平成18年度年次報告

（1）実施機関名

東京大学大学院理学系研究科

（2）研究課題名

日本列島域の地殻活動予測シミュレーションモデルの開発

（3）最も関連の深い建議の項目

• 2．（1）ア．日本列島域

（4）その他関連する建議の項目

• 2．（1）イ．特定の地域
• 2．（1）ウ．予測シミュレーションモデルの高度化

（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18年度実施計画の位置付け

　本研究課題の最終目標は、複雑なテクトニック環境の下にある日本列島域を一つのシステムとしてモデル化し、プレート運動に起因する準静的な応力の蓄積から破壊核の形成を経て動的破壊伝播に至る大地震の発生過程を、膨大な地殻活動データと高度なモデル計算を併合した大規模シミュレーションにより定量的に予測することである。この目標を達成するために、平成16年度からの5ヶ年で以下のことを実施する。先ず初年度は、複数の要素モデルで構成される地殻活動シミュレーションモデルのプロトタイプを「地球シミュレータ」上に完成させる。平成17年度には、地殻変動や地震活動データのインバージョン解析により、プレート境界面の摩擦特性を定める。平成18年度及び19年度には、過去の大地震の活動履歴が再現できるようにシミュレーションモデルを規定するパラメターの調整を行い、平成20年度には広域GPS観測網や地震観測網からのリアルタイムデータを取り込んだ大地震発生の予測シミュレーションを行う。また、計画後期の平成19年度以降には、プレート内の大規模な活断層を地殻活動予測シミュレーションモデルに組み込み、内陸活断層地震の発生サイクルのシミュレーションも試みる。

（6）平成18年度実施計画の概要

　平成17年度に関東地域を対象に開発した地殻変動データ・インバージョン解析プログラムを日本列島全域の同時解析が出来るように拡張して地殻活動シミュレーションモデルに組み込み、地殻変動データからプレート境界でのすべり／すべり遅れ分布を推定する。この解析結果に基づいてプレート境界及び周辺域の地殻内応力状態の予測シミュレーションを行う。同時に、CMTデータ・インバージョン解析手法を日本列島域の地震活動データに適用して地殻内のテクトニック応力状態を推定し、予測シミュレーション結果と比較する。こうして、日本列島域のプレート境界の現在の固着／すべり状態を把握し、過去の大地震活動が再現できるようにシミュレーションモデルを規定するパラメターの調整を行う。

（7）平成18年度成果の概要

　日本列島域の地殻活動シミュレーションモデル・プロトタイプを高度化し、1968年十勝沖地震及び2003年十勝沖地震を例に取り、プレート境界での準静的応力蓄積−動的破壊伝播−地震波動伝播の連成シミュレーションを行った。また、シミュレーションと地殻活動観測の融合に向け、直接的及び間接的先験情報を併用したベイズモデルに基づく新しい測地データ・インバージョン解析手法を定式化し、日本列島全域を対象とした解析プログラムの開発に着手する一方、地震のCMT解をデータとして地殻内応力状態を推定するインバージョン解析プログラムを開発し、北海道-東北地域の3次元地震発生応力場の推定を行った。

• 1）プレート境界での準静的応力蓄積−動的破壊伝播−地震波動伝播の連成シミュレーション：太平洋プレートと北米プレートの境界面上の1968年の十勝沖地震の震源域に大小二つのアスペリティーを設定し、太平洋プレートの沈み込み運動に伴う震源域での準静的な応力蓄積過程のシミュレーションを行ったところ、120年後に臨界応力状態に達した（図1）。そこで、これを初期応力状態として応力集中域に小さな擾乱を与え、動的破壊伝播過程のシミュレーションを行った。開始した動的破壊は急激に加速され、大小二つのアスペリティーを破壊する大地震に発展した。これに対し、60年後の未だ応力が充分に蓄積されていない状態で大きな擾乱を与え強制的に動的破壊を開始させた場合は、殆ど加速されることなく停止してしまった（図2）。このことは、何かの拍子で開始した動的破壊が大地震まで発展するか否は、震源域の応力状態に強く依存することを示している。

  図1　プレート境界での準静的応力蓄積−動的破壊−地震波動伝播の連成シミュレーション 1：1968年十勝沖地震の準静的応力蓄積過程（Hashimoto, Fukuyama & Matsuura, 2006）。

  
  

  図2．プレート境界での準静的応力蓄積−動的破壊−地震波動伝播の連成シミュレーション 2：1968年十勝沖地震の動的破壊伝播過程（Hashimoto, Fukuyama & Matsuura, 2006）。 図1のt60yr（左）及びt120yr（右）の応力状態でのシミュレーション。

• 2）直接的及び間接的先験情報を併用した測地データ・インバージョン解析法の定式化：測地データのインバージョン解析では、直接的先験情報を取り込んだJackson & Matsu'ura（1985）の定式化に基づくMatsu'ura et al.（1986）の方法や間接的先験情報を取り込んだYabuki & Matsu'ura（1992）の方法が広く用いられてきた。しかし、地震間のすべり遅れ分布（アスペリティー分布）を正しく推定するためには、上記の二つのインバージョン解析法を自然な形で統合する必要がある。そこで、直接的および間接的な先験的情報を適切な方法で統合し、それをベイズの規則に従って観測データと結合することで一般的なベイズモデルを構築し、地殻変動データ解析の新しいインバージョン手法を開発した。そして、この新しい定式化に基づく日本列島全域を対象とした解析プログラムの開発に着手した。
• 3）CMTデータ・インバージョンによる北海道-東北地域の3次元地震発生応力場の推定：平成17年度に開発したCMTデータ・インバージョン解析手法を北海道-東北地域の地震データ（NIED, Seismic Moment Tensor Catalogue）に適用し、同地域の3次元地震発生応力場の推定を行った（図3）。インバージョン結果は、沈み込む太平洋プレート内の応力場と沈み込まれる北米プレート内の応力場のパターンの違いを明瞭に示している。また、千島海溝と日本海溝の接合点近くでは、応力パターンの複雑な変化が見られる。
  
  

  図2．CMTデータ・インバージョンで推定した北海道-東北地域の3次元地震発生応力場（Terakawa & Matsu'ura, 2006）。左：震源球で表現した地震発生応力場のパターン。右：最大主圧縮軸の方向。

（8）平成18年度の成果に関連の深いもので、平成18年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）

• [1]Fukahata, Y., and M. Matsu'ura, Quasi-static internal deformation due to a dislocation source in a multilayered elastic/viscoelastic half-space and an equivalent theorem, Geophysical Journal International, 166, 418-434, 2006.
• [2]Hashimoto, C., and M. Matsu'ura, 3-D simulation of tectonic loading at convergent plate boundary zones: Internal stress fields in northeast Japan, Pure and Applied Geophysics, 163, 1803-1817,2006.
• [3]Takada, Y., and M. Matsu'ura, Geometric evolution of a plate interface-branch fault system: Its effects on tectonic development in Himalaya, Journal of Asian Earth Sciences 29, 490-503, 2007.
• [4]Matsu'ura, M., C. Hashimoto, A. Noda, K. Nakajima, E. Fukuyama, T. Sagiya, and T. Sato, Development of a predictive simulation system for crustal activities in and around Japan - III, Annual Report of the Earth Simulator Center, April 2005-Marchi 2006, 113-116, 2006.

（9）実施機関の参加者氏名または部署等名

松浦充宏、井出哲、深畑幸俊、橋本千尋、橋間昭徳

（10）問い合わせ先

• 部署等名：東京大学大学院理学系研究科（地球惑星科学専攻）
• 電話：03-5841-4318
• E-mail：matsuura@eps.s.u-tokyo.ac.jp