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東京大学地震研究所年報2013 |  |
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東京大学地震研究所年報2013 | |
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沈み込み帯における地震発生は，プレート境界面における摩擦によってひずみが蓄積し，地震時に蓄えられたひずみエネルギーが解放される現象である．地震発生に関するプレート境界の性質は，境界の形状および温度や水の含有量といった物性によって決定されると考えられている．低周波イベントからプレート境界型巨大地震まで，その発生メカニズムを理解する上で，プレート境界の固着程度の把握，およびその周辺の構造や物性を詳細に理解することは必要不可欠である．さらには，プレートの沈み込みに伴う脱水反応によって生成された水の挙動が，上盤プレート内の内陸地震の発生に関与していることもわかって来た．我々は沈み込み帯の全体構造の把握，およびプレートの沈み込みに伴う諸現象の理解を通して地震発生メカニズムの解明をめざし，海域での地震観測や制御震源構造調査などによる研究をすすめている．
西南日本沖合に走る南海トラフ沿いではフィリピン海プレートの沈み込みに伴い，～ 100 年周期でマグニチュード8 級の巨大地震が繰り返し発生してきた．紀伊半島沖合の巨大地震震源断層境界域において，地震研究所で開発された長期観測型海底地震計を最大27 台用いて，5 カ年度にわたる繰り返し地震観測を行った．地震波形相関を用いて走時を正確に求める手法を開発し，震源と3次元地震波速度構造の同時インバージョン解析を適用した．その結果，断層境界より東南海側では地震活動がほとんど見られず，南海側で見られる地震活動も地震発生深度がトラフ軸平行方向にステップ状に変化し，紀伊半島南西側では海洋性マントル内で，それより東では海洋性地殻内で地震が発生するといった震源分布のセグメント化を初めて明らかにした．さらに，紀伊半島沖合に沈み込む海洋性地殻内のVp/Vsが低く，低周波地震の活動分布と良い相関があることを明らかにした(図14)．断層境界周辺のフィリピン海プレートの沈み込み構造についてさらに詳しく調べるために，2010 年10 月に海洋研究開発機構，防災科学技術研究所と共同で海陸統合人工震源構造調査を行い，そのデータ解析を進めている．また，遠地地震の観測波形を用いたレシーバー関数解析も進めており，構造と断層境界の関係を明らかにするための研究を行っている．
房総半島東方沖では，首都圏直下地震発生領域の東縁に接して， 6 ～ 7 年の周期を持ってスロースリップ・イベントが発生している．房総沖での地震活動を把握し，構造との対比から本領域の地震発生メカニズムを解明することを目的として，2009年から2010年にかけて長期観測型海底地震計40 台を用いた海域地震観測を行った．さらに短期観測型海底地震計を加え，海溝軸並行測線で構造調査も行った．ここで得られた観測データを用いて震源と速度構造の同時決定インバージョン解析を進め，本海域に沈み込む太平洋プレートが標準的な海洋地殻に準ずる構造を持つこと，震源が地殻および上部マントルの特定領域に集中的に発生して二重地震面を形成していること，さらに震源メカニズムを明らかにした．また構造調査からは，沈み込むフィリピン海プレートの北限位置に向かって，沈み込む太平洋プレートの深さが3 km程度深くなっており，プレート同士が接する領域では複雑な構造となっていることを明らかにした． 2012年から海底圧力計による海底上下変動連続観測を開始した．本観測中の2014年1月にスロースリップが発生しており，データ回収後，詳細な解析を実施する予定である．これらの観測研究は，千葉大学，北海道大学，東北大学，九州大学との共同研究である．
茨城県の沖合～ 100 km では，太平洋プレートの沈み込みに伴って，～ 20 年周期でマグニチュード7 級の地震が繰り返し発生してきた．2004 年の海域構造調査，および2005 年海域地震観測から，深さ10 kmに海山が沈み込んでおり，繰り返し地震の断層がその沈み込み前縁部に位置すること，また海山上のプレート境界では地震活動が見られないことを明らかにした．2010 年10 月から，この海山前縁部周辺に長期観測型海底地震計34 台を用いて，観測点間隔6 kmという高密度なアレイを構築し，およそ1 年間の地震観測を始めた．またこの観測網を通る南北150 km の測線で，エアガンを人工震源とした構造調査を行った．本観測期間中に，東北地方太平洋沖地震が発生した．本震震源域南限に位置した本観測アレイの近傍で最大余震が発生し，本震直後から最大余震発生，およびその後の地震活動について詳細に調べ，南限周辺の地震活動が本震よりも最大余震によって活発化したことを明らかにした(図15)．なお，この観測研究は，北海道大学，東北大学，九州大学，千葉大学との共同研究である．
日向灘において2002年から2か月程度の海底地震計をもちいた機動観測を複数回実施している．これらの観測を通じ，地震発生と速度構造ならびに応力場分布の関係についての知見が得られた．最近では日向灘プレート境界浅部を対象とした海底地震観測を実施し，従来報告がなかった本海域における浅部低周波微動活動の時空間変化を高分解能で捉えることに成功した．これらの研究は九州大学，鹿児島大学，長崎大学との共同研究である．
2009年に，伊豆大島火山の深部構造を求めることを目的として，伊豆半島下田沖から伊豆大島を通り，房総半島沖まで西南西～東北東に並ぶ約60km の測線において，海陸にまたがる構造探査実験を行った．短期観測型海底地震計は，約2km 間隔で39 台を設置した．また，伊豆大島島内には約50m 間隔で，東西方向に約180 台，南北方向に約100 台の地震計を配置した．制御震源には，ダイナマイトおよびエアガン発震を用いた．なお，この構造探査研究は，北海道大学，東北大学，九州大学，鹿児島大学，千葉大学との共同研究である．
三陸沖の北緯39度には，南側の地震活動の活発な領域と北側の非活発な領域の境界が存在することが知られていた．2002年に，我々は海域地震波構造調査を行い，地震活動とプレート境界反射波の振幅の間に，良い反相関の関係があることを明らかにした．この境界領域は，東北地方太平洋沖地震震源域の北限に当たると考えられている．地震発生前後でプレート境界の反射強度に変化が見られるか確認するために，2003年に我々は同じ測線上で再度構造調査を行った．現在，本調査で得られたデータの解析を行っている．
南米チリの南方にあるタイタオ半島の沖合では，地球上で唯一海嶺が沈み込んでいる場所である．こうした場所では多量の熱と水が供給され，広範囲にわたって変成作用および花崗岩の生成が引き起こされることが予想される．こうした海嶺の沈み込みに伴うテクトニクス，および水循環と地震発生の関連性を解明するため，2009 年3 月よりタイタオ半島沖において長期観測型海底地震計5台を用いて約1年間の海底地震観測および地震波構造調査を行った．チリの沖合では2010年2月にM8.8の巨大地震が発生しているが，本海域はさらに大規模のM9.5となった1960 年チリ地震震源域の南限にあたっており，また，低周波イベントが発生している可能性も考えられる．これまでの解析から，海嶺近傍でみられる活発な地震活動の震源を求め，海嶺において海洋底が拡大しつつ沈み込んでいる可能性を明らかにした(図16)．本研究は，東京工業大学，海洋研究開発機構，コンセプション大学（チリ）との共同研究である．
熱水活動を伴う南マリアナトラフ背弧海盆において，海底地震計15台を展開し，3か月の自然地震観測，ならびに制御震源およびハイドロフォンストリーマを用いた構造探査を2010年に実施した．構造解析の結果，拡大軸下の低速度構造と，拡大軸からオフセットする海山下の高速度構造，部分的な海洋性地殻第2層の厚化が明らかになった．さらに熱水活動で地震活動が低調である一方，背弧拡大軸から離れて存在する海山下において顕著な地震活動か確認された．このような特徴は，プレートの沈み込みの影響を受けたマグマ上昇が，本海域の地殻生成に寄与している結果であろう．本研究は千葉大学との共同研究である．
ロドリゲス3重海嶺会合点から一つ目のインド洋中央海嶺セグメントでは水素に富む熱水活動が見つかっている．この熱水系の成因を調べるため，2013年に21台の海底地震計とエアガン，ハイドロフォンストリーマを用いた構造探査と自然地震観測を実施した．地震計の内1台には圧力計，別の1台には磁力計を付加し，併せて実施した電位差・磁力計と併せて，地下浅部から深部にいたる構造解析を実施中である．また，海嶺軸下において顕著な地震活動が認められる．一方，熱水域周辺では，軸域下の地震より浅い，深さ4kmまでの浅部に顕著な走行配列を持った地震活動が明らかになった．
Australia プレート上にあるニュージーランド北島の下には，東から太平洋プレートが沈み込むことによって， Hikurangi 沈み込み帯が形成されている．特にこの地域は，関東地方と類似して陸域下での浅い沈み込みが進行し，プレート境界の物理特性とその挙動を明らかにする上で格好の地域である．2009年以来，当センターでは，ニュージーランドGNS Science 及び南California大学と国際共同観測研究を実施してきた. 海陸統合制御震源地震探査からは，北島下に沈み込む地殻の厚い(-12 km) Hikurangi海台やプレート形状の構造が明らかになった．また，散乱波を用いた解析によって，プレート上盤側のWairarapa断層のimagingに成功した(図17)．また，北島の東方沖海底に，4台の海底地震計（2台は広帯域海底地震計及び海底圧力計）を設置し，この地域に発生している地震活動・スロースリップの観測を実施し，これまでに微小地震活動が盛んで，2013年2-3月のスロースリップ発生期間中の地震活動が特に活発であることがわかってきた．
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東京大学地震研究所年報2013 | |
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