東海地震の予測精度向上及び東南海･南海地震の発生準備過程の研究

平成20年度年次報告

課題番号：7008

（1）実施機関名：

　気象庁気象研究所

（2）研究課題（または観測項目）名：

　東海地震の予測精度向上及び東南海･南海地震の発生準備過程の研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

　2．（2）イ地殻活動モニタリングシステムの高度化

（4）その他関連する建議の項目：

　2．（1）イ　特定の地域
　2．（2）ウ　東南海・南海地域
　3．（3）地下構造と状態変化をモニターするための技術の開発と高度化

（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：

• 東海地域に適用した3次元摩擦構成則に基づく物理モデルを南海トラフ沿いに拡張し、数値シミュレーションを行って、巨大地震相互の影響評価により連動の可能性を評価する。また現実に近いスロースリップの再現実験を行う。平成20年度は、東海・東南海・南海地域の大地震に到るまでのシミュレーションについて精度向上を図り、また、東海地域におけるスロースリップのモデルの改良に引き続き取り組む。
• 精密な力学モデルを得るため東南海・南海地域の地殻・プレート構造調査を進める。特に東海・東南海地域の境界部分のプレート構造の解明を重点に進め、地震発生シミュレーションのための3次元数値モデル作成に活用する。平成20年度は紀伊水道沖において自己浮上式海底地震計による観測を実施する。
• 地殻活動をモニターする手法として、精密制御震源（アクロス）からの信号を既存の地震観測網により観測し連続的な物性値の変化を解析する。このため東海地域に精密制御震源を設置し、観測解析を行う。平成20年度はアクロス信号の送信を継続し、地殻状態のモニタリング手法を改良するとともに、アレイ観測を行いプレート境界からの反射波の確認に取り組む。
• 地殻の上下変動については、潮位、GPSなどを中心に精度の向上を図る。平成20年度は海水温観測及びGPS観測を継続するとともに、海況データを利用した潮位データ解析手法の改良を行う。
• 水平地殻変動に関しては、スロースリップなどの現象を的確に観測するため、GPSと体積歪計など従来からの地殻変動測器との中間の時空間分解能を持つ、レーザー式変位計の技術開発を進め試験観測実施を目指す。平成20年度はレーザー式変位計の光路長を延長し、静岡観測坑道内において試験観測を行う。

（6）平成20年度実施計画の概要：

• 東海・東南海・南海地震が連動する地震発生シミュレーションモデルにおいて、プレート境界の摩擦特性などの条件が地震発生の順序に及ぼす影響などを引き続き検討し、観測データとの比較を行う。東海地域におけるスロースリップの領域、すべり量などの観測結果とより整合するようモデルの改良を行う。
• 南海地震の震源域である紀伊水道南方沖において海底地震観測を実施し、これらの海域で発生する地震の震源を精密に求め、プレート境界付近の震源分布を詳細に把握する。
• アクロス信号の送信と解析を継続し、地殻状態のモニタリング手法の改良を行う。
• アクロス信号のプレート境界からの反射波を確認するためのアレイ観測を行う。
• 海水温観測及びGPS観測を継続し、海況データを利用した潮位データ解析手法の改良を行う。
• 静岡観測坑道内におけるレーザー式変位計の光路長を延長し、機能確認実験と試験観測を行う。

（7）平成20年度成果の概要：

• 東海・東南海・南海地震が連動する地震発生シミュレーションモデルにおいて、GPSの観測データと整合するような摩擦パラメータを推定した。その結果、固着域の深さ方向の広がりをこれまでの10km～30kmより狭く設定する方が、観測結果と整合的であることが分かった。
• 東海地域におけるスロースリップの領域、すべり量などの観測結果とより整合するようモデルの改良を行い、スロースリップが繰り返した後に東海地震に至る可能性を指摘した（図1）。

図1　シミュレーションによるスロースリップの再現。（左）フィリピン海プレート境界面上のすべり速度分布の時間変化。青は陸のプレートとフィリピン海プレートが固着している領域、赤はすべりを開始している領域を表す。図中の数字は計算開始からの経過時間（年）である。（右）浜名湖直下のプレート境界におけるすべり速度の時間変化。

• 南海地震の震源域である紀伊水道南方沖において海底地震観測を実施し、以前の観測によって検知した潮岬南方のトラフ軸よりも南側の地震活動が更に西側に広がっていることを明らかにした。
• アクロス信号の送信と解析を行い、数10kmの震央距離の範囲において0.1msの走時変化が検知可能であることを確認した。また走時に年周変化が見られ、気温や降水量などの気象要素との相関があること、直達波よりも後続相のほうが変化量が大きいことを見いだした。（図2）

　図2 アクロス信号と、各観測波群（左）における走時変化（右）。

• アクロス信号のアレイ解析を行い､走時及びみかけ速度から地殻浅部または深部を伝搬した信号を確認した。
• 気象研究所共用海洋モデル（MRI.COM）が月平均潮位の絶対的な補正にどの程度活用できるかを確認した。モデル値を用いた絶対補正はまだ実用の域に達していないが、離島など相対的な補正が困難な地点についてはある程度の補正効果が得られた。
• 静岡観測坑道内におけるレーザー式変位計の試験観測を継続し、短期的スロースリップなどの観測値を確認した（図3）。ノイズレベルの解析に基づく、レーザー式変位計の異常現象検知レベルについて評価し、長期的スロースリップがこれまでよりも早期に検知できる可能性を示した。また、光路長を更に延長した。

 

　図3 レーザー式変位計による観測記録と多成分歪計による計測結果の比較（左）と観測点分布（右）。

（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）：

査読論文：

1. 弘瀬冬樹・前田憲二・高山博之, 東海地域の長期的スロースリップイベントおよび地震サイクルの再現, 地震, （投稿中）
2. Yamamoto, T., A. Kobayashi, A. Katsumata, and S. Mori, 2008: Evaluation of detection level of crustal deformation observation in the time domain through power spectrum analysis, Journal of the Geodetic Society of Japan, 54, 2, 81‐91.

非査読報告：

1. 弘瀬冬樹・前田憲二・高山博之, 南海トラフ沿い巨大地震の破壊開始点および発生時期の推定‐フィリピン海スラブの3次元沈み込み形状を用いた地震発生シミュレーション‐, 月刊地球号外, （投稿中）

学会等講演要旨集：

1. 弘瀬冬樹・前田憲二・高山博之, 2008, 東海地域の長期的スロースリップイベントの再現‐その3‐, 日本地球惑星科学連合2008年大会予稿集, S142‐P010.
2. 吉田　康宏・勝間田　明男・岩切　一宏・国友　孝洋・熊沢　峰夫・増田　俊明, 2008: 静岡県森町から送信されているアクロス信号の解析 ‐伝達関数の特徴‐, 日本地球惑星科学連合2008年大会, O135‐009.
3. 吉田　康宏・岩切　一宏・勝間田　明男, 2008: 天竜船明トンネルに設置した地震アレイによる森町アクロス送信信号の解析, 日本地球惑星科学連合2008年大会, O135‐002.
4. 勝間田 明男・吉田 康宏・岩切 一宏, 2008: 弾性波アクロス送信波のフィリピン海プレート境界反射点, 日本地球惑星科学連合2008年大会, O135‐003.
5. 勝間田 明男・山本 剛靖・浜田 信生・吉川　澄夫, 2008: スロースリップ検知のための長基線レーザー伸縮計の開発, 日本地球惑星科学連合2008年大会, S144‐010.
6. Hirose F., K. Maeda, and H. Takayama, 2008, Simulation of the Recurrence of Long‐term Slow Slip Events in the Tokai Region with Locally Elevated Pore Pressure, Proceeding of the 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and the 2008 Fall meeting of Seismological Society of Japan, X3‐053.
7. Takayama H., K. Maeda, and F. Hirose, 2008, Estimation of a‐b Value by Comparing Simulated Crustal Movement with GPS Observation, Proceeding of the 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and the 2008 Fall meeting of Seismological Society of Japan, X3‐062.
8. Yoshida, Y., A. Katsumata, K. Iwakiri, M. Nishi, T. Kunitomo, M. Kumazawa and T. Masuda, 2008, The temporal change in travel time detected by seismic ACROSS transmitter at Mori‐machi, Proceeding of the 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and the 2008 Fall meeting of Seismological Society of Japan, X3‐080.
9. Iwakiri, K., Yasuhiro Yoshida, Akio Katsumata, Hirokazu Itoh, Naoyuki Fujii, Mineo Kumazawa, Takahiro Kunitomo, Mikio Satomura: Analysis of seismic ACROSS signal at Morimachi using seismic array installed near Mt. Fuji Shizuoka Airport, ASC2008, X3‐078.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

• 速度・状態依存摩擦構成則に基づく3次元地震発生シミュレーションモデルを南海トラフ域について作成し、地震発生に関わるプレート形状効果・摩擦パラメーターの条件等のいくつかについて明らかにするとともに、GPSの観測データに整合する摩擦パラメーターの推定を行った。
• 東海地域におけるスロースリップに関するモデルを開発し、スロースリップが繰りかえされた後に、東海地震に至る可能性を指摘した。
• 東南海・南海地震震源域において、自己浮上式海底地震計による観測を行い、フィリピン海プレート内部における応力集中を反映して発生しているとみられる地震活動の状況を明らかにした。
• 精密制御震源装置（アクロス）を静岡県森町に設置し、その信号の連続モニターを行った。その結果、震央距離100kmに及ぶ範囲において、プレートからの反射波を含む信号を確認するとともに、非常に微少な地震波速度変化を観測することに成功した。
• 舞阪における潮位記録を解析し、東海地域の長期的スロースリップが繰り返し発生していることを明らかにした。
• 潮位記録から地殻上下変動を推定するための津村（1963）の区分の検証を行い、一部を除きほとんどの地点で区分が適切であることを確認した。各検潮所間の相関係数の高い地点を用いた海況補正の方が、津村の区分を用いるより補正効果が向上することが確認された。
• レーザー式変位計を開発し、短期的スロースリップの観測などに成功した。そのデータの解析し、長期的スロースリップの検知の能力があることを確認した。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　気象研究所地震火山研究部
　他機関との共同研究の有無：あり
　東濃地科学センター　1人、名古屋大学　3人、静岡大学　4人

（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：気象研究所企画室
　電話：029‐853‐8536
　e‐mail：ngmn11ts@mri‐jma.go.jp
　URL：http://www.mri‐jma.go.jp