第９章　今後の展望　

 

1.　見えてきた地震像

 

1.1. プレート境界の大地震の不均質なすべり量分布とその成因

—非地震性すべりの時空間変化—

 

　近年の地震科学の重要でかつ確かな成果の一つに，大地震のすべり量の不均質性の解明が挙げられる．地震時のすべり量は，断層面上で一様ではなく，大きなところや小さなところがある不均質な分布を示すことが明らかになった．地震時にすべり量の大きなところは，地震前に断層面の固着が強いところであると推定されており，アスペリティーと呼ばれている．

本計画によって，三陸沖に発生した大地震に関して，不均質なすべり量分布のパターンには基本的に再現性があること，つまり，同じアスペリティーが繰り返し破壊していることが明らかになった．例えば，1994年三陸はるか沖地震のアスペリティーは，1968年十勝沖地震のアスペリティーの一つが破壊したものである (永井・他,2000)．同じ地域で再来する地震については，特定の領域においてすべり量が毎回大きい (アスペリティーの位置が毎回同じ) ことが明らかになりつつある(山中・菊地,2001)．これは，一歩進んだ新しい地震の捉え方であり，大地震は，地震を一つの単位として見るのではなく，それをさらに分解してアスペリティーを単位として見ることが，より本質的であることを示唆している．

 それでは，アスペリティー以外の領域はどのような破壊を起こしているのだろうか？

　第３章で示された相似地震の研究により，アスペリティーの周りでは非地震性すべりが発生していることが推定された．また，スロー地震やサイレント地震と呼ばれる地震波をあまり出さない地震が，主に海溝側で発生していることも明らかになってきた(Kawasaki et al., 2001)．これらのスロー地震やサイレント地震は，以前はその存在すら知られていなかった．スロー地震やサイレント地震は，地震動や津波による被害を及ぼさないと考えられるので，以下においては，非地震性すべりの一種として取り扱う．

　このように，三陸沖においては，地震時に急激にすべるアスペリティーとその周囲の非地震性すべりの領域に区分できることが分かってきた．大地震の破壊過程は，でたらめではなく，発生場に固有な性質に支配されて再現性を示す可能性が高いと考えられる．アスペリティーは，断層運動の過程においてたまたますべり量が大きくなったものではなく，地震前から断層が強く固着し，周辺の非地震性すべりにより応力が蓄積されていたところであると考えられる．

　再現性のある現象については，その発生予測を行うことは，少なくとも原理的には可能であると考えられる．非地震性すべりによるアスペリティーへの応力蓄積が，基本的に大地震の発生をコントロールしていると考えられる．

　大地震の場所と大きさは，大局的には，アスペリティーの位置と大きさによって決められる．ただし，1968年十勝沖地震のように，複数のアスペリティーが連動する地震が存在するので，後述するように，隣接するアスペリティーの連動性について検討することが重要である．

　大地震の発生時期については，単一のアスペリティーから成り立っている地震については，地震（＝アスペリティー）の活動履歴から統計的に推定することができる．宮城県沖地震については，歴史地震資料の精細な見直しによって，繰り返している地震の同定が行われ，長期評価が大きく前進した(地震調査研究推進本部地震調査委員会,2000)．また，上記のアスペリティーマッピングにより，規則的，タイムプレディクタブル的，あるいはスリッププレディクタブル的などの個々のアスペリティ−の発生予測モデルを把握することができれば，精度が上がるものと期待される．三陸沖においては，大地震の発生間隔は30年程度であり，計器による観測データによって，アスペリティーの活動履歴を知ることが可能なためである．今後の進展が期待される．

　以下において，大地震の発生予測を行う上で，今後解決すべき課題について述べる．

一つ目は，破壊の開始からアスペリティーの破壊に至るまでの問題である．アスペリティーに加わる応力がその強度に達する過程において，非地震性すべりに加えて，地震時のすべりによる寄与がある．大地震の震源(破壊開始点)は，アスペリティ−から離れたところにあることがわかっている．1968年十勝沖地震と1994年三陸はるか沖地震の破壊開始点は，特にアスペリティーから離れているが，このような場合には，地震時のすべりによる寄与を考慮しなければならないと考えられる．アスペリティーより強度の弱いところで始まった地震すべりが，アスペリティーにさらに応力を追加して，ついにはその破壊に至ったということである．1968年十勝沖地震と1994年三陸はるか沖地震の破壊開始点は，近い場所に決まっており，破壊の開始についても再現性がある可能性があることは重要である．

破壊開始点付近で地震前に生起する現象は，震源核形成過程と呼ばれ，近年，その実験的・理論的な研究が飛躍的に進んだものである．さらに，非地震性すべりによる応力の蓄積から震源核形成を経て地震すべりとその停止までの一連の過程がシミュレーションによって再現されており，観測データと結びつけることにより，大地震の発生予測を行うことが可能になってきた．

二つ目は，アスペリティーの連動の問題である．1968年十勝沖地震は，複数のアスペリティーが連動したが，1994年三陸はるか沖地震では，そのうちの１つだけが破壊したと考えられている．隣接するアスペリティーの連動性についても予測することが必要である．

隣接するアスペリティーが破壊するかどうかは，周囲の非地震性すべりと既に破壊したアスペリティーの地震性すべりによって，隣接するアスペリティーに加えられる応力が，その強度に達するかどうかにより決まると考えられる．したがって，アスペリティーの強度と位置関係，その活動履歴に加えて，周囲の非地震性すべりを把握することにより，隣接するアスペリティーの連動性についても，予測を行うことは基本的に可能であると考えられる．隣り合う２つのアスペリティーの強度に差がある場合，一つのアスペリティーが破壊しても，隣接するアスペリティーに十分な応力が蓄積されていない場合には連動しないが，蓄積されている場合には連動することが実験的に確かめられている．この場合にも，観測・実験・理論を一連の過程をシミュレーションによって再現して，大地震の発生予測を行うことが重要である．

非地震性すべりの時空間変化に関係して重要な点に，大地震の発生前に，その断層の周辺で非地震性すべりが加速する可能性が指摘されていることがあげられる．第１章で1994年三陸はるか沖地震の断層の深部延長でその可能性があることをのべたが，東海地震の予知の根拠となっている1944年の東南海地震前の掛川での異常地殻変動は，断層の下部延長の非地震性すべりの加速によるという考えもある．これらの現象が一般的に起こるのであれば，中期的・短期的な予測において大変重要であり，観測・実験・理論・シミュレーションにより発生メカニズムの解明を行うべきである．

以前であれば，非地震性すべりを捉えることができなかったため，地震発生には不規則に見える部分があると諦めざるを得なかったかもしれない．より正確な地震像が見えてきたことに加えて，非地震性すべりを把握する方法が新たに開発されたことにより，より決定論的な長期的な予測が可能となることが期待される．

　以上のように，アスペリティーの活動履歴と非地震性すべりの時空間分布を明らかにすることにより，大地震の発生場所とその発生時期を大局的には予測することが可能となる．三陸沖において，非地震性すべりの時空間分布を10km単位くらいの空間スケールと１年程度の時間スケールで，地震の１サイクルの期間，30年程度にわたって把握できれば，大地震の発生場所と大きさに加えて，その発生時についても，10年程度の精度で予測できると期待される．

 

1.2.　内陸地震発生機構へのアナロジ—

 

大地震のすべり量が不均質な分布を示すことは，ほとんどの内陸地震についてもあてはまると考えられる．三陸沖からのアナロジーによれば，内陸地震についても，非地震性すべりによるアスペリティーへの応力集中が，地震の発生時期やすべり量分布を左右することになる．

このことに対する重要な成果が，2000年鳥取県西部地震に関して得られつつある．鳥取県西部地震前に，その断層面の一部において，1989年頃から繰り返し群発的な地震活動が起こった．その領域は，2000年鳥取県西部地震のすべり量分布の小さなところに対応していることが明らかになった(渋谷・他, 2001;関口・他, 2001)．地震活動が発生していた領域で非地震性すべりが起こっていたかどうかについては，現在のところまだ不明であるが，同じところで繰り返し活動が続いていたことは，三陸沖で見つかった相似地震のアナロジーから言えば，非地震性すべりに伴うものと考えることが可能である．ちなみに，その後発生した兵庫県北部の群発地震においては，活動域は時間とともにその場所を変えている．

内陸地震の発生間隔は非常に長く，非地震性すべりが発生しているとしても，プレート境界のように数十年ではなく，数百年かあるいはそれ以上の時間スケールで応力集中を起こすものであるかも知れない．その場合，非地震性すべりを，数年の時間スケールでGPSや地殻変動連続観測で捉えることは困難かもしれない．しかし，固着している部分と非地震性すべりが発生している部分があるという不均質性は，色々な観測項目で検知できる可能性がある．例えば三陸沖では，非地震性すべりと，プレート境界の反射強度・速度構造や相似地震・震源分布との関係等が調べられている．観測条件が良いと考えられる内陸においては，より精度の高い観測で非地震性すべりを示唆する現象が捉えられる可能性がある．

 

1.3.　解明すべき不均質性の正体

　

新建議の「3.今後の展望」に，今後の進め方として，「地震に関わる様々な地殻活動の発生や推移は，地殻の力学的・熱的構造の不均質性と応力・歪状態のゆらぎに強く依存していると考えられるので，これらの把握が様々な地殻現象の予測のための手がかりとなるであろう」と書かれている．ここでは，地殻の不均質性についての明確なイメージは示されていない．

本５カ年計画の前半の進展により，地殻の不均質性として解明すべき最も重要な対象は，断層の固着と非地震性すべりの不均質性であると考えられる．非地震性すべりにより固着した断層に応力集中が発生し，その強度に達したときに，大地震が発生すると考えられる．地震発生予測モデルからのゆらぎも，非地震性すべりの時空間変化による可能性がある．非地震性すべりを把握する方法が開発されたことから，このターゲットは，観測可能な現実的な対象である．

 

1.4.　強度の不均質性

　　

地震発生は，断層に加わる応力と断層の強度の兼ね合いによって決まる．これまでは，非地震性すべりに焦点を当てて，それによりアスペリティーに加わる応力について述べてきた．つまり，アスペリティーの強度は一定と仮定して話を進めてきたわけである．しかし，応力が一定でも，強度が時間とともに低下すれば，地震は発生しやすくなる．したがって，断層の強度についても，調査を行うべきである．

しかしながら，断層の強度を知ることは難しい．地震が起こらないとわからない量であるとともに，断層深部の応力値を推定することが難しいためである．数少ない試みとして，内陸で発生した大地震である兵庫県南部地震の断層近傍における応力測定結果から，断層の強度モデルが提出されている(山本・他,2000)．この強度モデルにおいては，断層はアスペリティーの部分で主に応力を支え，その他の部分は降伏していると考える．色々な観測データでモデルを検証するとともに，他の地震についてもモデルの適用を試みるべきである．また，兵庫県南部地震の断層の強度回復過程の調査も，断層の強度を明らかにするために重要な研究である．さらに，断層の強度を直接明らかにするのではなくても，強度の時空間変化を示唆するような現象の解明を行うことも重要である．

 

2.　具体的な戦略

 

2.1.　プレート境界

 

三陸沖では，非地震性すべりの時空間変化を把握することにより，発生場所と規模および発生時期を大局的には予測することが可能であると考えられる．相似地震，プレート境界の反射強度，精細な速度構造・震源分布，海底測距，海底地殻変動連続観測，陸上でのGPSなどが，時空間変化を把握するために有効であると考えられる．これらのデータとアスペリティーマッピングの結果により，シミュレーションを行い，10年程度の時間スケールでの発生予測を行うことが重要である．シミュレーションは，今後の予測とともに，過去の大地震の再現を試みることも重要であろう．

　アスペリティー分布の解析により，他のプレート境界における断層の固着と非地震性すべりの不均質も明らかになりつつある．日向灘においても，陸上GPSの解析から，非地震性すべりと大地震発生の関連が明らかにされつつあり，震源分布など三陸沖と同様な研究を進めることが重要であろう．

　一方，南海トラフ沿いにおいては，アスペリティーのサイズが大きく，地震発生域全体が大きなアスペリティーであることが推定されている．この場合は，固着領域の上限・下限周辺の非地震性すべりの時空間変化の把握が重要である．この点は東海地震の予知にも関係して大変重要であり，非地震性すべりの時空間変化を把握するための観測やシミュレーションをさらに進める必要がある．東南海地震・南海道地震については，測地測量や地震観測などにより計測されたデータが存在する．これらは，東海地震を含めて次の大地震の予測のために，極めて重要かつ貴重なデータであり，データ解析とシミュレーションにより，これらの巨大地震前に起こっていた現象を解明し再現することが重要である．

十勝沖から根室沖にかけても，現在のカップリングの状況が明らかになりつつある．GPSデータによる推定によると現在カップリングが大きく，また1952年十勝沖地震から50年近く経過しており，次の大地震がそう遠くないという指摘もある．歴史地震や津波堆積物の解析等により，活動履歴を明らかにするとともに，南海トラフ沿いと同様に，非地震性すべりの時空間変化を把握するための観測やシミュレーションをさらに進める必要があると考えられる．

　非地震性すべりの時空間変化の把握により，10年程度の時間スケールで大地震が起こる可能性が高いと考えられる地域においては，前兆現象を捉えるために，さらに集中的な観測研究を行うことが重要である．この場合には，震源核形成に伴い，破壊開始点付近で生起する現象を捉えることが重要なターゲットとなる．この場合は，多項目・多点の高精度の観測を行うことが必要なことは言うまでもない．これまでの地震予知研究において，色々な前兆的な現象が報告されたが，その多くは，１点１項目のデータであった．地域を特定して集中的合目的的な観測を行うことにより，前兆現象の観測可能性と，観測できた場合にはその発生過程を明らかにすることを目指す．同時に，過去に起こった大地震に関して，既存のデータおよび定常観測網や集中観測によるデータを用いて，破壊開始点付近の断層面の物理・化学・幾何学的性質などを明らかにすることが重要である．

 

2.2.　内陸地震

 

内陸地震についても，地震時の不均質なすべり量が非地震性すべりによる可能性が示唆された．しかしこれは，震源断層上のすべり量分布に関するものであり，断層の端にあたる下側や横側の状況については言及されていない．これは，内陸地震の発生場と発生過程について，まだ，基本的な枠組みが解明されていないためである．例えば，断層の下側や横側の延長部にもすべり面が存在して，非地震性すべりを起こす可能性があるのか，あるいは，下部地殻は全体が流動しているのかといった問題を明らかにしなければならない．

基本的な枠組みに加えて，地域的な特徴が解明されていないことも，その発生予測において大きな問題である．沈み込み帯の場合，プレート境界断層面の位置は震源分布・発震機構解・構造探査等からおさえられているが，内陸では，アムールプレート（ユーラシアプレート？）や北米プレートについて，その有無を含めて，境界の位置などの実体がまだ解明されていない．内陸の境界における収束のプロセスに関しても，沈み込みかあるいは衝突か，それとも単に内部変形しているだけなのかなどよく分かっていない．沈み込み帯では問題にならなかった，地殻の上部・下部の物性と地震発生に関する役割も解明されておらず，プレートの相対運動に起因して，内陸の断層にどのように応力が加えられるかもまだ解明されていない．

しかしながら，上記の問題に答えるために必要な質の高いデータが近年急速に蓄積されている．第１,2章で紹介したように，本計画および前回の５カ年計画（「第７次地震予知計画」）による内陸での集中観測等により，内陸地震発生に関係する日本列島の基本的な地殻構造や，断層スケールの地震活動や変形場が明らかにされつつある．また，国土地理院のGPS観測網GEONETにより，日本列島の変形の時空間変化がモニターされている．列島スケールの地震活動や地殻構造は，大学の微小地震観測網に加えて，防災科学技術研究所のHi-net等の整備により，精度良く把握できるようになった．電気伝導度構造についても，NetworkMT法により，全国的な構造を明らかにする試みが行われている．活断層調査や歴史地震資料の調査は，過去の内陸大地震の歴史を明らかにしている．これら多種類のデータおよび活断層や過去の大地震のデータの解析と，室内実験結果やシミュレーションと組み合わせることにより，内陸地震の発生場と発生過程についての基本的な枠組みを明らかにできるものと期待される．

例えば，日高における集中観測により，これまで想定されていた日本列島周辺のプレートの相互作用の枠組みを見直す必要があることが示されつつある．東北日本は，北アメリカプレートやオホーツクプレートであると考えるのではなく，幅広い変形集中帯である可能性が示されている．この変形集中帯で生起している過程を解明することが，内陸地震の発生場の解明にとって重要であると考えられる．

また，鳥取県西部地震に関しては，定常観測のデータ，および地震，GPS，MT法の集中観測などにより，地震断層やアスペリティー，断層周辺の弱面等に関する新たな知見が得られるものと期待される．2,3例を上げる．稠密なアレイにより，地殻内の反射面や散乱体などの構造が見つかりつつあるが，これらと深部低周波地震や低比抵抗層との関係が注目される．稠密余震観測データの解析結果も大いに期待される．余震は断層面上に発生しているのか面外なのかという問題は，余震はなぜ起こるかということに直接関係しているが，まだ決着はついていない．余震の発生過程の問題は，本震の破壊過程の推定においても重要であるし，プレート境界など他の地域の地震活動を解釈する上でも基本的な知見である．断層面が，平らなのか波打っているのか，ステップ的にずれている部分があるのかなども，余震が断層面上に起こっていれば解明できる可能性がある．断層の端や本震の破壊開始点付近の応力や強度分布に関する知見も得られるであろう．これらの研究は，現在の定常的な観測網のデータだけからは見えないものであり，集中観測の必要性を示している．

　これらの研究により，これまでよく分からなかった内陸地震の発生過程が明らかになり，その予測のための基礎ができると期待される．

 

3.　おわりに

 

５カ年計画の前半における調査研究により，非地震性すべりの時空間変化が，大地震

の発生をコントロールしている可能性が高いことが分かってきた．このことは，地震は，偶発的な現象ではなく，準備過程を経て発生するものであることを示している．準備過程を解明することにより，10年程度の時間スケールでの地震の発生予測を目指すとともに，準備過程の最終段階にあると考えられる地域で，直前過程の解明についての研究を行うことが重要である．その際には，既存の手法を活用するとともに，目的に応じて，観測手法の開発を行うことが極めて重要であろう．

 

文献

 

地震調査研究推進本部地震調査委員会,宮城県沖地震の長期評価,2000.

Kawasaki, I., Y. Asai, and Y. Tamura, Space-time distribution of interplate moment release including slow earthquakes and the seismo-geodetic coupling in the Sanriku-oki region along the Japan trench, Tectonophysics, 330, 267-283,2001.

永井理子・菊地正幸・山中佳子,三陸における再来大地震の震源過程の比較研究，地球惑星科学関連学会2000年合同大会,2000.

関口春子・岩田友孝・杉山雄一ほか， 2000年鳥取県西部地震の震源過程と地震発生の場, 地球惑星科学関連学会2001年合同大会, S3-006,2001.

澁谷拓郎・中尾節郎・西田良平ほか， 2000年鳥取県西部地震に先行して発生した1989年,1990年,および1997年の群発地震活動, 地球惑星科学関連学会2001年合同大会, S3-003,2001.

山本清彦・佐藤凡子・矢部康男，断層破砕帯が断層の強度に果たす役割，日本地震学会講演予稿集，2000年度秋季大会，P149, 2000.

山中佳子・菊地正幸,日本付近のアスペリティマップ　東北編, 地球惑星科学関連学会2001年合同大会, Sy-005, 2001.