広域応力場モニタリング法の開発

平成20年度年次報告

課題番号：1009

（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：

　広域応力場モニタリング法の開発

（3）最も関連の深い建議の項目：

　2（2）ア．地殻活動モニタリングシステムの高度化‐日本列島域

（4）その他関連する建議の項目：

　1（2）ア．プレート境界域における歪・応力集中機構
　1（2）イ．内陸地震発生域の不均質構造と歪・応力集中機構

（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：

　地表近傍だけでなく微小地震が発生している深部地殻をも含む領域における応力の時間・空間変化を予測することが本計画の目標である．最終的には10km立方程度の空間グリッドを地殻・上部マントル内に設定し，各グリッドにおいて10年ごとの応力テンソルの変化を推定したい．
　有限要素法などを用いたプレートや地殻の変形に関する従来の研究は，対象領域の外側から外力を加えて内部応力を計算し，地震活動度や震源メカニズム解などの観測値をうまく説明できるかどうか議論していた．しかしこのようなアプローチでは実用的な応力場の推定は不可能であった．本計画では地震活動度や震源メカニズム解等を用いて逆解析を行い，対象領域の境界に作用する外力を推定することを考える．そして求められた外力が作用し続けたと仮定して，内部応力が時間的・空間的にどう変化するか予測する．
　平成16年度鳥取県西部地震の余震域での主応力空間パターンの推定、外力を推定するための逆解析手法の理論的研究、平成17年度鳥取県西部地震の余震域での主応力空間パターンの推定、外力を推定するための逆解析手法の理論的研究、平成18年度応力の3次元分布を推定する方法の改良と応用、平成19年度微小地震活動から応力変化を推定することを試みる、平成20年度手法の妥当性の総合的検討。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　昨年度までの結果をまとめ、微小地震カタログデータや地震メカニズムデータを用いて応力変化をモニタリングし、最終的に予測につなげる手法としての可能性を総合的に検討する。

（7）平成20年度成果の概要：

　応力変化モニタリングのため、時間・空間的に均質な微小地震カタログの作成を行った。まず、東京大学地震研究所の関東甲信越地域の微小地震観測点の中から観測条件が1994年以降変化していない21点を選択した。気象庁一元化震源カタログから以下の条件を満たす地震を選択し、その地震に対応するイベントトリガ波形を地震研究所のCD‐ROMまたはDVDから一つ一つコピーした。（1）期間1994年1月1日から2007年12月31日まで、（2）規模M3.0以上、（3）領域北緯33度から38度まで、東経136度から142度まで。平成20年度はM4.0以上の地震、約1600個の再検測作業を実施した。

（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）：

なし

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

●2003年十勝沖地震前の地震と余震に応力テンソルインバージョン法を適用
　本震の前後で応力テンソルが大きく変化していたことを明らかにした．最小主応力軸は地震前には走向が海溝軸に平行でほぼ水平であったが，地震後は本震の断層面に垂直な方向に変化した．一方最大主応力軸は地震前後で変化がなく，ほぼプレートのdown‐dip方向であった．本震発生によって断層面に作用する法線応力が低下したことを意味する．

●応力テンソルインバージョン法と微小地震活動度を併せて用いることにより広域応力場を推定
　具体的な解析手順は1．～5．の通りである．

　1．応力テンソルインバージョン法は，多数の地震のメカニズム解等を用いて，最大・中間・最小の3つの主応力軸の方位角と傾斜角，および3つの主応力の相対値を表すR値を推定する方法である．ここで3つの主応力をσ1>σ2>σ3とすると，
R = （σ1‐σ2）/（σ1‐σ3）　（1）．
 応力テンソルインバージョン法だけでは，σ1，σ2，σ3の絶対値を推定することは原理的に不可能であるが，主応力に関して別の物理的仮定を導入することにより絶対値の推定方法を考える．

2．3つの主応力の平均値は静岩圧Pに係数aを掛けた値に等しいと考えると，
aP = （σ1+σ2+σ3）/3　（2）．

3．Coulomb Stress Function （CSF） は以下の式で定義される．
CSF（b）=（σ1‐σ3）（sin2b‐u cos2b）/2 ‐u （σ1+σ3）/2　（3）
ただし，bはs・と断層との角度，uは間隙水圧を考慮した実効摩擦係数であり，u= ‐ tan（bm）を満たすb=bmの時，CSFは最大値を取る．そして地震活動度はCSF（bm）に比例すると仮定する．

4．（1）‐（3）式のaとuを与えると原理的にはσ1，σ2，σ3を一意に決定できる．さらにXYZ座標系に座標変換することにより，応力テンソル6成分，Sxx，Sxy，Sxz，Syy，Syz，Szzを計算することが可能である．

5．広域応力場は数年という短期間の場合，応力の平衡条件を満たしていると考えられるので，静岩圧係数aと実効摩擦係数uを変化させて最も平衡条件を満たす組み合わせをグリッドサーチする．
　日高山脈地域に上記の手法を適用した結果の一部を図に示した．浦河町の海岸付近とそれよりもさらに沖合の2か所が特徴的なパターンを示すことが分かった．例えばSzz成分を見ると，沿岸付近ではプラスなので上下方向に伸張力を受けていることを示す．さらに沖合になるとマイナスとなり上下方向に圧縮力を受けていることを示す．

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　谷岡勇市郎
　他機関との共同研究の有無（ある場合には機関名と、参加予定者の概数）：有
　東京大学地震研究所　勝俣　啓

（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科地震火山研究観測センター
　電話：011‐706‐3591
　e‐mail：mogitisv@mail.sci.hokudai.ac.jp
　URL：http://www.sci.hokudai.ac.jp/indexj.html

　深さ30kmにおける法線応力（Sxx，Syy，Szz）とせん断応力（Sxy，Syz，Sxz）の空間分布．
　東西方向がX軸で東が正，南北方向がY軸で北が正，鉛直方向がZ軸で下向きが正である．法線応力は伸張が正，圧縮が負である．静岩圧係数a=1.0，実効摩擦係数u=0.5と仮定した．法線応力成分は静岩圧Pを差し引いた値を示した．

 

本研究で使用した地震の震央分布