大・小規模アレイによる内陸地震発生域における不均質構造と歪・応力集中メカニズムに関する研究

平成20年度年次報告

課題番号：2102

（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：

　大・小規模アレイによる内陸地震発生域における不均質構造と歪・応力集中メカニズムに関する研究

（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：

（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：

　内陸地震発生にいたる準備過程のうち個別の断層におけるローディング機構をモデル化する．本計画で対象とするのは日奈久断層地域，2004年新潟県中越地震震源域，2005年福岡県西方沖地震震源域である．そのためにまず必要なのは，a）速度などの媒質の物理定数の推定，b）上部および下部地殻の短波長不均質の分布特性，c）断層の固着状態推定である．特に，他地域の歪集中帯で見られるように特定の領域への歪集中が上部および下部地殻における弾性定数不均質では説明できないことから，弱面や非弾性的性質の存在を検出する必要がある．18,19年度は減衰係数の見積を福岡県西方沖地震震源域で行った．見出された低減衰域や高減衰域の実態に迫ることが重要である．
　本研究は地震計アレイおよび稠密臨時地震観測網による内陸地震発生域でのローディング機構モデル化およびそのための媒質パラメータ推定および地震活動把握を進めることを目的としてきた．
　構造モデルを推定するには地殻内反射面,散乱体構造から得られる媒質内境界条件を設定する必要がある．これらの反射面,散乱体構造は媒質の非弾性的性質を生み出す要因となりうる．非弾性的性質のモデル化の必要性からb）を正確に把握する．そのための地震観測網整備，地震計アレイ観測研究の推進を行い，構造モデル構築することで，歪・応力蓄積過程の解明を目指す．また，断層の現在の状態の指標として重要な微小地震活動の把握を行う．
　一方、固着状態推定には従来行われ来た測線でのGPS繰り返し観測が重要である．現在,日奈久断層においては微小地震発生域とそうでない地域が存在する．今年度までの観測で断層を境に変位速度が異なることが見いだされた．精度を上げるためにGPS繰り返し観測をすることが断層の状態を知る上で重要である．
　これらの目標に対して，20年度は1）地震活動把握，散乱・反射面の存在の同定など基本的なパラメータ推定のために臨時地震観測網による観測を行う。（日奈久，中越，福岡）2）固着状態の検出のために従来の測線でGPSくりかえし観測点を設置する。（日奈久）3）18年度以前に得られたデータの詳細な解析，検討を行う。（日奈久，中越，福岡）

（6）平成20年度実施計画の概要：

1）速度，減衰，反射面の存在の同定など基本的なパラメータ推定のために臨時地震観測

　現在展開中の臨時観測点を見直し，再配置することで，現在分解能の低い地域，活動把握にとって重要な地域の詳細な地震活動，速度，減衰構造推定のためのデータを取得する。特に警固断層については地震以降100個以上の微小地震が起こっているにもかかわらず，都市部でSNが悪く検知能力が低いために活動状況が把握できない．このため観測点の見直し等を重点的に行う．

2）固着状態の検出のためのGPS連続観測

　地震活動が活発な地域を中心としてGPSの連続観測点を設置し，局所的な歪み分布の把握に着手する。

3）19年度以前に得られたデータの詳細な解析，検討

（7）平成20年度成果の概要：

1）速度，減衰，反射面の存在の同定など基本的なパラメータ推定のために臨時地震観測

　本年度は福岡県西方沖地震および警固断層周辺域の地震観測点見直しを行った．地震活動をリアルタイムで把握するために海ノ中道においてはボーリング坑を掘削し，1Hz3成分地震計を設置した．また，高宮（警固断層周辺）観測点では地震計を高感度のものに置き換えた．これに伴い，オフライン観測点の2点を廃止した．

2）固着状態の検出のためのGPS連続観測

　今期においては日奈久断層を横切る測線においてGPS繰り返し観測を行ってきた．今年度も引き続き実施した．現在も解析中であるが，顕著な相対変位は得られていない．すなわち固着していることを示唆している．

3）19年度以前に得られたデータの詳細な解析，検討

　本年度は九州中部を中心とする地域の微小地震を詳細に調べ，ストレステンソルインバージョン法により応力場の特徴を推定した．用いたデータは九州地域の九州大学，鹿児島大学，防災科学技術研究所，気象庁による連続地震観測データと九州大学が臨時に展開している観測点である．これらのデータを2000年以降からしらべ，P波初動極性を読み取ることでストレステンソルインバージョンを行った．インバージョンは水平に20km間隔でグリッド点を設け，その周囲20kmで発生する地震のデータから応力テンソルを推定した．その結果，平均的には西南西―東北東圧縮，北北西―南南東伸張の応力を持つ結果が得られた．一方，別府島原地溝帯においてはこの傾向が部分的に崩れ，正断層成分が卓越する場合が見られた．この傾向は地溝帯内部において東西圧縮成分が変形によって開放されることで相対的に鉛直成分が最大応力となる可能性を示しており，地溝帯が他地域よりもより変形しやすく，強度が弱い可能性を示している．これらをもとに，簡単なモデルをたて，有限要素法によって応力の空間変化シミュレーションを試みた．

（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）：

なし

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　本課題5ヵ年の研究によって，地震発生域周辺では強い不均質構造の存在が明らかにされた．

福岡県西方沖地震震源域

　地震観測，GPS連続観測を行い詳細な構造が明らかになった．また，警固断層周辺の地震活動を精度よく把握するため，警固断層沿いの春日市に80mの観測井，海ノ中道に40mの観測井を設置．また，福岡市西公園でも15mボーリングによって地震計を設置した．
　GPSのデータを解析した結果，本震近傍の観測点を中心に3ヶ月間で約3cmの余効変動が発生していることが分かった．また今後大きな地震の発生が予想されている警固断層周辺では，GPS観測で検知できるような大きさの前兆的な地殻変動は現在のところ発生していないことがわかった．余震分布をもとに断層の位置を仮定し，観測された余効変動量を最もよく説明するように，最適な断層の幅や滑り量などを求めた．その結果，GPSで観測された余効すべりの動きは本震と同じように左横ずれであること，本震の破壊開始点（深さ10km）より浅部に広がるセグメント（余震領域）のうち，深さ2～5kmの部分で，3ヶ月間に32cmの左横ずれ成分の余効滑りがあったことがわかった．余効滑りのほとんどは浅部に限定され，深部および周辺では余効滑りが発生していない．
　臨時地震観測網のデータを用いて，この地域の応力場を推定した．大局的な傾向としては，圧縮軸がほぼ東西，張力軸がほぼ南北を向くことがわかった．これらは九州の他の地域で得られている一般的な傾向と同一である．さらに詳細に見ると，本震震源域においてはぼぼ本震断層の走向に沿った断層面を与える応力場が支配的である．一方，余震域の南端，および北端においては応力場が時計回りに回転していることがわかった．これらは余震分布が端の領域で屈曲している傾向と一致しており，応力場の不均質な様子が明らかになった．
　速度構造はDDトモグラフィ法によって明らかにされた．すべりの大きなところ（アスペリティ）では高速度異常が見出された．また，警固断層とのセグメント境界では高速度と低速度が複雑に分布することも示された．1／Q構造推定法を開発し適用した結果，福岡県西方沖地震余震域下部と地震時すべりの大きかった領域では減衰係数が3倍程度下部の大きいことがわかった．また，余震域と警固断層とのセグメント境界においては，減衰が大きく不均質強度が強い．この領域ではマグニチュードの相対的に大きな地震（M4程度）が他の領域よりも多く発生し（b値が小さい），不均質構造のスペクトル特性との関連も考えられる．これらの結果を模式的に図1に示した．

図1．　福岡県西方沖地震断層の構造模式図．北西部と南東部にセグメント境界があり，強い不均質が存在すると考えられる．断層面上では高速度異常を示すアスペリティが見出された．

布田川―日奈久断層周辺

　この地域は地震活動が活発な，別府島原地溝帯およびその南部に位置している．この地域において，臨時地震観測網の展開およびGPS繰り返し観測を行い，詳細な活動把握と構造推定を行ってきた．
　自然地震観測から得られたデータ中に見られる反射波を解析した結果，下部地殻深さ約25km付近に顕著な反射体が存在していることが明らかになった．また，速度トモグラフィ解析によると，別府島原地溝帯下部および日奈久断層下部には低速度層が見られ，この地域が相対的に応力集中が起こりやすい可能性を示唆された．また，日奈久断層においては地震活動特性から，北部と南部において断層面の傾斜が異なることを明らかにした．これらはこの地域のモデリングをする上で重要な知見である．
　断層へのローディングプロセスを知るために,より広域な地域での応力場推定も行った．その結果，平均的には西南西―東北東圧縮，北北西―南南東伸張の応力を持つ結果が得られた．一方，別府島原地溝帯においてはこの傾向が部分的に崩れ，正断層成分が卓越する場合が見られた．この傾向は地溝帯内部において東西圧縮成分が変形によって開放されることで相対的に鉛直成分が最大応力となる可能性を示しており，地溝帯が他地域よりもより変形しやすく，強度が弱い可能性を示している．これらをもとに，簡単なモデルをたて，有限要素法によって応力の空間変化シミュレーションを試みた． 九州内陸の応力主軸（最大,最小圧縮）分布を図2に示す．

図2．応力テンソルインバージョンによって得られた九州内陸の応力分布．赤が最大圧縮軸，青は最小圧縮軸を示す．日奈久断層周辺ではほぼ横ずれ断層運動を示す応力が，別府島原地溝帯内部では正断層型の分布が見られる．

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　地震火山観測研究センター
　他機関との共同研究の有無：あり
　大倉敬宏　京都大学理学研究科　
　中尾茂　鹿児島大学理学部

（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：地震火山観測研究センター
　電話：0957‐62‐6621
　e‐mail： webmaster@sevo.kyushu‐u.ac.jp