内陸地震発生過程の解明

課題番号：1207

（1）実施機関名：

東北大学大学院理学研究科

（2）研究課題（または観測項目）名：

内陸地震発生過程の解明

（3）最も関連の深い建議の項目：

2（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

（4）その他関連する建議の項目：

2（1）ア．列島及び周辺域のプレート運動，広域応力場
2（1）イ．上部マントルとマグマの発生場
2（1）ウ．広域の地殻構造と地殻流体の分布
2（2）（2‐1）ア．アスペリティの実体
2（3）（3‐1）ア．断層面の不均質性と動的破壊特性
2（4）イ．地殻・上部マントルの物性の環境依存性

（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：

• 2004年新潟県中越地震や1995年兵庫県南部地震等の断層面周辺の詳細な地震波速度構造を求め，断層が速度境界や低速度域としてイメージされることやすべり量の大きな領域が地震波速度の高速度の領域に分布することが多いことを明らかにした．さらに地震発生における流体の関与の可能性も示した．
• 歪集中帯や地震帯に沿って，その下の下部地殻や最上部マントルの地震波速度が周囲より低速度となっていることを発見した．また，その低速度域は，マントルウェッジ内に形成されている上昇流が起源となっていることも示した．
• 1997年から2001年までの5年間のGPS観測データに基づき，東北脊梁山地周辺の歪集中帯を明らかにした．
• 2007年中越沖地震後に，他大学と共同で震源域周辺にGPS稠密観測網を構築し，この地震に伴う余効変動を捉え，これが本震断層の深部延長上で発生した余効すべりで説明できる可能性を示した．また，地震時地殻変動を精査することにより，長く議論が続いた断層モデルの傾斜方向について，余震分布とトモグラフィーによる地震学的推定結果と整合する結果を得た．
• 国土地理院との共同研究による長町利府断層周辺の稠密GPS連続観測の結果から，断層周辺の不均質な歪み場が抽出され，それが断層の深部延長における非地震性すべりで説明可能であることを示した．
• 2008年岩手・宮城内陸地震発生時に，震源域周辺に展開していたGPS連続観測網のデータを使って，地震断層のモデルを推定した結果，余震観測データ等から得られたモデルと調和的であった．特に断層北端部を通る東西測線により得られた地震時変位プロファイルから，今回の活動は震源域周辺に存在する活断層（出店断層）によるものではないことを裏付けることができた．地震後には，全国の主要な大学と共同でGPS稠密観測網を構築し，本震後の余効変動を捉えた．推定された主要な余効すべりは，地震時すべり域の浅部延長域に存在し，本震時には活動しなかった出店断層においても余効すべりが発生していたことを明らかにした．

　これらの成果は，地下深部に低速度域として見られる高温のメルトが存在する領域では，地殻下部の高温化による地殻の弾性的厚さの薄化およびメルトから放出された水によるマクロな弾性定数の低下や塑性変形の進行等により，歪集中が生じるとするモデルが普遍的であることを示しつつある．さらに，地殻流体が地震をトリガーする可能性や，内陸地震の震源断層においてもプレート境界の地震と同様にアスペリティ領域が局在し，その周囲や深部に非アスペリティ領域が分布している可能性を示した．
　一方，地震発生過程の理解の上では，応力の情報は重要である．掘削コアを用いた地殻応力測定や文献データの収集により，東北日本内陸部の応力場を求めた結果，脊梁山地より東側では，北米プレート‐太平洋プレート間の相対運動の方向と平行な最大圧縮方向を得た．ただし，その大きさが鉛直応力と同程度であり東西圧縮場と解釈し難いことや，脊梁山地以西では，最大圧縮方向がプレート間の相対運動方向に斜向している傾向が得られており，今後の測定の追加やその解釈を進める必要性が指摘される．　

（6）本課題の5ヶ年の到達目標：

　本研究においては，東北地方内陸部を主な対象とし，地震・地殻変動観測の稠密化・解析手法の高精度化により，地殻流体の分布・3次元的な断層の形態・アスペリティまたは非アスペリティの可能性を持つ領域の分布や歪・応力分布を高い分解能で明らかにする．さらにそれらを説明するモデルを構築することで，歪集中帯の原因を明らかにするとともに，内陸地震に対するアスペリティモデルの検証と拡張を試みる．このようにして，これまでの研究成果から得られた内陸地震発生モデルの検証・高度化を行い，上記方針を実現化し，地震・火山噴火予知研究上不可欠である，内陸地震の発生過程の理解を深めることを目的とする．
　東北地方脊梁山地や宮城県北部等の歪集中帯において臨時観測を行い，地下の構造を高分解能で推定する．併せて，稠密GPS観測を実施して詳細な歪の時空間分布を推定し，歪蓄積過程のモデリングの基礎資料とする．さらに，ボーリングコア資料やメカニズム解．S波スプリテッィング等の情報から応力の推定を行う．
　得られた結果から，火山を含む領域での流体の分布・3次元的な断層の形態・アスペリティまたは非アスペリティの可能性を持つ領域の分布の推定を行い，これを元に，歪・応力分布を説明するモデルを構築し，内陸の地震発生に至る過程をより詳細に解明する．
　これまでの研究においては，主に東北地方脊梁山地歪集中帯を対象とする理解・モデル化がされているが，本研究ではその成果を踏まえ，地下構造，歪・応力分布の高分解能・高精度化を図るとともに，東北地方前弧側の東西短縮の大きい領域（宮城県北部）や日本海沿岸の歪集中帯についても研究を進める，それらの比較により，歪集中帯および地震発生過程モデルの一般化・高度化を図るとともに，東北日本沈み込み帯の前弧側から日本海東縁にいたる陸域全体にわたる地殻変形過程の解明をも目指す．
　これらの研究を下記のような研究項目により実施する．

1. 稠密GPS観測による歪集中帯の詳細な歪分布の推定．
2. 稠密地震観測による，地震波速度構造・震源分布の高精度推定．
3. ボーリングコア試料を用いた地殻応力測定，および稠密地震観測による応力テンソルインバージョン・地震波異方性による応力の時空間変化の推定．
4. 上記の1～3の結果に基づく，内陸地震の歪集中機構・地震発生過程のモデル化．

（7）本課題の5ヵ年計画の概要：

　本年度（21年度）は，特に，昨年（2008年）に発生した岩手・宮城内陸地震に関する研究観測を進める．

1．稠密GPS観測による歪集中帯の詳細な歪分布の推定．

　山形県新庄市から宮城県南三陸町に至る東西測線を設定し，新しい11点のGPS連続観測点と既存のGPS連続観点からなる稠密観測網を構築する．この測線においては，既往の研究により，詳細な地殻・上部マントル構造がわかっており，また，奥羽脊梁山地の歪集中帯とその前弧域にも東西短縮の大きい領域が存在することがわかっている．前者では，1996年に鬼首地震が，後者では，1900年，1962年，2003年の宮城県北部地震が発生するなど，地震活動も活発な地域であり，2008年岩手・宮城内陸地震の震源域南部でもある．このような特徴的な地域において詳細な歪分布を明らかにする．また，近年大地震が発生していない地域との比較を行うため，2000年に国土地理院が仙台市内に設置した稠密観測網で得られるデータを用いて，国土地理院と共同研究を行う．

2．稠密地震観測による，地震波速度構造・震源分布の高精度推定．

　2008年岩手・宮城内陸地震の観測データの整理・解析を継続し，震源域およびその周辺域の地震波速度構造を求める． 特に断層に対応する構造・地殻流体分布に関する構造・アスペリティ領域/非アスペリティ領域に対応する構造についての検討を行う．
また，余震活動の時空間変化の把握や構造推定の精度向上のために，2008年岩手・宮城内陸地震震源域およびその周囲に臨時地震観測点を設置する．

3．ボーリングコア試料を用いた地殻応力測定，および稠密地震観測による応力テンソルインバージョン・地震波異方性による応力の時空間変化の推定．

　既存のボーリングコア試料を収集し，その試料を用いて地殻応力の測定を行う．また， 2008年岩手・宮城内陸地震の稠密余震観測データを利用し，震源域およびその周囲での起震応力場の空間変化の推定を行う．

4．上記の1～3の結果に基づく，内陸地震の歪集中機構・地震発生過程のモデル化．

　2008年岩手・宮城内陸地震について，上記の観測研究結果および庄内地域などの隣接する他の領域での研究結果を相互比較検討し，同地震の発生機構の理解を進める．特にこの領域における地震発生にいたる歪蓄積・解放機構について検討を行う．
　平成22年度以降は平成21年度に設置・整備したGPS・地震観測点などにより順次蓄積されたデータを使用し，対象領域における同様の研究を進める．

（8）実施機関の参加者氏名または部署等名：

三浦哲・矢部康男・中島淳一・内田直希・岡田知己・他　計8名程度
他機関との共同研究の有無：有
建築研究所　芝崎文一郎

（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：東北大学大学院理学研究科　地震・噴火予知研究観測センター
電話：022‐225‐1950
e‐mail：zisin‐yoti@aob.geophys.tohoku.ac.jp
URL：http://www.aob.geophys.tohoku.ac.jp/