十和田における地殻流体の分布と挙動の解明

平成20年度年次報告

課題番号：1102

（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：

　十和田における地殻流体の分布と挙動の解明

（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．（4）ア．摩擦・破壊現象の物理・化学的素過程

（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：

　低周波地震が流体の移動で発生しているならば、高周波地震震源域と低周波地震震源域での地震波速度・異方性・地震波散乱強度に差があり、地震活動の変化に対応する地震波散乱構造の時間変化が見られることが期待される。そこで、十和田地域を対象に高密度地震観測とアレイ地震観測を実施して、低周波地震・高周波地震発生域の地殻構造と地震発生様式を詳細に解明し、地殻流体の分布と挙動、及び浅発地震発生への寄与に関する知見を得ることが5ヶ年の到達目標である。
　20年度には、十和田周辺で発生している低周波地震の震源を高精度に決め直すこと、低周波地震の波動の特徴を把握すること等を行う。また、新潟県中越地震の余震の中のやや低周波の地震と非ダブルカップル型の地震については、統合データの他機関の波形記録を使用し、メカニズム解、波形及びスペクトルの特徴、時系列的特徴などを調べ、速度構造や応力場との関連を議論する。最終的には5ヶ年の研究を総括し、低周波地震及び非ダブルカップル型地震の発生メカニズムと内陸地震発生との関連を議論する。

（6）平成20年度実施計画の概要：

（a）十和田における低周波地震の解析
　Double difference法などを用いて高精度な震源分布を得て、低周波地震と高周波地震の震源の棲み分けが完全に成り立っているのか、一部重複して分布する地域があるのかを明らかにする。また、低周波地震のpolarization解析を行い、特に低周波地震の後続波部分の波動の特徴を把握するとともに、震源メカニズム解の推定も行う。

（b）新潟県中越での低周波地震及び非ダブルカップル型地震の解析
　新潟県中越地震の余震の中の低周波の地震及び非ダブルカップル型の地震について、統合余震観測データの波形記録を使用し、震源位置、メカニズム解、波形及びスペクトルの特徴、震源時間関数、時系列的特徴などを調べる。また、両者の地震発生域の速度構造や応力場との関連から、これらの地震と本震の発生との関係を考察する。

（7）平成20年度成果の概要：

（a）十和田における低周波地震の解析
　十和田周辺での地震活動は低調であり、低周波地震の発生は見られなかった。そのため、計画を実施することはできなかったので、以下の（b）（c）を実施した。

（b）新潟県中越での非ダブルカップル型地震の解析
　2004年新潟県中越地震の余震の中の非ダブルカップル型の極性分布を示す地震について、合同余震観測データの波形記録を使用し、P波とS波の振幅比を調査した。ダブルカップル型の地震については、理論的に予想される通りの振幅比が得られた。非ダブルカップル型の極性分布を示す地震については、比がやや小さいものの、ダブルカップルの場合と有意な差は見られなかった。従って、非ダブルカップル型の地震は主要な部分はダブルカップル型であり、初動部において非ダブルカップルとなるような要因が働いたことが考えられる。中越地震震源域においては応力場を詳細に解析した。非ダブルカップル型の地震は、本震と最大余震の余震列のクラスターの中間領域に分布し、そこでは各クラスターの応力場とは非調和な地震が比較的多く、応力場が局所的に不均質であることが示唆される（図1）。

（c）岩手・宮城内陸地震の余震の応力降下量分布の推定
　2008年6月14日に岩手・宮城内陸地震が発生し、全国の関係機関による合同地震観測が行なわれた。当初の予定にはなかったが、弘前大学が余震域北端部で実施した余震観測において収録した地震波形データから、余震の応力降下量分布の推定を行なった。合計54個の地震の応力降下量を求めた結果、応力降下量の大きい地震は、北側の本震断層の北端部とその北方延長、北側断層西端部、南側断層の南端部、及び鳴子火山付近で発生したことが判明した（図2）。高応力降下量の地震は、断層の浅部を除いた末端部に多く発生している。これらの領域は、本震の断層運動によって応力集中が生じることが予想される領域である。逆に、本震ですべりが大きかった領域と断層浅部では、応力降下量の大きな地震は発生していないことも明らかになった。

（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）：

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）．
小菅正裕・佐藤勝人・渡邉和俊・山田智弘、2009、2008年岩手・宮城内陸地震の余震の応力降下量分布、科学研究費補助金「2008年岩手・宮城内陸地震に関する総合調査」報告書、（印刷中）．

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　十和田付近で発生している低周波地震については、活動の概要を明らかにしたが、5カ年の地震活動が比較的低調だったこともあり、到達目標を達成することはできなかった。その代わり、新潟県中越地震について合同余震観測データの詳細な解析を行なった。その成果としては、後続波部分において1 Hz程度の振動が卓越するやや低周波の地震と、P波初動極性が非ダブルカップル型を示す余震が存在することを見いだしたことが挙げられる。やや低周波の地震の発生には、震源近傍での速度境界が関与している可能性を指摘した。非ダブルカップル型の極性分布を示す余震は震源域の南西部にまとまって分布し、発生は時系列的に一過性の現象であったように見える。振幅の解析からは、ダブルカップル型地震の初動部に非ダブルカップル成分が重畳していることが考えられる。詳細な応力分布との比較から、非ダブルカップル成分をもたらす要因として、応力場の不均質性が示唆される。
　2008年岩手・宮城内陸地震の余震の応力降下量の分布からは、高応力降下量の地震は，本震の断層運動によって応力集中が生じることが予想される断層の末端部に多く発生していることが判明した。逆に、本震ですべりが大きかった領域と断層浅部では応力降下量の大きな地震は発生していないなど、本震後の応力の再配分を示唆する分布を得た。以上のことから、内陸地震の余震データの詳細な解析によって、震源域での応力場の不均質性及びそれに起因する現象を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
中越地震の観測データの解析，及び2008年岩手・宮城内陸地震の合同余震観測は全国の関係機関との共同研究。

（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　2004年新潟県中越地震の余震の中で、非ダブルカップル型のP波初動極性分布を示す地震（オレンジ色）の震源分布。図には余震のクラスターごとに求めた応力テンソルを示す。最大主応力軸の色は応力比を表す。白丸は応力テンソルと調和的な地震、青色は不調和な地震とその地震のP軸を表す。断面図の水色の線は断層の概略の位置を示している。

図2　2008年岩手・宮城内陸地震の余震の応力降下量の空間分布と断層モデル及び主要な余震の分布．丸の色が応力降下量を表し，丸の大きさは推定の信頼度を表す．断層モデルはOhta et al. (2008)による．太い点線は本震時のすべりが最も大きかった領域［引間・他（2008）］を表す．赤い星印は本震の震源，藤色の丸はM3.5以上の余震の震源を表す．震源要素は気象庁一元化震源カタログによる．下向きの黒い三角印は解析に用いた観測点，赤い三角印は活火山を表す．