次の南海地震の発生予測の高度化

平成20年度年次報告

課題番号：1802

（1）実施機関名：

　京都大学防災研究所

（2）研究課題（または観測項目）名：

　次の南海地震の発生予測の高度化

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1．（2）ア．プレート境界における歪・応力集中機構

（4）その他関連する建議の項目：

　2．（1）イ．特定の地域
　2．（2）ウ．東南海・南海地域

（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：

　沈み込むフィリピン海プレートの形状とその周辺領域の構造特性、陸側の上部地殻と下部地殻の違い、四国・紀伊半島にかけて帯状に発生する低周波微動の発生環境とそのメカニズムを明らかにするとともに、地表の変形場から推定されるプレート間固着域の形状分布との比較をおこなう。この課題では、以下の4つの細目テーマで得られる成果を総合して研究を進める。

1）自然地震を用いたフィリピン海プレートとその周辺の構造・特性解明
2）MT法から推定した比抵抗分布による地殻およびプレート境界周辺の構造の把握
3）ヒンジラインをまたぐGPSトラバース観測
4）数値シュミレーションモデルによるシミュレーション

平成20年度の位置づけ：

1）自然地震による構造

　平成19年度から開始した2測線での臨時観測を継続し、遠地地震の波形データの蓄積を行う。レシーバ関数解析により測線下の速度不連続面のイメージングを行う。平成18年度までに得た結果とあわせて、紀伊半島中西部下のフィリピン海プレートと蛇紋岩化マントルウェッジの3次元的形状を推定する。

2）比抵抗構造

　山陰側から広帯域MT観測の測線を太平洋側へと延長し沈み込むプレート周辺の比抵抗構造などの大規模構造を得るため昨年までに取得したデータをもとに比抵抗構造を推定する。

3） ヒンジラインをまたぐGPSトラバース観測

　紀伊半島においては、白浜、潮岬、迫西川におけるキネマティックGPS実験観測を中心とする。加えて、簡易ひずみ計によるひずみ観測や潮位観測も試み、観測網の強化をはかるとともに複数の観測項目による地殻変動の総合的な比較・検討を行う。

4） 数値シュミレーションモデルによるシミュレーション

　大大特「断層モデル等の構築」において整備したプレート境界モデルや三次元構造モデルなどを用いて、プレート間カップリング等の高精度推定を行う。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　自然地震による構造に関しては、平成19年度から開始した尾鷲‐交野測線と潮岬‐田尻測線における31点の臨時観測を継続する。具体的には、40～50日に一度全点を巡回し、データの回収を行う。回収されたデータと測線近傍の定常観測点のデータから遠地地震の波形データを切り出し、レシーバ関数解析を行う。傾斜構造を考慮したイメージングやイメージの信頼性の評価など、解析の高度化を行う。平成18年度までに得た結果とあわせて、紀伊半島中西部下のフィリピン海プレートと蛇紋岩化マントルウェッジの3次元的形状を推定する。
　比抵抗構造に関しては、昨年度までに得られた探査データをもとに、沈み込むプレート周辺の不均質性を明らかにできる大規模比抵抗構造を推定する。また、紀伊半島での比抵抗構造の更なる精密化のためデータの再解析を行い、海の影響を3次元的に見積もるとともに浅部3次元構造の影響を考慮した比抵抗構造モデルの推定を行なう。また、この再解析で必要であれば、広帯域MTの補充観測を実施する。
　GPSトラバース観測に関しては、白浜、潮岬および迫西川においてキネマティックGPS実験観測を継続する。また、GPS観測に加え、「だいち」画像による干渉解析を実施し、面的な変動を捉える。さらに、ヒンジライン近傍に設置した簡易ひずみ計による観測結果もあわせ、地殻変動の総合的な比較・検討を行う。
　数値シミュレーションに関しては、大大特「断層モデル等の構築」において整備したプレート境界モデルなどを用いて、過去の測地データからのプレート間カップリング等の高精度推定を行う。同じく大大特「断層モデル等の構築」において整備した三次元構造モデルなどを用いて、不均質構造によるプレート間カップリング推定への影響の評価等を行う。

（7）平成20年度成果の概要：

　自然地震による構造に関しては、平成19年度から開始した尾鷲‐交野測線（図1のCC’測線の南東側半分）と潮岬‐田尻測線（AA’測線）における31点の臨時観測のメンテナンスとデータ回収を継続した。昨年度までの解析に加えて、2007年9月‐2008年8月のデータ解析を行った。得られたレシーバ関数イメージを図1（a）、（b）、（c）に示す。これらの3測線断面において、海洋モホ面（赤線）、海洋地殻上面（青線）、低速度マントルウェッジの上面（青線）が明瞭にイメージされている。低速度マントルウェッジの上面を示す青線は、深部低周波イベント発生域付近から分岐している。これは、海洋地殻から脱水した「水」が、深部低周波イベント発生域からマントルウェッジに流入し、この部分を広範囲に蛇紋岩化していることを示すものと考えることができる。3測線断面のイメージからフィリピン海スラブの上面と蛇紋岩化ウェッジの形状を読み取り、地図上に示すと、図1（d）のようになる。スラブ上面は、地震分布から推定された三好・石橋（2004）より約5km浅い傾向にある。スラブが蛇紋岩化ウェッジに接する深さを固着域の下限と考えると、その分布は黄色の太線のように推定される。
　紀伊半島での比抵抗構造の精密化のため昼間のデータも活用した観測期間のすべての時間帯についての時系列再解析を行った。その結果、地磁気擾乱の大きい期間に観測された観測点での探査曲線に関しては長周期側の大幅な改善が見られた。また、紀伊半島周辺の海の影響を3次元的に取り入れたモデルによる比抵抗構造の検討を行なった。その結果、半島南端の比較的浅部領域は、2次元解析では比抵抗値が高めに推定されていることが判明した。比抵抗構造に関する大断面に沿った大規模比抵抗構造の構築に関しては実施しなかった。
　白浜、潮岬および迫西川においてGPS連続観測を継続した。白浜・潮岬の2007年1月1日から2008年12月31日までにデータを、日本周辺のIGS観測点のデータとともに解析し、座標変化を求めた。解析にはBernese5。0を使用し、IGS‐Final精密暦を使用した。地理院のGEONETのF2解と異なり、ユジノサハリンスク、つくば、太田、グアムのIGS観測点の座標をITRF2005に拘束されるように解析した。ただし、つくばには2008年5月の茨城県沖地震によるステップがあるりみかけの影響が残っている。アムール・プレートに相対的な水平成分変動の時系列で見ると、白浜・潮岬ともに北西方向に動いているが、2008年春頃に西向きの変動が加速されているように見える。上述の見かけの変動の可能性もあるため、今後精査する必要がある。潮岬については、欠測があるものの沈降していることが明らかである。白浜では上下変動はほとんど見られない。図2は、2年間のアムール・プレートに相対的な変動を地図上にプロットしたものである。やや北向きの成分が大きいので、見かけの変動の可能性含めさらに精査したい。
　紀伊半島から若狭湾に至る領域のSAR画像十数枚を用い、系統的に干渉SAR解析をおこなった結果、軌道誤差や気象の影響などによる見かけ上のシグナルが想像していた以上に大きいことがわかった。その大きさは10cmを超えることもあり、GPSデータ等を用いた補正方法の確立が沈み込みによる変形の検出に必要不可欠であることが明らかになった。
　数値シミュレーションに関しては、過去の測地データからのプレート間カップリング等の高精度推定を行う予定であったが、実施しなかった。

（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）：

　北脇裕太・澁谷拓郎・西村和浩・中尾節郎・伊藤潔・大見士朗・小河和雄・平原和朗、 紀伊半島下のフィリピン海プレートと蛇紋岩化マントルウェッジ、 日本地球惑星科学連合2008年大会、 S147‐P005、 2008。
　高木悠・大志万直人・長野雄大・吉村令慧・山口覚・上嶋誠・小山茂・中尾節郎・藤田安良、 紀伊半島における広帯域MTデータの夜間値と昼間値についての再考、地球電磁気・地球惑星圏学会第124回講演会予稿集、A003‐P010、 2008。
　Kitawaki, Y, Shibutani, T, Nishimura, K, Nakao, S, Ohmi, S, Hirahara, K, Philippine Sea Plate and Serpentinized Mantle Wedge beneath Kii Peninsula, Eos Trans. AGU, 89（53）, Fall Meet. Suppl., Abstract S21C‐1840, 2008.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

・自然地震を用いたフィリピン海プレートとその周辺の構造・特性解明では、紀伊半島中西部に展開した3測線において多点臨時観測を行い、レシーバ関数解析により、沈み込むフィリピン海プレートやその周辺の構造を明瞭にイメージした。海洋地殻は深部低周波イベント発生域まで顕著な低速度を示すことから、この深さで脱水反応が活発であり、放出された「水」が低周波イベントの発生に関与していることが示唆された。さらにマントルウェッジは低周波イベント発生域から広範囲に低速度であることがわかり、放出された「水」により蛇紋岩化されていることが示唆された。これらの結果から、紀伊半島中西部におけるフィリピン海スラブ上面と固着域下限の形状を推定した。

・2004年9月の紀伊半島南東沖地震に伴う地殻変動を求め、これから本震時の断層モデルを決定した。さらに、GEONETデータともあわせて、余効変動の時空間分布のモデル化を試みた。その結果、GEONETに見られる紀伊半島南東部における南西方向の余効変動は、震源付近のアフタースリップのみでは説明できず、地殻浅部における間隙弾性反発の効果を考慮する必要があることを示した。

・GEONETの速度場をインバージョンすることにより、プレート間カップリングの空間分布を推定した。その結果、プレート境界面の深さによる顕著な違いは認められないが、紀伊半島先端直下にプレート間カップリングが小さい領域が存在することが明らかになった。これまでの種々のインバージョン研究においてもややすべり欠損が小さく推定されている領域であったが、プレート境界面形状を慎重にモデル化することにより、その存在が明瞭となった。

・広帯域MT観測等を基にした観測データにより40km 程度までの2次元比抵抗構造分布を推定した。2次元構造の結果では、低周波微動発生域では低比抵抗になることが明らかになると共に、通常の地震の震源も比抵抗構造の境界と良い相関を示しながら分布していることが明らかになった。

・1年近い欠測はあったものの、白浜・潮岬および迫西川の3ヶ所におけるGPS連続観測体制が整った。現在は30秒サンプリングで行っているが、白浜及び潮岬のデータは京都大学内の情報ネットワークを介して、宇治において回収可能となっており、今後1秒サンプリングによる連続観測体制へ移行することを目指す。迫西川はオフライン観測のため、データの回収が遅れているので、これの改善策を検討する。解析面においては、GEONETの解析結果とIGS観測局の拘束の仕方による差異が生じることが判明した。

・三次元数値構造モデルを用いて、単位ディスロケーションによる地表変位の計算を行い、均質半無限媒質における計算結果と比較し、不均質媒質モデルの場合では、場合によっては30％程度計算結果が大きくなることを明らかにした。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　澁谷拓郎、北脇裕太、中尾節郎、西村和浩、橋本学、大谷文夫、細善信、福島洋、尾上謙介（2008年3月まで）、佐藤一敏（2007年3月まで）、大志万直人、吉村令慧、藤田安良
　他機関との共同研究の有無：有
　高知大学、鳥取大学、神戸大学、東京大学地震研究所との共同研究。その参加者：7名程度

（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：防災研究所附属地震予知研究センター
　電話：0774‐38‐4200
　e‐mail：iio@rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp
　URL：http://www.rcep.dpri.kyoto‐u.ac.jp/

図１　レシーバ関数イメージ。（a）潮岬‐田尻測線（AA’）、（b）新宮‐河内長野測線（BB’）、（c）尾鷲‐京丹後測線（CC’）。黒丸は深部低周波イベント。（d）本研究で求められたフィリピン海プレート上面のコンター（青線）と三好・石橋（2004）によるコンター（緑線）。

図2　アムール・プレートに相対的な白浜および潮岬の2007年1月1日から2008年12月31日の変位