深部低周波微動とスロースリップの解明

平成20年度年次報告

課題番号:3002

(1)実施機関名:

 独立行政法人防災科学技術研究所

(2)研究課題(または観測項目)名:

 深部低周波微動とスロースリップの解明

(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・南海地域
 1.(1)イ.列島規模のプレート内の構造と変形
 1.(2)イ.内陸地震発生域の不均質構造と歪・応力集中機構
 1.(2)ウ.地震発生直前の物理・化学過程
 2.(2)ア.日本列島域
 2.(2)エ.その他の特定地域

(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:

 深部低周波微動,深部超低周波地震,及びスロースリップイベントは,巨大地震発生域である固着域よりも深部プレート境界付近にて発生していると考えられ,その発生メカニズムを解明することは,プレートの沈み込みプロセスを理解するうえで大変重要であり,巨大地震発生の予測においても重要な地球物理現象である.特に,これらの活動の周期性はプレート境界型地震の地震発生サイクルを考察する上で重要であると共に,流体との関係を明らかにすることは,沈み込み境界におけるプレートの結合状態や摩擦特性,地震発生への準備過程を理解する上で重要である.したがって,これらの現象の空間分布や活動の時間変化を明らかにするためにモニタリングを高度化し,発生場所,発生機構,相互関係等を解明すると共に,これらの発生源とプレート境界の幾何学的形状との位置関係,地下不均質構造や流体等との関係を明らかにして,これらの現象の発生メカニズムとプレート境界深部プロセスを解明することを到達目標とする.また,日本列島全域においてこれらのスロー地震に関するモニタリングを実施し,現象発生の有無とテクトニクスとの関係について明らかにする.平成20年度では西南日本及び全国でのモニタリングを継続するとともに,深部低周波微動,深部超低周波地震,及びスロースリップイベントの関係,さらにプレート境界不均質構造との関連について解析を進める.

(6)平成20年度実施計画の概要:

 防災科研Hi‐netのデータを用いて,深部低周波微動及び深部超低周波地震のモニタリングを全国規模で実施するとともに,一部地域ではアレイデータを活用し詳細な微動解析を行う.傾斜観測によるスロースリップイベントのモニタリングも併せて実施し,スロースリップが観測された場合には,断層モデルの推定を行い,微動,超低周波地震あるいは地震活動とスロースリップとの関連について解析を進める.特に,過去に発生したイベントを含めて再解析によるカタログ化を進めるとともに,スロースリップイベントの時間発展インバージョンに基づいて各イベントでのすべり挙動を精査し,深部超低周波地震の震源過程や深部低周波微動の輻射エネルギー分布から,それぞれの役割を解明するとともに,スケーリング則を導出する.また,この関係から微動発生域におけるプレート境界すべり量の経験的推定を行うとともに,プレート境界付近の不均質微細構造との関連性を考慮し,遷移領域におけるプレート沈み込みの不均質の解明を試みる.

(7)平成20年度成果の概要:

  • 活発な深部微動活動に同期した短期的なスロースリップイベントは,四国東部(2008年2月),四国西部(2008年3月及び9~10月),紀伊半島北部(2008年3月,6月及び11月),愛知県(2008年5月及び2008年8~9月)において確認され,夫々のスロースリップについて断層パラメタが推定された.さらに,これらの活動に同期して周期約20秒に卓越する深部超低周波地震の発生も確認されている.その中で,2008年11月の紀伊半島の活動については,北東及び南西の両方向に移動し,特に伊勢湾付近で顕著な超低周波地震活動を伴った.またそれ以外の場所でも,小規模な深部低周波微動活動は,それぞれの地域における固有の周期にしたがって発生している.
  • スロースリップイベントの詳細なすべり過程を明らかにするため,傾斜データに基づくすべりの時間発展インバージョンの手法を開発し,2002年から2007年に四国西部で発生した7つの短期的スロースリップイベント(SSE)について,その詳細なすべりの時間発展を推定することに成功した.その結果,殆どのSSEで毎回活動するすべり領域があることが明らかになった.またSSEと微動源は時空間的によい相関があることも分かった.この結果は,様々な「スロー地震」が共通の発生メカニズムをもつことを示唆する.
  • 深部低周波微動の位置および輻射エネルギー推定手法を開発し,微動の輻射エルギーの時間変化が近傍観測点における傾斜変動と極めて良い一致を示し,空間的には強い空間不均質性を有することが明らかになった.また,微動のエネルギーとスロースリップイベント,超低周波地震のモーメントの比較を行った結果,いずれの場合もモーメントと輻射エネルギーの比が10^(‐9)‐10^(‐10)の範囲にあり,通常の地震とは全く異なるスケーリング則を持つことが確認された.
  • 深部超低周波地震の震源時間の推定を行い,特徴的時間が長いほどその伝播速度が遅くなるスケーリング則の存在を明らかにした.長期的・短期的スロースリップの発生をすべり速度・状態依存摩擦則に基づいたシミュレーションにより数値的に再現した.間隙水圧が周囲よりも高くなっている領域を設定してシミュレーションを行ったところ,この領域では長期的スロースリップが発生し,他の同じ深さの領域では短期的スロースリップが発生した.このように長期的・短期的スロースリップが隣あって発生するような挙動は東海地方や四国西部における観測事実と調和的である.また,長期的スロースリップの発生付近では,短期的スロースリップも活発になり,これも観測事実と調和的な挙動である.
  • アレイ解析に基づき,定常観測では検知できない微動イベントの検知が可能になったとともに,移動の詳細が明らかとなり,時速2‐5kmで移動する微動活動を検出した.
  • スロー地震の発生メカニズムを解明する上で,類似の現象を調査することも大変重要である.房総半島沖では6‐7年毎にスロースリップイベントが繰り返され,微動ではなくて群発地震を伴いながら発生する.この地域において,2007年8月に房総半島で発生したSSEのすべり過程を,傾斜変動とGPSデータにもとづき推定した.その結果,同時に発生した群発地震活動よりも前にSSEが開始していたことや,すべりと地震活動の場所およびその時間変化に良い対応があることが分かった.

(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):

(9)本課題の5ヵ年の成果の概要:

  • 深部低周波微動や短期的スロースリップイベントに同期して発生する,周期約20秒に卓越する深部超低周波地震を発見したとともに,CMT解析に基づきこれらの地震が低角逆断層のメカニズム解を有し,プレート境界で発生している現象であることを示した.また,フォワードモデリングから超低周波地震の震源時間が10秒程度であることを推定したとともに,特徴的時間が長いほどその伝播速度が遅くなるスケーリング則の存在を明らかにした.
  • 2004年12月に愛知県中部で発生した微動活動に同期した短期的スロースリップイベントを初めて準リアルタイムで検出し,短期的スロースリップイベントが微動活動とのカップリング現象であることを示した.また2006年1月には,紀伊半島側から愛知県まで深部低周波微動,深部超低周波地震,及びスロースリップイベントが連続的に移動した.それぞれの地域は通常は別々のセグメントとして独立に活動しており,セグメントを越えて連動したのは初めてのことである.それ以外の地域では,四国西部ではほぼ半年周期,四国東部などでは3ヶ月周期で活動が繰り返され,セグメントごとに再来周期が異なることや微動源の移動性などに関する知見が蓄積した.全国を対象としたモニタリングに基づくと,深部低周波微動については,これまで明らかにされている西南日本以外には,まだ検出されていない.
  • ダブルディファレンス法やアレイデータを利用した手法に基づき,微動の発生する深さ及び微動の移動に関する詳細な微動源決定が可能となった.また,従来のエンベロープ相関法に振幅情報を加えた新たな微動検出手法を開発し,微動輻射エネルギーの時間変化の定量的評価を可能とした.さらに,スロースリップイベントの詳細なすべり過程を明らかにするため,傾斜データに基づくすべりの時間発展インバージョン手法を開発し,それぞれの顕著なエピソードについて,微動の移動と調和的なすべり領域の移動が示されたとともに,すべり量の大きな領域と微動輻射エネルギーの高い領域が一致することが明らかになった.
  • 2007年8月に発生した房総半島沖スロースリップイベントについて,断層モデル,すべり時間経過を明らかにするとともに,同期した群発地震活動が滑り領域を縁取るように発生していた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:

 小原一成・関根秀太郎・廣瀬仁・前田拓人・松澤孝紀・上野友岳
 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:防災科学技術研究所企画部広報普及課
 電話:029‐851‐1611
 e‐mail:toiawase@bosai.go.jp
 URL:http://www.bosai.go.jp/index.html 

図1.2001年~2009年1月の西南日本における深部低周波微動(赤)及び深部超低周波地震(青)発生状況.

図1.2001年~2009年1月の西南日本における深部低周波微動(赤)及び深部超低周波地震(青)発生状況.

図2.(左)2008年11月に紀伊半島北東部で発生した深部低周波微動に伴う短期的スロースリップイベントによる傾斜変化.(右)深部低周波微動(橙点),深部超低周波地震(星),傾斜変化(矢印)と推定された短期的スロースリップイベント断層モデル.

図2.(左)2008年11月に紀伊半島北東部で発生した深部低周波微動に伴う短期的スロースリップイベントによる傾斜変化.(右)深部低周波微動(橙点),深部超低周波地震(星),傾斜変化(矢印)と推定された短期的スロースリップイベント断層モデル.

図3.四国西部における,すべりの時間発展インバージョンに基づいて推定れた短期的スロースリップイベントのすべり領域 (コンター) と,深部低周波微動の震央(橙点),超低周波地震の震央(星印)の比較.

図3.四国西部における,すべりの時間発展インバージョンに基づいて推定れた短期的スロースリップイベントのすべり領域 (コンター) と,深部低周波微動の震央(橙点),超低周波地震の震央(星印)の比較.

図4.(左)深部超低周波地震の理論波形(実線)と観測波形(点線)との比較.理論波形は震源時間が8秒(橙),12秒(青),16秒(緑)の場合であり,このうち12秒が最適である.(右)超低周波地震の応力降下量を10kPa及び1MPaにしたときの特徴的時間と伝播速度との関係.

図4.(左)深部超低周波地震の理論波形(実線)と観測波形(点線)との比較.理論波形は震源時間が8秒(橙),12秒(青),16秒(緑)の場合であり,このうち12秒が最適である.(右)超低周波地震の応力降下量を10kPa及び1MPaにしたときの特徴的時間と伝播速度との関係.

図5.2007年房総半島スロースリップイベントのすべり分布と,群発地震活動の震央分布

図5.2007年房総半島スロースリップイベントのすべり分布と,群発地震活動の震央分布.

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研究開発局地震・防災研究課

(研究開発局地震・防災研究課)