固体地球統合研究

平成20年度年次報告

課題番号：4001

（1）実施機関名：

　独立行政法人海洋研究開発機構

（2）研究課題（または観測項目）名：

　固体地球統合研究

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1（2）ア．プレート境界域における歪・応力集中機構

（4）その他関連する建議の項目：

1（1）イ．列島規模のプレート内の構造と変形
　（3）ア．断層面上の不均質性
　イ．地震波動伝播と強震動予測
　（4）ア．摩擦・破壊現象の物理・化学的素過程
　イ．地殻・上部マントルの物質・物性と摩擦・破壊構成則パラメータ

2（1）ア．日本列島域
　イ．特定の地域
　（2）ウ．東南海・南海地域
　エ．その他特定の地域

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：

　5ヶ年の到達目標としては、地震波・電磁気等による地球内部構造のモニタリング、沈み込み帯等の岩石試料の物性分析、プレート構造解析と海溝型地震の発生力学、堆積物試料の精密解析、これら分析・解析手法の高度化など、地球内部の動的挙動（ダイナミクス）に関する調査観測と実験の結果に基づきマントル・プレートの動的挙動の数値モデルを開発すると共に、これらの研究を通じて、巨大地震、火山噴火、津波などの災害を発生させる地球変動メカニズムの解明及び予測への貢献を目指す。
特にプレート挙動解析研究領域では、プレートの運動による海溝型地震や地殻変動等の動的過程を理解するため、プレート沈み込み帯の構造を探査する。この結果とプレート境界域の物質研究等に基づき地殻活動モデルを開発する。具体的には、

 a　南海トラフにおける巨大地震発生過程を規定する構造要因の抽出および伊豆小笠原弧域等のプレート沈み込みに関わる知見の蓄積のため、制御震源を用いた反射法や屈折法構造調査等により、南海トラフ周辺のフィリピン海プレートについて深さ約30 kmの範囲で、伊豆・小笠原弧域等について深さ約20 kmの範囲で、地殻構造を探査する。

b　温度数10 0600℃、圧力数10 0800 MPa程度のプレート境界域の岩石の物性、力学的挙動、物理化学過程について研究を行う。

c　aおよびbの結果を反映して広さ約600 km×300 km、深さ約50 kmの範囲で地殻構造を数値化し、「地球シミュレータ」を用いてプレート挙動に関する数値実験を行う。この成果を用いて、時空間スケールの異なる現象を扱うプレート挙動モデルの開発を進める（中期計画「プレート挙動解析研究」より）。

昨年度に引き続き、プレートダイナミクスを理解するためにプレート沈み込み帯を中心とした地殻構造調査研究を実施する。また、フィールド調査、試料分析、室内実験など地震発生帯の物質科学研究を推進し、構造研究やモデリング研究と共同してプレートダイナミクスのミクロ "マクロ現象の統一的な理解を図る。更にモデリング研究においては、観測データの解析や複雑な現象のメカニズムの解明を目的として、地球シミュレータなどを用いた大規模高速計算によるシミュレーションを行う。

（6）平成20年度実施計画の概要：

　南海・東南海地震の連動性を評価するため、これまでの構造調査研究の結果のとりまとめを行い、新たに必要な調査研究の検討および実施を行う。
　また、四万十付加体を対象とした断層岩研究と実験を柱として、フィールド調査、地すべり地帯におけるボーリング試料の分析、および圧密・剪断実験などによる地震発生帯の物質科学研究の結果のとりまとめを行なうとともに、地球深部探査船「ちきゅう」で得られた断層岩資料の解析を進める。
　モデリング研究では、地球シミュレータを活用した地震発生サイクルシミュレーション等の研究を推進するとともに、個別要素法シミュレーションをもちいた付加体形成およびそこでの地震発生についての基礎研究を進める。
　これらの各研究結果の統合化により、プレート沈み込み帯におけるミクロ‐マクロ現象を統一的に理解するモデルの構築を図る。

（7）平成20年度成果の概要：

　地殻構造研究では、これまでの南海トラフ地震発生帯の構造研究のとりまとめを行い。平成20年度から開始した南海・東南海地震の連動性を評価するため地下構造研究の測線計画を作成した。その作成した測線計画に従い、日向灘沖において屈折法地震探査を実施した。そのデータは既存反射法地震探査データと統合し現在処理・解析中である。
　物質科学研究では、熊野沖南海トラフ（1944年東南海地震破壊域）において地球深部探査船「ちきゅう」により回収された断層岩掘削コア試料の解析を行い、巨大分岐断層及びプレート境界前縁断層において幅2‐10 mmのせん断帯に断層すべりが局所化していることを見出した。また、東南海地震領域に発達する分岐断層の浅部が地球深部探査船「ちきゅう」によって掘削された（IODP Exp316）。X線CTと鉛210・炭素14年代測定によるコア分析の結果、分岐断層が間欠的に活動した証拠が得られた。
　プレート挙動モデリング研究では、地震発生サイクルのシミュレーションにより、これまで再現の難しかった再来間隔および規模の大きな変化が、プレート形状を取り入れたすべり応答関数を用いた上で再現できた（詳細については名古屋大学1704を参照）。またプレート境界（超）巨大地震が発生する付加体の形成メカニズムについて、個別要素法のシミュレーションによる研究を進め、付加体発達の力学条件とデコルマ形成過程を明らかにした。

 

H20年度日向灘における屈折法地震探査測線図。
黒線がエアガン測線（HY01‐04）、白丸が海底地震計（OBS）を示す。

（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）：

　堀 高峰, プレート境界地震の規模と発生間隔変化のメカニズム, 地震2, 日本地震学会60周年特集号, 受理済み, 2008.
　Sakaguchi, A. and Others （2008）, Title, Eos Trans. AGU,89（53）, Fall Meet. Suppl., Abstract T21F‐07.
　Ujiie, K. et al. （2008）, Characteristics of the fault rocks at the shallow portion of the megasplay fault system and the frontal thrust in the Nankai accretionary prism off Kumano, Eos Trans. AGU, 89（53）, Fall Meet. Suppl., Abstract T21F‐02
　小平　秀一, 沈み込み帯での海域地下構造探査‐　海溝域地震発生帯と海洋性島弧生成に関する最新の成果から　‐, 地震2　日本地震学会60周年特集号, 受理済み, 2008.
　Nakanishi A., S. Kodaira, S. Miura, A. Ito, T. Sato, J.‐O. Park, Y. Kido, Y. Kaneda, Detailed structural image around splay‐fault branching in the Nankai subduction seismogenic zone: Results from a high‐density ocean bottom seismic survey, J. Geophys. Res., 113, B03105, doi:10.1029/2007JB004974, 2008.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

　地殻構造研究では、南海・東南海地震破壊域の連動やセグメント化を規定する地下構造要因を解明した。特に、紀伊半島沖で実施した地下構造探査によると、南海・東南海地震破壊域セグメント境界上盤に高速度・高密度のドーム状の構造が明らかになり、この構造を考慮したシミュレーション研究に基づき、南海・東南海地震破壊域の連動やセグメント化を大局的に説明するモデルを提唱した。さらに、熊野海盆での詳細地下構造探査を実施し、海盆西側では比較的なめらかな形状の海洋地殻が沈み込んでいるのに対し、東側では起伏に富んだ海洋地殻が沈み込んでいることを示し、この差異が1944年東南海地震の地震性滑りの不均質分布を規定している可能性を指摘した。
　物質科学研究では、四万十付加体シュードタキライトの解析と泥質岩の高速せん断摩擦実験を行い、付加体ー沈み込み帯における摩擦熔融時の地震すべりプロセスを検討した。その結果、付加体ー沈み込み帯浅部ではviscous brakingによる地震すべりの抑制が、深部ではmelt lubricationによる断層強度低下と破壊の促進が有効に機能することが明らかとなった。また、四万十付加体の過去のプレート境界断層に沿って発達するウルトラカタクレーサイトの解析を行い、摩擦発熱によって流体圧が上昇し粉砕物が流動化して地震時に断層強度を低下させた（thermal pressurization）証拠を導き出すことに初めて成功した。また、東南海地震領域に発達する分岐断層の浅部が地球深部探査船「ちきゅう」によって掘削された（IODP Exp316）。X線CTと鉛210・炭素14年代測定によるコア分析の結果、分岐断層が間欠的に活動した証拠が得られた。
　プレート挙動モデリング研究では、主に南海トラフの巨大地震発生サイクルについて、その規模や発生間隔変化のメカニズムを明らかにしてきた（詳細については名古屋大学1704を参照）。また、（超）巨大地震の巣である付加体の形成過程を調べることによって、付加体で巨大地震が発生するメカニズムについての基礎研究を進めた。

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　地球内部変動研究センター
　他機関との共同研究の有無：有
　東京大学地震研究所、東京大学大学院理学系研究科、京都大学大学院理学研究科

（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：経営企画室企画課
　電話：046‐867‐9212
　URL：http://www.jamstec.go.jp/