活断層系のセグメンテーションの研究

平成20年度年次報告

課題番号:5002

(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:

 活断層系のセグメンテーションの研究

(3)最も関連の深い建議の項目:

 1.(2)エ地震発生サイクル

(4)その他関連する建議の項目:

 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:

 日本の主要活断層について、固有の活動履歴もつと考えられるセグメント単位に区分し、断層長および活動性などの断層パラメータの地域的分布を解明する。また、これらのセグメント間の連動破壊について、統計的および断層力学的に評価する手法を開発し、地震規模の確率論的評価を行う。
 平成20年度には、多数の活動セグメントから構成される大規模断層系から発生する地震、および固有規模以下の地震の発生予測に関する研究について、一部新規データの取得を行うとともに5カ年成果のとりまとめを行う。また、動的・静的な断層相互作用に関する研究、広域地震テクトニクスに基づいた内陸地震発生予測についても、補足データの追加とともにこれまでの解析結果のとりまとめを行う。

(6)平成20年度実施計画の概要:

 セグメント構造・セグメント間相互作用解明のための事例研究として、糸静線全域の数ヶ所でトレンチ調査を実施し、過去1万年間程度の活動履歴を明らかにする。また、北部の断層上盤側(東側)に分布する小谷中山断層や活褶曲構造などに着目し、地質構造と微小地震活動との関係及び地下のセグメント構造について検討する。最終的に5カ年間に取得した古地震履歴をとりまとめ、地震サイクル毎の破壊域の変化やセグメント間の連動性についてとりまとめる。
 地震と断層のスケール則について、平成19年度までに実施した中国、トルコ、インド、パキスタン等での調査結果の最終とりまとめを行い、破壊進展・停止に関わるセグメント境界のパラメータを整理する。この際、一部調査が不十分な断層について追加調査を実施する。さらに、Wells & Coppersmith(1994)以降の全世界の地震および地震断層を中心に文献調査・レビューを実施し、新たな経験式の提案を行う。地表地震断層の出現率の検討も同時に行う。
 セグメント間の動的破壊に関する研究では、セグメント境界部分の初期応力に不均質を与えた場合の連動性を数値計算により模擬する。特に、当年度は逆断層運動による地震について集中的に検討し、これまでの横ずれ断層運動の場合とともに5カ年のとりまとめを行う。さらに、繰り返す地震ごとの残留応力分布や静的応力場の変動を考慮して、より複雑な初期応力条件下でのシミュレーションを行い、5カ年間の基礎研究の現実の断層への応用を試みる。
 広域地震テクトニクスの研究として、東北地域を対象に段丘面区分・編年の調査研究、各種の地質・地物データのコンパイルに関して最終とりまとめを行う。東北日本弧に作用する長波長隆起の速度には、顕著な地域差があるため、東北日本弧中部(平成19年度調査実施)のみではなく、東北日本弧全体の長波長隆起速度分布を把握する。そのため、当年度は日本海溝に沿った方向で、三陸海岸に分布する海成段丘面を編年・対比し、隆起速度分布を追加調査する。とくに八戸以南の三陸海岸において、海成段丘面の対比・編年をクリプトテフラ分析によって行う。ただし、この地域のクリプトテフラ層序は未確立であるため、テフラ供給源と推定される風上地域(奥羽山脈周辺またはその以西)でのテフラ分析を同時並行で行う。これらの調査結果と既往の活断層データ、平成19年度までの東北日本弧中部での結果を用いて、第四紀後期の長波長変形の様式と速度をとりまとめる。

(7)平成20年度成果の概要:

 セグメント構造・セグメント間相互作用解明のための事例研究としては、糸静線中部釜無山断層群の4箇所でトレンチ調査を実施した。その結果、最新活動時期が1000‐1200年前頃に絞られる可能性が高まった。また、1700‐1800年前頃にも地震イベントが検出され、活動間隔や地表出現位置のばらつきを検討する材料となった。
 地震と断層のスケール則については、中国フーユン地震断層、トルコ北アナトリア断層等の最近数年間に実施した調査結果を導入することにより、横ずれ型地震断層の破壊伝播を止めるジョグの規模に関する経験則を導いた。
 セグメント間の動的破壊に関する研究では、傾斜方向が異なる2つの断層の連動性について、動力学的破壊シミュレーションにより考察した。断層周辺の応力場の時空間変化とその成因から、地表トレースが近い2つの逆断層は連動しにくい一方で、地下深部での断層間距離が短い2つの逆断層が連動する可能性の方が高いことが示された。後者の例としては、1993年北海道南西沖地震があげられる。このことから、連動性を評価する上では、地表の断層トレースのみに捕らわれるのではなく、地下(特に、地震発生層に対応する深さ)での3次元形状を考慮して相互作用を考える必要があることがわかる。また、傾斜方向が異なることにより生じる断層面にはたらく初期応力の差と、前の地震からの残留応力の分布が、連動性に影響を与える可能性を示した。
 広域地震テクトニクスの研究では、東北日本の広域地震テクトニクス研究の一環として、日本海溝沿い(下北・上北・北三陸・南三陸)に分布する海成段丘を対象に、テフラ分析を通じて編年を行った。また特定のテフラ粒子について、鉱物中のメルト包有物の化学分析を行い、テフラ対比の確度を向上を試みた。それにより求められた長期的な隆起速度と、測地学的に求められた地殻変動速度との比較を行った結果、東北日本外弧は長期的には緩慢に隆起しているものの、短期的には高速で沈降しており、両者は全く逆の方向で、かつ速度の桁が異なることがわかった。

(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):

 Kondo, H., K. Okumura, S. Toda, K. Takada, and T. Chiba, A fault scarp identified in an urban district by LiDAR survey: A case study on the Itoigawa‐Shizuoka Tectonic Line, central Japan, Geomorphology, 101, 731‐739, 2008.
 Kondo, H., T. Nakata, Sardar S. Akhtar, S. Wesnousky, N. Sugito, H. Kaneda, H. Tsutsumi, A.M. Khan, W.  Khattak and A. Kausar, Long recurrence interval of faulting beyond the 2005 Kashmir earthquake around the northwestern margin of the Indo‐Asian collision zone, Geology, 36, 731‐734, 2008.
 H. Kaneda, T. Nakata, H. Tsutsumi, H. Kondo, N. Sugito, Y. Awata, S.S. Akhtar, A.M. Khan, W. Khattak, A.A. Awan, R.S. Yeats, A. Hussain and A.B. Kausar, Surface rupture of the 2005 Kashmir, Pakistan, earthquake and its active tectonic implications, Bulletin of the Seismological Society of America, 98‐2, 521‐557, 2008.
 Matsu'ura, T., Furusawa, A., Saomoto, H., Long‐term and short‐term vertical velocity profiles across the forearc in the NE Japan subduction zone, Quaternary Research, doi:10.1016/j.yqres.2008.12.005, 2009.

(9)本課題の5ヵ年の成果の概要:

 活断層から発生する地震の規模予測のため、活断層を固有の活動履歴もつと考えられるセグメント単位に区分するとともに、断層長および変位量などの断層パラメータと地震規模のスケーリング則を確立するため、日本、中国、トルコ、パキスタン等において詳細なデータを収集した。また、これらのセグメント間の連動破壊についての動的破壊シミュレーションを実施した。その結果、セグメント連動破壊に関するいくつかの経験則を導くことができた。また東北日本弧の長期的な隆起速度を求め、測地学的に求め得られた地殻変動の速度と大きく異なることを示した。

(10)実施機関の参加者氏名または部署等名:

 活断層研究センター活断層調査研究チーム
 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:活断層研究センター活断層調査研究チーム
 電話:029‐861‐2465
 e‐mail:yoshioka‐t@aist.go.jp
 URL:http://unit.aist.go.jp/actfault/activef.html

図1 東北日本における長期および短期上下変動プロファイル。 (A)東北日本弧中央部の断面作成位置図(B)第四紀 後期における隆起速度。河成段丘面および海成段丘面の現地調査に より得られたもの。(C)GPS連続観測から得られた短 期的上下変動。個々のデータに関するエラーバーは99%信頼区 間を示す。東北日本弧の中央部を南北に走るヒンジライン(破線) が想定され、前弧域では沈降傾向、背弧域では隆起傾向にある。本研究で得られた傾向は既往の研究成果と整合する。(D)P波速度構造のプロファイル(Nakajima et al。、 2001)、モホ面の深度はNakajima et al。 (2002)による。暖色および寒色はそれぞれ低速度域、高速度域を表す。赤三角は火山、黒点は震源を示す。図中の14。03°、 28。80°はそれぞれ太平洋プレートの沈み込み角度を示す。(E)断層上端深度による上下変位プロファイル。du/Uは断層変位量(U)により正規化された地表での上下変位量(du)を示す。モデルとなった断層は(D)赤破線に示すように、深さ50kmまでは傾斜14。03°、それ以深の100kmまでは28。80°と設定した(Matsu'ura et al., 2009)。

図1 東北日本における長期および短期上下変動プロファイル。
(A)東北日本弧中央部の断面作成位置図(B)第四紀 後期における隆起速度。河成段丘面および海成段丘面の現地調査に より得られたもの。(C)GPS連続観測から得られた短 期的上下変動。個々のデータに関するエラーバーは99%信頼区 間を示す。東北日本弧の中央部を南北に走るヒンジライン(破線) が想定され、前弧域では沈降傾向、背弧域では隆起傾向にある。本研究で得られた傾向は既往の研究成果と整合する。(D)P波速度構造のプロファイル(Nakajima et al。、 2001)、モホ面の深度はNakajima et al。 (2002)による。暖色および寒色はそれぞれ低速度域、高速度域を表す。赤三角は火山、黒点は震源を示す。図中の14。03°、 28。80°はそれぞれ太平洋プレートの沈み込み角度を示す。(E)断層上端深度による上下変位プロファイル。du/Uは断層変位量(U)により正規化された地表での上下変位量(du)を示す。モデルとなった断層は(D)赤破線に示すように、深さ50kmまでは傾斜14。03°、それ以深の100kmまでは28。80°と設定した(Matsu'ura et al., 2009)。

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