九州地域（日向灘）におけるプレート間カップリングの時空間変動

平成20年度年次報告

課題番号：2101

（1）実施機関名：

　九州大学大学院理学研究院

（2）研究課題（または観測項目）名：

　九州地域（日向灘）におけるプレート間カップリングの時空間変動

（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：

　1．（1）ア．日本列島及び周辺域のプレート運動
　1．（1）イ．列島規模のプレート内の構造と変形

（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：

　日向灘周辺において、自然地震観測および人工地震を用いた海陸共同の構造探査を実施し、海陸プレート境界面の形状、境界域およびマントルウェッジ先端部の地震波速度構造、地震波反射面の分布と反射強度の空間変化・起震応力場などを、既知のアスペリティと非地震性すべり域で明らかにする。さらに三陸沖等、他のプレート境界地域との比較研究を実施して、固着強度を決める構造的要因について考察する。
　平成20年度は、日向灘南部において海底地震計を用いた自然地震観測を行い、地震活動及び応力場の解析を行う。また、応力場の時間変化が検出するための解析手法の開発を引き続き行う。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　長崎丸（長崎大学）を利用し、日向灘において4月から7月までの約2ヶ月間強の期間、自然地震観測を実施する。東京大学・長崎大学・鹿児島大学・東北大学との共同研究。また、日向灘と東南海・南海地震想定震源域における応力場の比較検討を行う。

（7）平成20年度成果の概要：

　東京大学・長崎大学・鹿児島大学・東北大学との共同で、長崎丸（長崎大学）を利用し、日向灘において4月から7月までの約2ヶ月間強の期間、自然地震観測を実施した（図1黄色四角）。この海域では気象庁一元化震源で決められた地震よりも2倍前後の微小地震が発生していることが分かった（図1）。2006年の観測でも見られたが、北緯31.6°付近ではその南北両側と比べて地震活動が明らかに低いことが分かった。この領域の北端は、1961年に発生したM7.0の震央が位置しており、プレート境界のせん断応力が働いていると思われる場所でもあるので、四国沖のようにプレート間が固着しており地震活動が低いのかもしれない。また、発震機構解も逆断層型や正断層型など、様々なタイプの地震が発生していることが明らかになった（図2）。

（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）：

　Uehira, K., H. Yakiwara, T. Yamada, K. Umakoshi, S. Nakao, R. Kobayashi, K. Goto, H. Miyamachi, K. Mochizuki, K. Nakahigashi, M. Shinohara, T. Kanazawa, R. Hino, M. Goda, and H. Shimizu, Spatial heterogeneity of the structure and seismic activity in Hyuga‐Nada region, southwest Japan, IASPEI General Assembly 2009, 2009.
　Uehira, K., H. Yakiwara, T. Yamada, K. Umakoshi, S. Nakao, R. Kobayashi, K. Goto, H. Miyamachi, K. Mochizuki, K. Nakahigashi, M. Shinohara, T. Kanazawa, R. Hino, M. Goda, and H. Shimizu, Seismic activity and stress field in Hyuga‐nada region, southwest Japan, revealed by ocean bottom observations, 2008 Western Pacific Geophysics Meeting, 2008.
　植平賢司・内田和也・八木原　寛・山田知朗・馬越孝道・平野舟一郎・中尾　茂・小林励司・後藤和彦・宮町宏樹・望月公廣・中東和夫・篠原雅尚・金沢敏彦・日野亮太・合田政次・清水　洋, Seismic activity in the southern part of Hyuga‐nada region, southwest Japan, revealed by ocean bottom observations, 地球惑星科学関連学会2008年合同大会, 2008.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　本5ヵ年中で、日向灘においてJAMSTECの研究船による人工地震探査を予定していたが、燃料費高騰のためシップタイムの割当がなくなったため、長崎丸による自然地震観測のみを実施した。2004年と2005年は日向灘北部において行い、2006年と2008年は日向灘南部において行った。
　OBSデータを含む地震波トモグラフィー（DD tomography）を行った結果、OBSデータは、日向灘周辺の浅い構造に非常に効果があることが分かった。日向灘北部（九州北西部）海岸線付近の深さ25‐35km付近に高ポアッソン比の分布が見え、これらは、他のマントルウェッジで見られるような蛇紋岩化したマントルウェッジに対応している可能性がある。また、この領域はYagi and Kikuchi（2003）で求められた非地震性のすべり領域と対応している（図3）。これらが日向灘域の弱いプレート間カップリングに関係している事が示唆される。また、負の重力異常が顕著な領域で、九州パラオ海嶺の水平スケールに対応するような低速度領域が見られた。この低速度物質の浮力が宮崎平野の非地震性の地殻隆起、及び日向灘域でスラブをより急勾配にさせ正断層型の地震を発生させる重要な要因であることが示唆される。
　応力テンソルインバージョン法により日向灘における起震応力場を求めた。プレート境界面でのせん断応力の状態を知るために、σ1軸の方向とフィリピン海プレートの境界面の法線ベクトルとのなす角度θを求めたところ（図4）、θ の値はプレート間の固着状態を表す一つの指標となる可能性があることが分かった。つまり、θの値の大きな場所ではプレート間の固着が強く，一方，θ の値の小さな場所ではプレート間の固着が弱い。また、Mw3.5 以上の地震の発震機構解とθ の値に相関が見られ、逆断層型の地震が発生せず正断層型の地震が卓越している場所と，θ が20◦ 以下の領域が対応している。つまり、プレート境界面での剪断応力の小さな場所ではMw3.5 以上のプレート境界地震が発生しない。
　更に、日向灘におけるθ の大きな特徴として、θ の値は31.8◦ N 付近で大きく変化するということが挙げられる。すなわち、31.8◦ N 付近以北のほとんどの領域ではθ が小さく（0◦～ 20◦）、南部では相対的にθ は大きい（30◦ ～ 46◦）。31.8◦ N 付近以南では、1968 年日向灘地震のアスペリティの領域よりもθ が大きな領域があるので、プレート間の固着が強く、アスペリティになっている可能性がある。また、地震活動が低いことも調和的である（図1）。過去、この付近では1961 年にM7.0 の地震が発生していることより、31.8◦ N 付近以南のθが大きな領域はこの地震のアスペリティであるかもしれない。この領域では九州―パラオ海嶺が沈み込んでいることより、沈み込む海嶺の影響で剪断応力が大きくなっていると考えられる。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　植平賢司、清水洋、内田和也
　他機関との共同研究の有無：有
　東京大学・長崎大学・鹿児島大学・東北大学：15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：九州大学大学院理学研究院附属地震火山観測研究センター
　電話：0957‐62‐6621
　e‐mail：uehira@sevo.kyushu‐u.ac.jp
　URL：http://www.sevo.kyushu‐u.ac.jp/

図1：OBS観測によって捉えられた2008年4月26日から7月8日までの震央分布（赤丸）。黒丸はJMAカタログによる1923年以降に発生したM7以上の地震の、青丸は九州大学で決めた1996年以降のM5.5以上のプレート境界で発生した地震の震央。黄色四角はOBS設置場所。

図2：初動極性より決めた発震機構解。赤丸は正断層型、青丸は逆断層型、緑色は横ずれ断層型を示す。左図は下半球等積投影、右図は左図の短冊に対応した断面での方北東半球等積投影。

図3：深さ断面におけるポアソン比の分布。青線と赤線はYagi and Kikichu （2003）の非地震性滑りと地震性滑りを示す。（Tahara et al., 2008）

図4：プレート境界面近傍のフィリピン海プレート内のσ1軸の方向とプレートの境界面の法線ベクトルとのなす角度θと、プレート境界の地震性滑りと非地震性滑りの空間分布[八木・他（1998）、Yagi et al. （1999）、八木（2002）、Yagi and Kikuchi （2003）]、及び過去に発生したマグニチュード7 以上の地震の震央分布（気象庁カタログ）との比較（植平，2007）．