群発地震域や活断層域のローディング機構と地下流体の挙動

平成20年度年次報告

課題番号：1703

（1）実施機関名：

　名古屋大学

（2）研究課題（または観測項目）名：

　群発地震域や活断層域のローディング機構と地下流体の挙動

（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（1）イ　列島規模のプレート内の構造と変形
　1（2）エ　地震発生サイクル
　1（4）イ　地殻・上部マントルの物質・物性と摩擦・破壊構成則パラメータ
　2（1）イ　特定の地域

（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：

　断層の構造，歪み・応力集中過程，地震発生を統一的に理解し，三者間の相互関係を明らかにする．本研究では，歪み集中帯に位置する跡津川断層系を中心とする地域において，断層破砕帯および断層系全体の1）微細構造・物理的特性とその時間変化と2）現在の詳細な変形パターンを明らかにする．さらに，GPS観測によって断層周辺の詳細な地殻変動分布を明らかにする．これらの情報に基づいて断層の応力蓄積機構や断層深部や断層端の影響も考慮した断層系全体の変形過程に関する総合的なモデル化を行う．平成20年度は，計画の最終年度であり，地震・GPS観測を継続するとともに．力学的モデルを構築し，結果の取りまとめを行う．

（6）平成20年度実施計画の概要：

　地震・GPS観測については，年度内は観測を継続し，終了に合わせて不要となる観測点等を整理・撤収する．また，観測データを速やかに解析し，最終的な観測結果の取りまとめを行う．
　平成19年度に得た，内陸地震の地震サイクルにおける下部地殻の変形モデルを発展させ，定量的なモデルの検討を行う．また，跡津川断層周辺における不均質構造を考慮した変形モデルを構築し，GPS観測により得られた変形場の再現を試みる．

（7）平成20年度成果の概要：

　平成20年度は，跡津川断層におけるGPSの観測・解析結果と糸魚川‐静岡構造線における観測・解析結果との比較に基づいて，活断層周辺の変形過程，特に下部地殻の変形過程について検討した．
　跡津川断層周辺については，跡津川断層を中心とする速度プロファイルに対して，半無限弾性体中に断層の深部すべりを仮定したモデルの当てはめを行うと，断層を挟んだブロックの相対運動速度が約12mm/年，固着域の深さ（深部すべり上限の深さ）が約15kmと推定される（図1）．ブロックの相対運動速度（12mm/yr）については，跡津川断層の地質学的平均変位速度が2‐3mm/年，北側に平行して走る牛首断層が1mm/年以下，南側の国府断層帯が約0.7mm/年，高山断層帯が約1mm/年と，これらをすべて合わせても，測地学的な変位速度の漸く半分程度である．この結果に対しては以下に挙げるような様々な解釈が可能である．（1）上記の主要な断層帯以外の断層で変位が賄われている，（2）断層ではなく地殻の非弾性変形により賄われている，（3）富山平野や砺波平野の堆積層の下などに活断層が存在するが，地表では認識できない，（4）1858年飛越地震の余効変動で地殻変動速度が大きくなっている，（5）周囲の断層系，特に糸魚川‐静岡構造線の固着により一時的に地殻変動速度が大きくなっている．
　これらの可能性のうち，（3）については，富山平野や砺波平野には呉羽山断層帯，砺波平野断層帯などの北西  南東圧縮による逆断層が存在しており，これらの断層運動に関連する主圧縮軸方向は跡津川断層のものとほぼ同じであり，北側は富山平野・砺波平野までを含めた地域が一連の変形帯を形成していると見ることが可能であろう．跡津川断層周辺では地形による荷重が大きくなるために最小水平圧縮応力と鉛直圧縮応力の大小関係が逆転し，横ずれ断層が卓越していると考えれば良い．一方，跡津川断層より南側については，微小な断層や地殻の非弾性変形に加え，糸魚川‐静岡構造線中央部の固着の影響によって北西向きの地殻変動が強められていると考えられる（図2）．
　このように，跡津川断層系周辺の変形においては，跡津川断層が中心的な役割を担っていると考えられるものの，周囲の規模の小さい断層やメカニズムが異なる富山平野・砺波平野の逆断層，また，糸魚川‐静岡構造線など周囲の主要断層との相互作用など多様な要因が無視できない規模で影響を及ぼしていると考えられる．
　次に，こうした内陸活断層の応力蓄積における，下部地殻の役割について検討する．跡津川断層周辺では固着域の深さが約15kmと推定される．これは，ほぼ地震発生層である上部地殻の厚さに相当する．一方，糸魚川‐静岡構造線断層帯中央部の牛伏寺断層周辺のGPS観測結果に基づいて同様なモデル計算を行うと，ここでも固着域の深さ15km，断層を挟んだブロックの相対運動約7mm/年という結果が得られる．牛伏寺断層の場合は，GPSから得られる相対変位速度はほぼ地質学的な平均変位速度に一致している．跡津川断層は約150年前に飛越地震が発生したばかりで，断層の地震サイクルの中では地震発生直後の時期にあたる．一方，牛伏寺断層は過去1200年程度地震が起きていないと言われており，地震発生直前の時期にあたると考えられる．下部地殻が数百年程度の時間スケールで流動する性質を持っていれば，Thatcher（1983）が指摘したように，地震発生からの経過時間とともに，断層周辺の歪み速度が減少していくことが期待され，その場合は，見かけ上固着域が深くなるはずである．しかし，跡津川断層と牛伏寺断層の比較からはそのような傾向は見られない．すなわち，下部地殻は数百年程度では粘性緩和しないと考えられる．濃尾地震震源域において余効変動からレオロジー構造を推定した結果でも，弾性層の厚さが37kmと推定されており，少なくとも数十年の時間スケールでは，日本列島の地殻は弾性的に振る舞っている．しかし，その場合に固着域の深さである15kmはどのように理解できるのか？この問いに対する答えとして有力なのは，下部地殻においては，断層直下のみに剪断変形が集中し，強度が下がっているというモデルである．隆起・削剥によって地表に露出した断層深部の観察から，変形が断層周辺に集中している様子が観察されており，また，跡津川断層においても地震波トモグラフィーなどから，断層直下の下部地殻に集中した低速度域の存在が指摘されている．GPSから得られた変形過程はこれらの観測・観察事実と整合的である．
　なお，跡津川断層周辺のGPS観測は平成20年度末まで継続される予定であり，平成20年度末までのデータを整理した後に，平成21年度中に速やかに公表する予定である．また，地震観測結果等を踏まえた総合的なモデルについても，今後1,2年以内に成果をまとめて公表する．

図1　跡津川断層周辺における断層直交方向（左上）および断層平行方向（左下）の地殻変動速度分布およびモデルの概念図（右）． 

図2　跡津川断層周辺における運動の模式図．青い矢印で示したブロック運動に，ピンクで示した糸魚川‐静岡構造線の固着による影響が加わる．

（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）：

　鷺谷威，GPS観測に基づく日本列島の地震テクトニクス, 地震, 印刷中.

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　鷺谷威・山崎文人・山田守・小澤和浩（大学院博士前期課程2年）・朝日友香（大学院博士前期課程1年）
　他機関との共同研究の有無：
　京都大学防災研究所：橋本学，細善信，和田安男，尾上謙介，大谷文夫
　京都大学理学研究科：平原和朗
　富山大学理学部：竹内章・道家涼介

（10）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：名古屋大学大学院環境学研究科
　電話：052‐789‐3046
　e‐mail：webmaster@seis.nagoya‐u.ac.jp
　URL：URL：http://www.seis.nagoya‐u.ac.jp/