北海道内陸活断層での歪・応力集中メカニズムの解明

平成20年度年次報告

課題番号：1005

（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：

　北海道内陸活断層での歪・応力集中メカニズムの解明

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1．（2）イ　内陸地震発生域の不均質構造と歪・応力集中機構

（4）その他関連する建議の項目：

　1．（3）ア　断層面上の不均質性

（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：

　活断層・歪集中帯の物理特性とその生成メカニズムを明らかにするため、次のような観測研究を実施する。（ア）稠密GPS観測による歪の時空間変化、断層深部のすべり様式の解明。（イ）広帯域MT観測による活断層・歪集中域の詳細な比抵抗構造探査。（ウ）高密度地震観測による地震発生層の深さ下限の高精度推定。5ヵ年の計画で、跡津川断層地域の共同研究および道北地域の北大を主体とした観測とを実施する。以上のような目標の下、20年度は、主としてこれまでの地震、重力、電磁気観測結果をもとに地震発生地域の地下構造解析およびテクトニクスとの関連について研究をすすめる。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　十勝沖地震後のGPS観測により歪が集中している弟子屈地域について、過去の震源地域の理科構造の特徴、そのテクトニクスとの関連について研究する。特に，下部地殻にウイークゾーンが存在するかどうかを検証する観測を行う．また，同様の研究を留萌支庁南部地震地域においても進める。また、道北地域については、これまでのデータに加えてMT観測や重力観測を行い、地震発生地域や活断層地域の地下構造について研究を進める。

（7）平成20年度成果の概要：

  屈斜路地域のGPS観測は継続しているが、2003年十勝沖地震以降、厚岸からこの地域にかけて歪が蓄積している傾向が見られる。
　また、前年度得られた弟子屈―屈斜路地域の3次元比抵抗構造について検討を進めたところ、背弧側の大きな低比抵抗構造からこの地域にのびる低比抵抗構造は、屈斜路湖よりも西側においたほうがデータをよく説明することがわかった。このような低比抵抗構造は、異常な位相データを生じるが、それがまた構造を決める制約条件になることも指摘された。

図：弟子屈―屈斜路地域の3次元比抵抗構造

（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）：

Ichihara, H., R. Honda, T. Mogi, H. Hase, H. Kamiyama, Y. Yamaya and Y. Ogawa,2008, Resistivity structure around focal area of the 2004 southern Rumoi‐Nanbu Earthquake （M6.1） , Earth Planets Space, 60, 883‐888, 2008.
Ichihara, H., T. Mogi, H. Hase, T. Watanabe and Y. Yamaya,2008,Resistivity and density modelling in the 1938 Kutcharo earthquake source area along a large caldera boundary. Earth Planets and Space, in press.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　本課題は、内陸地震の全国共同観測に関連している。今期5ヵ年中に2004年中越地震、2004年留萌支庁南部地震、2005年福岡西方沖地震、2007年能登半島沖地震、中越沖地震、2008年宮城岩手内陸地震等の内陸大地震が発生したが、それぞれの地震の共同観測に参加して、余震観測、地殻変動観測、電磁気観測を行った。
　また、北海道内では、歪が集中して内陸大地震の発生が予測される弟子屈地域を中心に研究をおこなった。まず、2003年十勝沖地震の断層運動による静的応力変化が、北海道東部の活断層や地震活動帯に及ぼす影響について定量的な考察を行った。この結果、誘発地震活動が発生した領域では、そうでない地域にくらべて、クーロン破壊応力変化の増加がおおきかったこと、また、クーロン破壊応力変化の大きな領域でも定常的な地震活動度が低い領域では誘発地震が発生しなかったことが明 らかになった。これは、既存の弱線の存在が地震発生の閾値をコントロールしている可能性を示す結果である。
　沈み込む太平洋プレートに伴って発生しているやや深発地震に対して、グーテンベルグ・リヒターの関係式のb値を調べると、その空間分布は一様ではないことが分かる。b値の大きな場所は、北海道東部では、火山フロントの直下ではなく、背弧側に数10km寄ったところに存在する。太平洋プレートからの脱水反応やマグマの生成によってプレート上面付近のpore pressureが上昇し、法線応力が減少した結果、b値の大きな地震が発生していると考えると、高b値異常域はこれら液相の主要な発生源に対応していることになる。また、沈み込む太平洋プレートからの脱水反応は、活断層深部への水の供給源として注目されている。3次元地震波速度構造の解析結果によると、北海道東部のマントルウェッジには、東北地方では見られないようなP波の低速度域が存在する。これは東北地方よりも多量の水が脱水反応によって地殻下部に供給されている可能性を示唆する。この多量の水と北海道東部でM6クラスの内陸地震が頻発していることと関係があるかも知れない。
　北海道東部の弟子屈町周辺は、1938年および1950～60年代にM=6クラスの内陸地震が集中的に発生した内陸地震発生域である。最近のGPS連続観測から弟子屈地域において2003年十勝沖地震以降にも⊿CFF値の増加が報告されており、国土地理院のGEONETなどによると、この地域は地殻変動の境界部である可能性が高く、歪集中帯であることが示唆される。また、前回の地震活動期が1952年十勝沖地震から約10年後であったことを考えると、この地域において内陸地震が発生する可能性が高まっていると考えられている。
　弟子屈地域周辺における重力観測は、国土地理院（2002）、山本・石川（2003）、NEDO（2004）、および日本地熱資源開発促進センター（私信）によって行われている。したがって、これらのデータを読み取り、本年度行った観測のデータとあわせて独自のデータベースを作成した。得られたブーゲー異常図を図1に示す。これによると、調査地域におけるブーゲー異常値は25～110mGalである。重力異常構造の概要について述べると、屈斜路カルデラには円形の低重力異常域が分布し、カルデラ中央部で最も低い25mGalとなる。この低重力異常は、カルデラの形成（中～後期更新世）後に覆った密度の低い堆積物が原因となったと推定されている。ブーゲー異常図の中央部をENE‐SWS方向に横断する高重力異常帯は、阿寒‐知床火山列の分布域と一致する。その南部では急に異常値が小さくなり、弟子屈南方で極小（60‐70 mGal）となるが、それより南部へは異常値が大きくなり、日本国内最大のブーゲー異常帯（約230mGal）である釧路‐根室へ連続する。なお、太平洋沿岸から阿寒―知床火山列間における重力異常分布は、N20ﾚ Eに走向を持つ一次元性高い分布を示す。
　広帯域MT法探査は平成17年6月に行い、計30点の観測点を設置した。測点は3次元解析を念頭に30×30kmの範囲において6行5列のグリッド状に配置した。また、調査範囲は阿寒―知床火山列と根釧原野を跨いでいる。 1観測点につき2日から5日間にかけて観測を行った。良好なシグナルが得られた期間は短かったが、ノイズの少ない良好なデータが得られた。このデータから2次元インバージョンにより、各測線沿いの比抵抗構造を求めた。
　地質分布、重力分布、比抵抗分布を比べたものを図2に示す。その結果によると、地質構造と比抵抗構造に良い対応関係が見られる。すなわち、中新世の安山岩が分布する地域は高比抵抗体として、中新世以降の堆積層の分布する地域は低比抵抗体としてイメージされた。上述の安山岩は、阿寒‐知床火山列下に分布し、1938年の推定地震断層を境界として、右横ずれに切られるような形状を示すことが明らかとなった。安山岩体に起因すると考えられる高重力異常帯も右横ずれに切られるような形状を示す。ただし、現在の断層は左横ずれと推定されている。いずれにしても、内陸地震発生帯が物質・物性的性質の変化が大きい地域に分布することは明らかである。
　1938年5月29日に発生した屈斜路地震（M6.1）では地震断層が地表に現れた。地震直後、断層変位の調査や余震観測等の調査は行われたが、地下構造探査はあまり行われていなかった。北海度大学では、平成17年から重力探査、MT探査により弟子屈地域の地下構造を調べてきた。本年度は、計画に従い、屈斜路地震断層でのAMTおよび電気探査を行った。その結果、断層を境に北東側の地層が落ち込んでいるようすが明らかになった。周辺の重力探査の結果と合わせて考えると、屈斜路カルデラを形成した断層群の一部が活動したと考えられる。この結果は、火山地帯との境界に位置する弟子屈地域の内陸地震発生の場の特徴を表すものと考えられる。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　北海道大学：茂木透、高橋浩晃、一柳昌義、本多亮，山谷祐介
　他機関との共同研究の有無：　有
　東京大学地震研究所　市原寛

（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・地震火山研究観測センター
　電話：011‐706‐2643
　e‐mail：mogitisv@mail.sci.hokudai.ac.jp
　URL：http://www.sci.hokudai.ac.jp/grp/isv/isv‐web/