課題番号1503
東京大学地震研究所
日本海溝・相模トラフプレート境界で起こる多様なすべり現象の包括的モデル構築
1．（2）イ．プレート境界巨大地震
1．（3）ア．プレート境界地震
1．（3）イ．海洋プレート内部の地震
2．（1）地震発生長期評価手法の高度化
2．（2）ア．プレート境界滑りの時空間発展
4．（2）ウ．観測・解析技術の開発
東北地方太平洋沖地震、南海トラフの巨大地震などのプレート境界型地震
東北地方太平洋沖地震発生の前後を中心とした地震・地殻変動観測データの見直しからは、日本海溝沈み込み帯においても、非地震性すべりのすべりレートに時空間的なゆらぎがあることが明らかとなってきた。また、東北沖地震で大きな地震時すべりを示した範囲内に、地震発生以前ではM7.5程度の地震を繰り返す領域やその後の余効すべりのすべり域が混在していて、プレート境界断層面上の同じ場所が東北沖地震の発生前と発生時とで異なるすべり特性を示した可能性がある。こうした、プレート間すべりがもつ多様性をモデル化することは、沈み込みプレート境界における地震発生機構に関する理解の刷新に必要不可欠であるばかりでなく、この領域における地震サイクルをモデル化することによって大地震発生の長期予測の信頼性を高めることに資する。
本研究では、プレート境界においては余効すべりと固着の回復とが競合して進行していると考えられる東北沖地震の震源域とその周辺において、海域を中心とした測地・地震高密度観測を実施し、地震活動・余効変動とその中で発生する多様なすべり現象の詳細を明らかにするとともに、プレート境界付近の構造を明らかにする。また、観測から得られた構造モデルを制約条件としてプレート境界の状態を再現した摩擦実験から、多様なすべり現象がおこる条件・要因を明らかにし、摩擦構成則の定式化を行う。さらに実験により得られた摩擦構成則に基づいて数値モデリングを行い、日本海溝の沈み込みプレート境界で起こるすべり現象の多様性を統一的に説明し得るモデルの構築を試みる。こうした観測・実験・モデル研究の成果を統合して、この領域のプレート境界でおこるすべりの時空間発展に関して、より現実的な予測の実現をめざす。
東北沖地震の破壊領域の南側に隣接する房総半島沖においては、スロースリップ現象が数年程度の短い間隔で繰り返し発生している。そこで、上記の日本海溝における海底観測や陸上観測（別課題にて提案）と連携して、この領域で発生するスロースリップの観測を行い、海陸の観測で繰り返し発生するスロースリップの発生を規定する物理モデルの構築を試みる。構築されたモデルに基づいて、さらに次のサイクルで発生するスロースリップの発生時期や規模を予測する実験に発展させる。通常の地震に比べて繰り返し間隔が短いスロースリップは、このような予測実験に格好な対象である。
本研究計画は、海域観測研究と実験・モデリング研究から構成される。以下に各々の計画を示す。
東北沖地震震源域の周辺および房総半島沖において、自己浮上式の海底精密水圧計および海底地震計（広帯域地震計を含む）による観測を実施する。これら観測測器による観測期間は2年間とし、その設置と回収を平成26～30年の間、隔年繰り返し行うことにより、約5年間の連続した観測体制を維持する。これに加え、GPS音響結合方式海底地殻変動観測を実施するほか、整備が進められている海底ケーブル方式の日本海溝地震・津波観測網による観測とも連携して、なるべく広域かつ高密度な観測が行えるように配慮する。東北地方太平洋沖地震震源域周辺の観測からは、余効変動と固着回復過程とその中で発生するプレート境界ならびに太平洋プレート内で発生する多様なすべり現象の規模および頻度の時空間的な分布を明らかし、房総半島沖スロースリップ現象などの大規模なイベントについてはすべり量の時空間発展の推定を行う。これとともに、地震観測データを用いて、各イベントの発生領域を特徴付ける地下構造を明らかにする。海底観測測器の観測期間の長期化により、繰り返し観測による准モニタリング的な観測が海域においても実施できるようになった。本研究計画では、積極的に機動観測測器によるモニタリング観測を行うことにより、これまで陸上観測網では捕捉することが困難であった、海域下のプレート境界で発生するすべりイベントの空間分布とともに、その時間変化の解明をめざすことが特徴である。対象域が、巨大地震発生直後の東北沖、あるいは繰り返し間隔が短いスリースリップ現象がみられる房総半島沖であり、5年間という短い期間でも、プレート間すべりの多様性やその時空間変動を観測によって捉えることが可能であると期待できる。
平成26年度は、深海掘削で得られた遠洋性泥質・珪質堆積物およびそれらを模した物質を試料として、日本海溝沈み込みプレート境界浅部 (0～10 km) の深度に相当する温度・有効圧力下で透水・破壊・摩擦実験を行う。透水実験結果から、熱加圧 (thermal pressurization) の発生可能性を評価する。破壊実験はプレートの沈み込み速度相当の短縮速度で行い、破壊速度の実験条件に対する依存性からスロースリップの発生条件を絞り込む。摩擦実験は、プレート沈み込み速度から地震時のすべり速度までの変位速度下で行う。さらに、これらの実験結果に基づいたモデリングにより、プレート境界断層の地震発生域上限付近の挙動を明らかにする。
次の3年間は、平成26年度と同じ堆積物・模擬物質に加え、沈み込みプレート境界原位置の温度・圧力相当で変成作用を受けたと考えられる変成岩、およびプレート境界断層上盤側のウェッジマントル中に存在すると想定される蛇紋岩を試料として、日本海溝沈み込みプレート境界中深部 (10～60 km) の深度に相当する温度と、試験機で達成可能な範囲の圧力および間隙水圧条件下で、透水・破壊・摩擦実験を行う。実験条件は観測により得られた構造モデルに基づいて絞り込みを行う。また、実験により得られた摩擦特性や水理学的特性を用いたモデル化を進め、東北地方太平洋沖地震が発生したメカニズムや地震発生域におけるプレート境界断層の多様なすべりを明らかにする。さらに、観測結果を反映させてモデルの改善を図る。
平成30年度は、変成岩および蛇紋岩試料を使用して、日本海溝沈み込みプレート境界深部 (60～80 km) の深度に相当する温度と試験機で達成可能な範囲の圧力および間隙水圧条件下で、透水・破壊・摩擦実験を行う。また、これらの実験結果に基づいたモデリングによりプレート境界の地震発生域下限付近の断層の挙動を明らかにするとともに、東北地方太平洋沖地震の余効すべりや固着過程を再現し、観測結果と比較することでモデルの改善を図る。さらに、隣接地域のすべりや地震発生の再現を試みる。
海域観測班：篠原雅尚・塩原肇・望月公廣・山田知朗・一瀬建日（東京大学地震研究所）・日野亮太・木戸元之・太田雄策・飯沼卓史（東北大学）・村井芳夫（北海道大学）・佐藤利典（千葉大学）・伊藤喜宏（京都大学）・八木原寛（鹿児島大学）
実験・モデリング班：金川久一（千葉大学）・矢部康男・武藤 潤（東北大学）・平内健一（静岡大学）・廣瀬丈洋・谷川 亘（海洋研究開発機構）・芝崎文一郎（建築研究所）・安藤亮輔（産業技術総合研究所）
他機関との共同研究の有無：有
北海道大学・東北大学・千葉大学・静岡大学・京都大学・鹿児島大学・海洋研究開発機構・建築研究所・産業技術総合研究所（上記参加者による共同研究）
部署等名：東京大学地震研究所
電話：03-5841-5712
e-mail：yotikikaku@eri.u-tokyo.ac.jp
URL：
氏名：篠原雅尚
所属：東京大学地震研究所 観測開発基盤センター
研究開発局地震・防災研究課
-- 登録：平成26年07月 --