日本列島における地殻・上部マントル構造の解明
課題番号：3009
（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：
日本列島における地殻・上部マントル構造の解明
（3）最も関連の深い建議の項目：
2（1）ウ．広域の地殻構造と地殻流体の分布
（4）その他関連する建議の項目：
2（2‐1）ウ．ひずみ集中帯の成因と内陸地震発生の準備過程
2（1）イ．上部マントルとマグマの発生場
1（1）ア．日本列島域
1（1）イ．地震発生･火山噴火の可能性の高い地域
（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：
「地震予知のための新たな観測研究計画（第2次）の課題番号3001において、日本列島における上部マントル･地殻構造の解明を進め、以下の成果を得た。
- 防災科研Hi‐net による膨大な読取値データを地震波速度トモグラフィー法によって解析し、従来にない高分解能の三次元地震波速度構造を日本列島全域にわたって推定することに成功した。それによって、速度不連続面を先験情報によって仮定することなく、沈み込む太平洋プレートおよびフィリピン海プレートの最上部に位置する低速度海洋性地殻をイメージングすることが可能となった。また、高分解能かつ高精度で推定された速度構造によって、震源決定精度も向上した。得られた高精度の震源分布と三次元地震波速度構造からは、主として関東地方の下に沈み込む太平洋プレートおよびフィリピン海プレートの詳細な構造が明らかになった。具体的には、プレート境界に沿って発生する相似地震は高速度域内、すなわち、固い岩盤どうしの接触によって発生していることが明らかとなった。内陸活断層については、地震波速度構造との空間的な対応関係を調べた。その結果、西日本の活断層の下では、地殻の浅部では全国の平均的な地震波速度よりも高速度側に、地殻の深部では低速度側にそれぞれ偏っていることが分かった。この結果は、下部地殻の変形によって生じた歪が、変形しにくい上部地殻に応力集中を引き起こして断層を形成するという仮説を支持する。
- 地震波減衰構造については、日本列島の全域にわたって約50km（水平方向）程度の分解能での構造の推定が可能になった。それによって、沈み込むプレートや火山フロントなどの大規模構造の特徴が明らかとなった。特に、沈み込むプレートは高い周波数帯域において著しく低減衰を示すことがわかった。このような減衰構造の周波数依存性は、不均質構造の特徴を理解する上で重要な知見といえる。
- レシーバ関数を用いた解析では、東海地方から九州北部にかけてのフィリピン海プレート内モホ面（スラブモホ面）の複雑な形状が明らかになった。このモホ面形状は、スラブ内で発生する微小地震活動の分布や海溝型巨大地震の震源域と強い関連があることが判明した。例えば、紀伊半島から四国にかけての領域では、大局的にはスラブモホ面は北西方向に傾斜するものの、紀伊半島西部や四国東部では北から北東方向に傾斜する。この傾斜方向の変化する場所は、想定される海溝型巨大地震の震源境界と対応することが明らかになった。
- 四国地方の低周波微動発生域については、地震波速度トモグラフィー法による結果から、低周波微動発生域の周辺から北に延びる蛇紋岩化領域の存在が明らかになった。一方、近地地震のエンベロープ解析からは、中国地方中央部の深さ30
～ 60km に散乱係数が強い領域が分布することが明らかになった。これらの結果は、ウェッジマントルの蛇紋岩化によって低速度化するとともに、その蛇紋岩化が空間的に非一様に進行することによって、散乱体として振舞う可能性があることを示唆している。また、浅部地殻では中国地方北部の火山フロント沿いと四国東部から兵庫県南東部にかけての領域において散乱の強い領域が広がっており、浅発地震の活動域とよく対応していることがわかった。
- 人工震源による反射法探査の結果などに基づいて、茨城から千葉県東方沖にかけての領域と、四国西部におけるプレート境界面の形状を推定した。また、これらの地域におけるプレート境界からの反射波の強度にみられる地域性と地震活動との対応関係を見出した。
（6）本課題の5ヶ年の到達目標：
日本列島の全域における詳細な地震学的構造が明らかになるにつれて、沈み込むスラブの形状や海陸プレート境界近傍の構造的特徴と地震発生の仕方には密接な関係があることがわかってきた。また、内陸域においても同様に構造的特徴と地震の起き方に関係がみられる。このような対応関係は、地震発生を支配する応力集中や歪の蓄積、および脆性破壊強度の不均質と媒質の物性の不均質（すなわち地下構造）との間に密接な関係があることを強く示唆している。このような関係の系統的な理解とそれに基づいた地殻変形モデリングに資することを目的として、本課題では、地震波速度構造および減衰構造の解像度向上に加えて温度構造やモホ面の深度分布などを明らかにし、統一的な解釈が可能な地殻および最上部マントルの構造モデルを構築する。
（7）本課題の5ヵ年計画の概要：
（7‐1）地震波速度構造および減衰構造の解像度向上
現在の地震波速度構造モデルは、水平方向に0.2°、深さ方向に10～30km程度の解像度を持つ。この地震波速度構造モデルについて更に詳細化が可能な領域を検討するとともに、その領域について再解析を行う。減衰構造についても同様の検討とともに、解析手法やアルゴリズムの見直しなどによって、解像度の向上を図る。このようにして、地震波速度や減衰パラメターの三次元空間分布をより高い解像度でイメージングし、内陸活断層や火山の深部構造といったローカルな構造とそれらを取り巻く広域的な構造をともに明らかにする。
（7‐2）日本列島全域におけるモホ面形状モデルの作成
基盤的地震観測網で収録された波形データに含まれる変換波や反射波を解析することにより、日本全国を対象としたモホ面形状モデルの構築を進める。モホ面形状モデル構築にあたっては、上記地震波速度構造モデルと連携し、互いの推定精度を高めるための解析方法を検討する。推定された構造モデルによって日本列島を伝播する地震波の再現を試みるとともに、同モデルの妥当性を検証する。
（7‐3）地殻熱流量測定と熱構造モデルの構築
日本列島の陸域において空間的に均質かつ高精度な地殻熱流量データの蓄積するために、堆積層の厚い平野部や内陸活断層周辺等、地殻熱流量データが十分でない地域を中心に坑井等の温度検層を実施し、精密な地殻熱流量測定を行う。新たに取得した熱流量データより地殻熱流量分布を求めると共に、地震波速度構造、減衰構造などの地下構造モデルを考慮した、日本列島陸域の詳細な熱構造モデルを構築する。
（7‐4）近地地震のエンベロープ解析による散乱および内部減衰パラメターの推定
地震波速度構造トモグラフィーでは検出が困難な短波長不均質構造をイメージングするために、近地地震のエンベロープ解析によって地震波散乱強度の空間分布を推定する。特に、近地地震のエンベロープ形状は、散乱強度のみならず内部減衰の空間分布による影響も受け得ることが指摘されている。この点を考慮した散乱と内部減衰との分離推定法の開発を進めるとともに、実データの解析によって日本列島スケールでの散乱および内部減衰の構造を明らかにする。
（7‐5）近地地震解析による地震波変換面および反射面のイメージング
稠密地震観測網による近地地震記録を用いた地下構造のイメージング手法を開発するともに、それによって地震波変換面および反射面などの検出を行う。
（8）実施機関の参加者氏名または部署等名：防災科学技術研究所
独立行政法人防災科学技術研究所 観測・予測研究領域地震・火山防災研究ユニット
他機関との共同研究の有無：なし
（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：防災科学技術研究所 アウトリーチ・国際研究推進センター
電話：029‐851‐1611
e‐mail：toiawase@bosai.go.jp
URL：http://www.bosai.go.jp/index.html