定がリアルタイムで可能であることを示していると言える．これは，津波予測には重要な情報になると言える．

 

Fig. 3 2003年十勝沖地震の広尾観測点での歪地震動記録．

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

笠原稔・茂木透・谷岡勇市郎・高橋浩晃

（11）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先：

　部署等名：北海道大学大学院理学研究院地震火山研究観測センター
　電話：011‐706‐3591
　e‐mail：mkasa@mail.sci.hokudai.ac.jp
　URL：http://www.sci.hokudai.ac.jp/grp/isv/isv‐web/