日本列島の短波長不均質構造と応力分布

平成20年度年次報告

課題番号：1101

（1）実施機関名：

　弘前大学理工学研究科

（2）研究課題（または観測項目）名：

　日本列島の短波長不均質構造と応力分布

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1．（1）イ．列島規模のプレート内の構造と変形

（4）その他関連する建議の項目：

　1．（2）イ．内陸地震発生域の不均質構造と歪・応力集中機構

（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：

　本課題では、日本列島規模での構造的不均質と応力分布に関する知見を得ることを5ヶ年の到達目標とする。定常地震観測網で観測される地震波形データを基に地震波散乱強度の空間分布を推定し、速度構造よりも短波長の不均質構造の分布を明らかにする。一方、地殻構造に比して不足している地殻応力の分布に関する情報を得るため、応力テンソル・地表での歪分布・地震活動度それぞれの時空間変化の関係を調査する。
　20年度においては、19年度に決定した全国の震源メカニズム解を基に応力テンソルの空間分布を求め、地震波トモグラフィーの結果と比較し、歪集中と応力場の関係等を調査する。また、全国の機関の合同観測として実施されている歪集中帯総合観測データを用いた震源メカニズム解の決定を行い、歪集中帯及び跡津川断層周辺における応力場の特徴把握を行う。さらに、新潟県中越地震の余震観測データの解析では、特に応力場の時間変化についての知見を得る。最終的には5ヶ年の研究を総括し、広域的、地域的、局所的な応力分布がどのような要因に影響を受けているのかを検討する。

（6）平成20年度実施計画の概要：

（a）日本列島の広域的応力場
　19年度に決定した全国の震源メカニズム解を基に応力テンソルの空間分布を求め、地震波トモグラフィーの結果と比較する。19年度には、中部地方のいくつかの低速度領域のブロック内で発生する地震のメカニズム解のP軸方位は比較的よくそろっており、歪集中に寄与する下部地殻の変形はいくつかのブロックに分かれて起こっている可能性が示唆されたので、これを全国的な規模で調査する。また、広域的応力場と（b）での地域的応力場の関係、応力場と地震活動との関係も検討する。

（b）歪集中帯及び跡津川断層周辺における応力場
　歪集中帯総合観測のデータを用いて震源メカニズム解の決定を行い、応力テンソルインバージョンから歪集中帯周辺及び跡津川断層付近における主応力の空間分布を得る。それらを基に、跡津川断層周辺での局所的な応力場が歪集中帯における地域的応力場とどのように異なるのかを検討する。また、中越地域での結果との比較も通して、応力場と不均質構造との関係を考察する。

（c）新潟県中越地震震源域の応力場
　新潟県中越地震の余震観測データの解析をさらに進める。18年度の研究で本震の震源域付近が周辺と異なる応力状態にあることがわかったので、その状態が本震・余震の発生によるものかそれ以前からの特徴なのかを調べるために、余震データの期間を区切って応力テンソルを求め、応力場の時間変化を推定する。この結果を震源分布、地震波速度構造、地形・地質構造等と比較し、また、前年度の結果も総合することにより、応力分布がどのような要因に影響を受けているのかを検討する。

（7）平成20年度成果の概要：

（a）日本列島の広域的応力場
　気象庁一元化処理の震源メカニズム解データを用いて、全国で発生した地震のメカニズム解を決定した。次いで、精度良く決定された解を用いて、応力テンソルインバージョンによって応力場の推定を行なった。まず、ある領域全体のデータを用いて応力テンソルを推定し、次に、得られた応力場と調和的ではないメカニズム解から再度応力テンソルを推定した。この手続きを繰り返し、領域内の複数の応力場を推定した。図1には中部地方の例を示す。タイプ1の応力場に調和的なメカニズム解は広範囲に分布し、タイプ2に調和的な地震は愛知県から岐阜県西部にかけて、タイプ3に調和的な地震は静岡県西部と、長野県から石川県にかけて線状に分布する。能登半島沖地震の余震には各タイプで説明される解が混在している。このような特徴把握が可能になった。

（b）歪集中帯及び跡津川断層周辺における応力場
　合同地震観測データを用いて657個の地震のP波初動極性を読み取ってメカニズム解を決定した。精度良く決定された151個の解をデータとして応力テンソルインバージョンを行い、5か所の格子点において応力パラメータを得た。応力テンソルは図1のタイプ1に極めて近い。最大主応力軸と跡津川断層の地表トレースの走向のなす角は43°～48°である。このことから、跡津川断層がweak faultとは見なせないことが示唆される。

（c）新潟県中越地震震源域の応力場
　新潟県中越地震の合同観測データの初動極性を読み直し、震源域における速度構造の不均質性もある程度考慮して震源メカニズム解を決定した。次いで、震源分布に基づいて分割したクラスターごとに応力テンソルを推定した（図2）。主応力軸の向きと応力比の特徴によって、震源域はいくつかの領域に分けることができる。本震の震源よりも北東部は、西北西 "東南東を向いた最大主応力を示し、その領域内の北西部分の領域は大きな応力比（最大主応力の卓越）、南東部の領域は0.5に近い応力比（等方的な応力場）で特徴づけられる。本震の震源よりも南西部の領域では最大主応力軸が東西を向き、等方的な応力場となっている。最大主応力軸は震源域全体において西北西に緩く傾斜しているが、本震の震源断層深部の領域では傾きが大きくなっている。このうち、本震の震源周辺の領域では応力比が大きく傾斜角も周辺と異なることから、応力場が局所的に不均質となっている可能性がある。

（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）：

小菅正裕・岩渕　智・村田和則、2009、稠密余震観測データを用いて推定した2004年新潟県中越地震震源域の応力場、地震2、61、（印刷中）．

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

（a）地殻内の短波長不均質構造の解明
　全国を対象にして、震源メカニズム解を基に応力テンソルインバージョンによって応力場の推定を行なった。得られた応力場と調和的ではないメカニズム解をデータに再度応力テンソルを推定することを繰り返し、領域内の複数の応力場を推定する方法を開発した。これにより、各領域での応力場の特徴を詳細に把握できるようになった。

（b）地殻内の応力分布の解明
　跡津川断層を中心とした歪集中帯領域については、合同地震観測のデータを用いた震源メカニズム解の決定と応力テンソルインバージョンを行い、応力場の基本的特徴を把握した。跡津川断層についてはクリープ運動の報告があるが、最大主応力軸と断層とレースのなす角度から、断層がweak faultとはみなせないことを確認した。
　新潟県中越地震の震源域の応力場については、合同余震観測データのP波初動極性を全て読み直して詳細な調査を行なった。主応力軸の向きと応力比の特徴によって、震源域をいくつかの領域に分けることができることが判明した。最も興味深い現象は、本震の震源断層において最大主応力軸の傾きがやや大きいことである。本震の震源周辺の領域では応力比も大きく、応力場が局所的に不均質となっていることが示唆される。このように、震源域の応力場の不均質性を詳細に明らかにすることができた。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　小菅正裕・渡辺和俊・佐藤魂夫・佐藤勝人
　他機関との共同研究の有無：有
　歪集中帯合同観測は全国の関係機関との共同研究。
　歪集中帯における震源メカニズム解の解析は、東京大学（勝俣　啓）及び京都大学（片尾　浩）との共同研究。

（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：弘前大学理工学研究科附属地震火山観測所
　電話：0172‐39‐3652
　e‐mail：mkos@cc.hirosaki‐u.ac.jp

図1　震源メカニズム解から推定した中部地方の応力場。応力場を3つのタイプに分け、それぞれの主応力方向を左下に示す。軸の長さは応力軸の傾斜を、最大主応力軸の色は応力比を表す。平面図には、各タイプに属するメカニズム解の分布を、凡例に示す色で表す。メカニズム解の太い線はP軸を、細い線はT軸を表す。

 

図2　2004年新潟県中越地震震源域の応力場。色分けして示す震源のクラスターごとに応力テンソルを推定し、(a)は深さ7 km未満、(b)は深さ7 km以上の地震から求めた結果。最大主応力の軸の色は応力比を表す。Mは本震の震央を示す。