内陸活断層の微細構造，応力場の解明

平成20年度年次報告

課題番号：5001

（1）実施機関名：

　独立行政法人産業技術総合研究所

（2）研究課題（または観測項目）名：

　内陸活断層の微細構造，応力場の解明

（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・応力集中メカニズム

（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：

　内陸活断層の周辺で発生するマグニチュード0程度の非常に小さな地震のメカニズム解の決定法の実用化‐適用、断層周辺のS波異方性空間分布の決定、断層周辺の浅部応力場の測定手法の開発‐適用、断層周辺の微細構造の決定を行う｡それらを総合的に利用し断層周辺の応力場、断層セグメントや断層破砕帯の深部構造、断層への歪蓄積過程の解明を行なう｡平成20年度は、本計画の最終年度にあたり、上記にあげた各項目の取りまとめに重点を置くと同時に、糸魚川‐静岡構造線での微小地震観測の継続、地震発生予測シミュレータの開発に着手する。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　中越地域の地震発生予測シミュレータで、非弾性の効果等を考慮したモデルの高度化を行う。糸魚川‐静岡構造線断層帯（以下、糸静線）での地震発生予測シミュレータ構築のため、既存の地質情報・地殻深部情報、新たな地震観測による断層構造情報、地殻応力測定情報を加え、深さ15km程度までの3次元地下構造モデルの構築を開始する。また糸魚川静岡構造線中部での微小地震観測を継続するとともに、新たに北部に地震観測点を8箇所程度設置し、データの蓄積を行う。さらに臨時観測データもあわせ、糸魚川‐静岡構造線中南部に渡る応力場の把握を行う。断層浅部の応力については、中国の安寧河‐則木河断層系周辺域や東南海・南海で取得した浅部応力方位データのとりまとめを行い、応力源について考察を行う。また応力方位測定のノイズと考えられる周辺の地形効果などの影響を考察するための基本ソフトを導入し、汎用化のためのシステム設計を行なう。中央構造線を貫通するボーリングコアに基づき、断層帯内部構造を明らかにする。さらに中央構造線に沿った断層深部の変形条件、応力状態の不均質の全体像を明らかにする。また細粒長石について、塑性流動の構成則を決定するとともに、変形機構を決定する。また実験室における脆性‐塑性遷移の条件を明らかにする。

（7）平成20年度成果の概要：

　中越地域の地震発生予測シミュレータ開発では、本地域の上部マントルまでの地下構造に基づく、不均質・粘弾性有限要素モデルを構築し、2007年中越沖地震発生への2004年中越地震の影響を検討した。その結果、図1に示すように下部地殻の粘性の効果によって、2004年中越地震が2007年中越沖地震を誘発した可能性が示された。糸魚川‐静岡構造線（糸静線）断層帯の地下構造のモデル化では、上記（6）の実施計画に沿って、糸静線を含む広域のモデル化を行った。糸静線周辺の微小地震の解析では、主に北部セグメント中の南側約半分の領域の応力場の解析を行い、本領域が横ずれの応力場であることが分かった（図2）。浅部応力方位の測定に関しては、中国の安寧河‐則木河断層については応力方位測定結果の解釈について検討中である。東南海・南海については測定結果が深度によってばらつきがあり、データの精度を検討中である。応力方位測定のための地形効果の影響を評価するソフトについては、デジタル地形データから有限要素モデルを構築し、地形の影響を迅速に計算するためのシステムを構築した。中央構造線を貫通したボーリングコアの解析からは、中央構造線の上盤に、厚さ数10mの変形集中域が約100mの間隔で2層存在することが確認された。細粒長石の変形実験では、800℃、200 MPa の環境下において歪速度2.0×10^‐5s^‐1の条件で破壊を伴う変形がおこることを確認した。 1.5×10^‐5s^‐1の条件では均質な流動変形が確認されており、今後事例を増やし、脆性‐塑性遷移条件を決定する予定である。

（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）：

　長 郁夫・桑原 保人物理モデルに基づく六日町断層の長期評価への取り組み, 地質ニュース, 649, 32‐36, 2008
　今西和俊，桑原保人，長郁夫，断層帯周辺における自然地震観測（微小地震メカニズム，応力解析），糸魚川‐静岡構造線断層帯における重点的な調査観測，平成19年度成果報告書，文科省，61‐67，2008
　今西 和俊・桑原 保人・長 郁夫・干野 真・武田 哲也・針生 義勝，2004年新潟県中越地震の震源域南部隣接域の地震空白域における臨時地震観測，地質ニュース, 649, 16‐22, 2008
　桑原　保人，中越地域の地震発生予測の研究の特集にあたって，地質ニュース, 649, 8. 2008
　Mizuno, T., Y. Kuwahara, H. Ito, and K. Nishigami, Spatial Variations in Fault‐Zone Structure along the Nojima Fault, Central Japan, as Inferred from Borehole Observations of Fault‐Zone Trapped Waves, BSSA., 98, 558‐570, 2008

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

1）活断層周辺で観測点間隔5km程度の臨時地震観測を実施しP波とS波の振幅を用いることによって、マグニチュード0程度の極微小地震のメカニズム解を大量に決定できることを示した。本手法を跡津川断層、新潟県中越地震震源域、糸静線に適用し、これが活断層周辺の応力場推定に有効であることを示した。

2）跡津川断層については、1）の方法に加えS波偏向異方性、速度トモグラフィを適用し、応力場が浅部から深部に向かって逆断層型から横ずれ型に変化すること、S波異方性から推定される主圧縮軸の方向が断層遠方から断層に近づくに従い断層と45度以上の高角から45度に変化していること、断層沿いに発生する微小地震の発生深度の下限よりも深い場所に低速度領域が存在すること等の結果が得られた。これらを説明する断層の応力蓄積モデルとしては、断層深部での定常すべりが適当であることを示した。

3）新潟県中越地域で地震空白域である六日町断層・十日町断層を中心とした70km x 160kmの矩形領域について、浅部地質構造、速度トモグラフィ、重力基盤、ボーリングデータ、極微小地震による応力場解析に基づいて3次元地下構造モデルと応力分布モデルを構築した。また、この地域の地下構造モデルと実験室で得られた摩擦則を想定した断層運動シミュレーションを基礎とする地震発生サイクルシミュレーションモデルの構築と、それに基づく地震発生アンサンブル予測手法を提案した。

4）糸静線全域に上記1）の方法を適用、応力テンソルインバージョンを実行し、応力分布の地域性を明らかにした（図2）。全域にわたって主応力軸の方向は、地震を発生させ易い方向であることが分かった。

5）安価に実施可能な応力方位測定手法を開発し、浅部応力方位測定装置を制作した。跡津川断層、警固断層、中国の安寧河‐則木河断層系周辺域で応力方位測定を実施し、その有効性と適用上の問題点を明らかにした。

6）紀伊半島の中央構造線近傍で、結晶格子定向配列に基づき、石英が300 ℃～400 ℃付近の温度条件で転位クリープにより変形したことを明らかにした。このほか、中央構造線を貫通するボーリングコアを得ることができ、断層帯内部構造の実態を明らかにした。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　地質情報研究部門地震発生機構研究グループ
　他機関との共同研究の有無：
　東大地震研究所、京大防災研究所、防災科研、総数10人以上

（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：地質情報研究部門地震発生機構研究グループ
　e‐mail：y‐kuwahara@aist.go.jp
　URL：http://unit.aist.go.jp/igg/rg/seisprocess‐rg/

図1　下部地殻の粘性の効果と3次元地殻構造を考慮した，2004年中越地震によるクーロン破壊応力の時間変化。左からそれぞれ直後，2年後，4年後の平面図（上図）と断面図（下図）。F1は2004年中越地震，F2は2007年中越沖地震の断層面を表す。約2年後には2007年中越沖地震の震源付近で地震発生を促進させる応力場に変化したことがわかる。

図2　本研究で決定された糸魚川‐静岡構造線断層帯全域の微小地震のメカニズム解（左図）と，活断層調査（中図）および微小地震のメカニズム解から推定された応力場の特徴（右図）。