南海地震震源域のセグメント構造と長中期的発生予測

平成20年度年次報告

課題番号:2001

(1)実施機関名:

 高知大学理学部

(2)研究課題名:

 南海地震震源域のセグメント構造と長中期的発生予測

(3)最も関連の深い建議の項目:

 1. (2) ア. プレート境界域における歪・応力集中機構

(4)その他関連する建議の項目:

 2. (2) ウ. 東南海・南海

(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:

 南海地震のような巨大地震の場合は破壊域が一様に形成されるとは考えにくく,マルチプルショックとして何回かに分かれて破壊が進行する考えたほうが妥当であろうし, 既にこのことを示唆する論文も公表されている。現在入手できる観測データに基づき想定したセグメント構造に種々の点からアプローチを行い, 南海地震のマルチプルショックの可能性を求める。また、マントル最上部地震の震源分布の傾斜方向や走向は、フィリピン海プレートの沈み込み境界である南海トラフの形状が単純であるのに対し, 紀伊半島、紀伊水道、四国東部、四国西部では大きく異なっている。このような複雑な震源分布とセグメント構造とを対比させて将来の南海地震の発生機構の手がかりを得ることが本課題の目標である。
 平成20年度実施計画の位置付けとしては,これまで掲げてきたセグメント構造抽出の手段のうちもっとも物理的な意味付けが明確な,地震のメカニズム解を用いた応力場の解析について, 平成19年度に行ったメカニズム決定から更に研究を進める。

(6)平成20年度実施計画の概要:

 1998年以降の一元化された後の四国から紀伊半島にかけての南海地震発生域の地震のメカニズムを上盤側プレートと沈み込むフィリピン解プレートの両方の地震活動についてできる限り多数の地震のメカニズム解を求めて, 南海地震発生域の応力場の不均質に関わる基礎データを得る。これらを用いて多重逆解法による応力テンソル解析を行い, 南海地震の震源域近傍の応力場を求め,セグメント境界との関連を調べる。解析にあたり現状では精度の良いメカニズム解は, 海岸線よりも内陸側にしか求められないことがわかってきた。プレート境界近傍の応力場を明らかにするという目的のためには, 沖合の地震や紀伊水道の地震のメカニズム解も正確に求めて行く必要がある。海域においても精度のよいメカニズム解を求めるために考えられる作業として, 震源位置の正確な再決定、メカニズム決定への振幅情報の利用, 波線の3次元(2.5次元)性の考慮, 海底地震計データの活用などが考えられる。これらのうち取り入れられるものから順次処理をして,できるだけ正確なメカニズム解に基づいた応力場推定を行えるようにする。

(7)平成20年度成果の概要:

 昨年度、四国周辺の浅い地震のメカニズム解を求めたが, 期間と深さの範囲を広げてメカニズム解を決定しさらにその結果に対して応力逆解析を行い、上盤側プレートと沈み込むフィリピン海プレート内部の応力場の空間変化について検討した。
 1996年1月から2008年12月に起こった地震で高知地震観測所の検測値において初動極性が10観測点以上で読み取られた全ての地震のメカニズム解を求めた。図1a,bにこのうちP軸, T軸が15°よりよく求められたメカニズム解を示した。

図1 得られた地震のメカニズム解分布, (a) 20kmよりも浅い地震, (b)20kmよりも深い地震.

図1 得られた地震のメカニズム解分布, (a) 20kmよりも浅い地震, (b)20kmよりも深い地震.

 これらの結果で四国の前弧域では卓越するメカニズム解は従来から報告されているように浅い地震は東西圧縮、深い地震は南北圧縮のそれぞれ横ずれ型のメカニズム解であり, 双方ともにプレート間の相対運動には一致しない応力主軸を示している。本研究ではこの不一致が場所によってその度合いが違うのかどうかを検討した。またメカニズム解自体は応力場を見ているとは言えないので, 多重逆解法を用いた応力解析を行った。 解析ではそれぞれの各領域内の二つの解を求めた。
 図2に四国中央部から紀伊水道の浅い地震のP軸分布と応力解析の結果(σ1)を示す。1.は従来通りほぼ地質構造線に沿った方向に対応した圧縮軸が求められているが, 2.~4.ではややプレートの相対運動の方向もしくは沈み込むプレート境界面の形状に対応して偏っている。また5.では正断層型応力場が推定されており, 不均質性がみられる。
 図3にはフィリピン海プレート内部で発生したと考えられる地震のT軸分布と応力解析結果(σ3)を示す。おおむね東西方向の伸張軸方位が求められる。1.から3.までは東西から東北東伸長, 4.,5.では西北西方向に向く事が確認できる。
 このように応力場は大局的には従来から考えられている主軸方向を示している。しかし空間的に微妙に揺らいでいる可能性が見えてきている。上盤側プレートのσ1軸の空間変化と沈み込むプレートのσ3軸の空間変化に似たような対応がみられるかもしれない。双方とも四国中部では東西から東北東―西南西方向であるが, 四国東部から紀伊水道西部では西北西―東南東方向を向いている。東海地方では上盤側プレートのP軸方位の空間変化と沈み込むプレートのT軸方位の空間変化がよく対応することが示されている(松村, 2007)。このことはプレート間の力学的な相互作用が応力場のパターン形成に無視できない役割を果たしていることを意味している。プレート境界周辺の広域応力場はプレートの相対運動からずれていてstress‐strain paradoxと呼ばれており(Wang, 2000)、その形成過程はより深い研究で明らかにされるべきである。しかしプレート境界の両側での広域応力場の揺らぎのパターンが対応するかどうかは, プレート間の固着度に応じた力学的な相互作用の大きさを表している可能性が考えられ, 詳細な応力場のパターンが分かれば, このような情報を抽出できる可能性があるので今後さらに検討を続ける必要がある。

図2 上盤プレート内地震のP軸分布と解析結果

図2 上盤プレート内地震のP軸分布と解析結果

図3 フィリピン海プレート内地震のT軸分布と解析結果

図3 フィリピン海プレート内地震のT軸分布と解析結果

(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):

(9)本課題の5ヵ年の成果の概要:

 四国周辺の微小地震活動から南海地震のセグメント構造に関係した特徴の抽出を試みた。プレート境界近傍のb値の空間分布については低めの値を示し, また固着の強いであろう地域ほど小さいという関係が見られ。定性的なこれまでの研究と合致する結果が得られた。しかしb値の小ささや変動は既存研究に比べてわずかであった。5ケ年の後半では力学的な理解を深める為にプレート境界近傍の微小地震を使ったメカニズム解、応力場の研究を行った。広域的な応力場の特徴はすでに知られている通りであったが,多重応力逆解析を用いる事により, 応力場の変化のパターンを求めたところ, 上盤プレートと沈み込むプレートで似たパターンを示していることがわかった。これは応力場の揺らぎにはプレート間相互作用が影響していることを示唆している。斜め沈み込みが起こっている南海トラフではこのように広域応力場とそのゆらぎかがある程度独立してモデルを規定してくれる可能性があるので, これらの解析を緻密に行えば、シミュレーションを中心に据えた次期計画ではモデルの制約に活用できるのではないかと考える。

(10)実施機関の参加者氏名または部署等名:

 高知大学理学部附属高知地震観測所 久保篤規、川谷和夫、木村昌三(平成年18年3月まで)
 他機関との共同研究の有無:無

(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:高知大学理学部附属高知地震観測所
 電話:088‐844‐8464
 e‐mail:akubo@kochi‐u.ac.jp
 URL:http://pslip.cc.kochi‐u.ac.jp/~kso/indexj.html

お問合せ先

研究開発局地震・防災研究課

(研究開発局地震・防災研究課)