別府‐島原地溝帯における地震活動と火山活動の相互作用の研究

課題番号：2201

（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：

別府‐島原地溝帯における地震活動と火山活動の相互作用の研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

2．地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（1）日本列島及び周辺域の長期・広域の地震・火山現象
　エ．地震活動と火山活動の相互作用

（4）その他関連する建議の項目：

2．地震・火山現象解明のための観測研究の推進
（1）日本列島及び周辺域の長期・広域の地震・火山現象
　ウ．広域の地殻構造と地殻流体の分布

（2）地震・火山噴火に至る準備過程
　ウ．ひずみ集中帯の成因と内陸地震発生の準備過程

（5）平成20年度までの関連する研究成果（または観測実績）の概要：

　「地震活動と火山活動の相互作用」に関する研究は，これまでの予知計画にはなく，新規課題である。しかし，相互作用解明の基礎となる当該地域の地殻・上部マントル構造や火山体構造に関しては，制御震源地震探査が九州東岸（1994年，1996年），日奈久断層帯（2003年），阿蘇山（1998年），雲仙火山（1995年）で実施され，それぞれ厚い付加体で特徴づけられる九州前弧の地殻構造，断層帯の不均質構造，火山の地殻浅部構造や火山体構造などが明らかにされている。また，自然地震を用いたトモグラフィーにより，別府‐島原地溝帯に沿った地殻深部低速度領域の存在が推定されている。

（6）本課題の5ヶ年の到達目標：

　九州中部の別府湾と島原半島には南北伸張場による正断層が発達しており，別府と島原を結び九州中部を東北東‐西南西に横断する地域は，別府‐島原地溝帯と呼ばれている。別府‐島原地溝帯には多くの活火山が分布するが，中でも阿蘇山は世界有数のカルデラを有し現在でも活発な状態が続いている。また，この地溝帯に沿った地域は歪速度も大きく，地震活動も活発であり，九州の内陸被害地震の多くもこの地域に集中している。このように，九州中部の活発な内陸地震活動と火山活動は，地溝帯形成という共通のテクトニクスの下で相互に影響を及ぼしあって発生していると考えられる。しかしながら，別府‐島原地溝帯については，マントル物質の上昇・湧き出しによるContinental Riftであるという説がある一方，中央構造線の西方延長部の右横ずれ運動にともなうPull‐apart Basin であるという説もあり，その実体と成因は現時点において明らかではない。
　そこで本研究では，稠密観測および制御震源地震探査に基づいて九州中部地域の地殻構造を明らかにし，別府‐島原地溝帯の実体解明を試みる。さらに，別府‐島原地溝帯の地殻構造モデルを用いて有限要素法等によるシミュレーションを実施して地溝帯の歪や起震応力の空間分布を再現し，ローディング機構および地震・火山活動の関連について理解を深めることを5カ年の到達目標とする。

（7）本課題の5ヵ年計画の概要：

　平成21年度は，阿蘇山を含み，別府‐島原地溝帯を横断する領域において稠密自然地震観測およびGPS観測を開始する。これらの臨時観測は，当該地域の地殻活動状況を見ながら，必要に応じて再配置等をしながら，平成25年度まで継続する。解析については，平成21年度は既存データの解析を行い，当該地域の地殻水平歪分布と地震活動・起震応力分布を明らかにするとともに，レシーバ関数解析により，九州地域における地殻・上部マントルの不均質構造，特にモホ面の深度分布を推定する。また，平成23年度に予定している制御震源地震探査に向けて，九州地域における過去の構造研究成果や平成21年度の解析結果を参照しながら探査計画を検討する。
　平成22年度は，臨時観測のデータを加えて，地殻水平歪分布，震源分布，起震応力分布，およびレシーバ関数解析によるモホ面深度分布の高精度化をはかる。また，地震波速度トモグラフィーを実施して，当該地域の地殻・上部マントルの分解能20km程度の3次元速度構造を明らかにする。さらに，平成23年度の制御震源地震探査の測線および発破点の現地調査を実施して，探査計画を確定する。
　平成23年度は，阿蘇山を通り別府‐島原地溝帯を横断する測線において制御震源地震探査を実施し，地溝帯および阿蘇カルデラの地殻構造解析を行う。また，GPS観測データに基づき，当該地域の水平地殻変動のモデル化に着手する。
　平成24年度は，制御震源地震探査の屈折法および反射法解析を進め，別府‐島原地溝帯（含阿蘇カルデラ）を横断する地殻構造を明らかにする。さらに，制御震源地震探査と稠密自然地震観測のデータを用いて地震波トモグラフィーを行い，地溝帯下において分解能5km程度の3次元速度構造を明らかにする。これらの成果に基づき，当該地域の地殻構造モデルを作る。また，この地殻構造モデルを参照しながら，水平地殻変動のモデル化を行う。
　平成25年度は，地殻構造モデルと水平地殻変動モデルに基づいて，別府‐島原地溝帯の実体を明らかにし，その成因について考察する。また，地殻構造モデルを用いて有限要素法等によるシミュレーションを実施して地溝帯および阿蘇カルデラ周辺の歪や起震応力の空間分布を再現し，地溝帯における内陸地震のローディング機構と地震・火山相互作用に関する理解を深化させる。

（8）実施機関の参加者氏名または部署等名：

九州大学大学院理学研究院附属地震火山観測研究センター（清水　洋，他4名）

他機関との共同研究の有無：有
京都大学大学院理学研究科（大倉敬宏，他2名）
鹿児島大学理学部（宮町宏樹，他3名）
以上は研究期間を通して常時参加する機関および参加者である。
この他に，平成23年度に予定している制御震源地震探査については、東京大学地震研究所や秋田大学工学資源学部など全国の関係機関の協力のもとに実施（筒井智樹，他約20名）。

（9）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：九州大学大学院理学研究院附属地震火山観測研究センター
電話：0957‐62‐6621
e‐mail：hshimizu@kyudai.jp
URL：www.sevo.kyushu‐u.ac.jp