(1)課題番号：0101
(2)実施機関名：東京大学地震研究所
(3)課題名：三陸はるか沖地震域におけるプレート境界の形状・物性と震源過程の比較研究
(4)本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成13年度までの成果
(4-1) 「地震予知のための新たな観測研究計画の推進について」（以下、建議）の項目：
III. 1. (１) 定常的な広域地殻活動
(4-2) 関連する「建議」の項目 (建議のカタカナの項目まで)：
1.（１）ウ (２)ア、ウ・エ (３)イ
(4-3) 「5ヵ年計画全体としてのこの研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：
本計画ではプレート境界のカップリングを地震波速度構造、プレート境界の反射特性、これを用いた境界にある物性の推定を行い、三陸沖日本海溝陸側斜面及び三陸はるか沖地震震源域の現在ある状態を推定し、今後の予測をする。具体的には、５カ年で、三陸はるか沖地震の震源域をテストフィールドとして、そこのプレート境界アスペリテイ分布、地震開始点の推定、物性の特徴を明らかにすることを目的としてきた。
三陸はるか地震も十勝沖地震も地震開始点と主モーメント解放域の場所が異なる。これは、このような性質が水平的なアスペリテイ分布を作り出すような物性と場に関係した不均質性である可能性がある。すなわち、プレート境界の物性の不均質性を表しているだろう。これを決めている原因として、水とこれによる含水鉱物・含水粘土が重要な役割を担っていると推定される。
平成８年の地震予知の研究により北緯３８゜〜３９゜にかけて存在するプレート境界付近における地震活動と反射強度の関係を見つけた。これは、反射強度が強い場所は弱いプレート間カップリングを示唆する。この強い反射強度の場所が面的にどのように広がっているかを明らかにする事により、アスペリテイの分布と地震発生ポテンシャル評価できるだろう。
平成１３年度は、３８゜Ｎ〜３９゜Ｎにかけてエアガン、地震計、マルチチャンネル・ストリーマーを用いた人工地震調査を行った。
この結果は現在解析中であるが、反射強度が面的に変化している様子が明らかになりつつある。
(5)平成13年度成果の概要
(5-1) 「平成12年度全体計画骨子の補足説明 ３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施するのか：
主たる項目
（２）プレート境界におけるカップリングの時空間変化
（２）−２：テストフィールド
（２）−２−１：三陸沖
関連する項目
(1)広域応力場の形成メカニズム
（１）―２ 境界条件
(1)―２−１ 日本列島の東・南側の境界条件
(5-2) 「平成12度項目別実施計画」のどの項目を実施するのか：
１．「定常的な広域地殻活動」研究計画
（１）プレート境界域の地殻活動及び構造不均質に関する研究
(5-3) 平成1３年度に実施された研究の概要
継続している解析
平成８年度の記録の解析（継続）
図１は平成８年度に実施した釜石沖の未処理であった３９゜Ｎ〜３９゜３０´Ｎの結果である(Fujie et al., 2001)。この図で地震計２６〜地震計０６に相当する部分が３９゜１５´Ｎに存在する低い地震活動域である。矢印はこの部分でのプレート境界からの地震波反射強度が強いことを示している。プレート境界の深さを０ｋｍとした。
平成１２年度の解析（継続）
平成１２年度は４０゜Ｎ〜４１゜Ｎの海溝陸側斜面を東西に１５０ｋｍ ｘ 幅１００ｋｍほどの帯状の場所において、地震計２０台を用い、１０月〜１１月末の４０日間、自然地震の観測と小規模の人工地震観測を行った。この観測の主要な目的は、海溝斜面のプレート境界のデカップリング帯とカップリング帯の境界において、震源の深さを正確に決め、大地震の開始点を見つけることであった。求まった震源は海溝斜面上２０００ｍ〜３０００ｍでクラスタを作っていた（図２）。擬似３次元構造を用い震源を決めた結果、最東端を除くと、定常的な微小地震活動の震源はプレート境界ではなく、その上に位置する地殻内であることがわかった。これに対し、余震活動時は主たる震源はプレート境界であった（日野他、２０００）（図３）。最東端は１９９４年の破壊開始点に一致するとともに、定常活動もある。この活動がプレート境界へ伝搬するか或いは地殻内にとどまるかが、破壊が巨大地震化するかどうかの境目ではないだろうか。また水平的な位置関係も異なる。海溝軸に近い堆積物ウエッジ内の地震活動は無いと考えられる。
平成１３年度の結果
平成１３年８月〜１０月にかけ三陸釜石沖（３８゜３０´Ｎ〜３９゜３０´Ｎ；１４３゜００´Ｅ〜１４３゜４０´Ｅの領域（図４））において海底地震計・エアガンを用いた人工地震探査を行った。地震計の設置と回収は地震研用船により、エアガンによる調査は東大白鳳丸共同利用(KH01-02)を利用した。エアガンの総容量は５７リットルである。海底地震計は３０ｋｍ ｘ ５０ｋｍの範囲に格子状に設置した（図３丸印）。得られた波形の一部を図５、６、７に示す。図４は地震計２１に対する波形断面であり、東側の測線(Line-1)から西側の測線(Line-7)の測線上のエアガン発振を測線４上の地震計２１により記録したものである。矢印で示したものがプレート境界からの反射波と考えられる。これから海底地震計２１を挟んで南北約１０〜１５ｋｍの距離の反射面で反射強度が強いことがわかる。又、東西に約５０ｋｍの広がりを持っている。これらの結果は平成８年度に得られた結果と調和的である。この観測点より北側の２０（図６）、１９（図７）では反射波は著しく不明瞭になり、プレート境界面の性質が南北で変化していることがわかる。
今後反射波の３次元的マッピングを行う予定である。
(5-4) 「平成13年度の到達目標」に対する成果の概要：
平成１３年度の到達目標は平成８年度に得られたプレート境界の地震活動と地震反射波の関係を面的にマッピングし、アスペリテイの３次元的分布をマッピングする事にあった。観測では、観測機器の不調もあり完全でなかったが、現在まで得られている結果では以前の結果を裏付けるような東西に広がる反射面の存在が得られた。詳細な解析は今後行う予定である。
(5-5) 共同研究の有無
東北大学理学研究科、東大海洋研究所、千葉大学理学研究科と共同研究を行った。共同研究者は約１５名。
共同観測は三陸釜石沖において平成１３年８月から１０月に３回に分けて行った。
(5-6) 平成13年度の成果に関連の深いもので、平成13年度に公表された成果
論文
西坂弘正、篠原雅尚、佐藤利典、日野亮太、望月公広、笠原順三, 海底地震計と制御震源を用いた北部大和海盆、秋田沖日本海東縁部海陸境界域の地震波速度構造, 地震2,54,365-399,
2001.
Kamimura, A., Kasahara, J., Hino, et al., Crustal structure study at the Izu-Bonin subduction zone around 31ºN: Implications of serpentinized materials along the subduction plate boundary, Phys. Earth. Planet. Inter., (accepted).
Fujie, G., J. Kasahara, R. Hino, et al., A
significant relation between seismic activities and reflection intensities in
the Japan Trench region, Geophys. Res. Lett., in press.
Hayakawa,
T., J. Kasahara, R. Hino, et al., Heterogeneous structures across the source
regions of the 1968 Tokachi-Oki and the 1994 Sanriku-Haruka-Oki earthquakes at
the Japan Trench revealed by an ocean bottom seismic survey, Phys. Earth
Planet. Inst., (accepted).
Kamimura,
A.., J. Kasahara, S. Shinohara, H. Ryota, et al., Crustal structure study at
the Izu-Bonin subduction zone around 31° N: Implication of serpentinized materials along the subduction plate boundary, in “Proc. Of Symposium
on seismotectonics of the north-western Anatolia-Aegean and recent Turkish
earthquakes”,21-30, Istanbul Tech.
Univ., 2001.
Hayakawa,
T., J. Kasahara, R. Hino, T. Sato, M. Shinohara, A. Kamimura, M. Nishino, T.
Sato, and T. Kanazawa, Heterogeneous structure across the source regions of the
1968 Tokachi-Oki and the 1994 Sanriku-Haruka-Oki earthquakes at the Japan
Trench revealed by the ocean bottom seismic survey, in “Proc. Of Symposium on
seismotectonics of the north-western Anatolia-Aegean and recent Turkish
earthquakes”,31-41, Istanbul Tech.
Univ., 2001.
Kasahara,
J., A. Kamimura, G. Fujie, and R. Hino, Influence of water on earthquake
generation along subduction zones, Bull. Earthq. Res. Inst., 76,
289-301, 2001.
笠原順三、上村彩、水が描き換える日本列島のダイナミックな姿―新しい地震発生論の幕開け、2002年、２月号、180-186,
2002。
上村彩、笠原順三、篠原雅尚、日野亮太、伊豆・小笠原沈み込み帯における地殻構造の研究：沈み込みプレート境界に沿った蛇紋岩の存在可能性、月刊地球号外、印刷中.
笠原順三、藤江剛、上村彩、日野亮太、三陸沖におけるプレート境界付近の地震波反射特性・速度不均質構造と大地震発生メカニズムにおける水の重要性、月刊地球号外,印刷中。
口頭発表
米島慎二, 桑野亜佐子, 日野亮太他, 1994年三陸はるか沖地震余震域における高密度海底地震計観測（速報、2001年地球惑星関連合同学会、２００１．
桑野亜佐子, 日野亮太, 西野実他, エアガン人工地震探査を用いた1994 年三陸はるか沖余震域の地殻構造推定、2001年地球惑星関連合同学会、２００１．
米島慎二，西野実，日野亮太他，微小地震活動から見た三陸はるか沖地震余震域のサイスモテクトニクス、２００１年地震学会秋期大会、２００１．
(6)この課題の実施担当連絡者
氏名：笠原順三
電話：０３−５８４１−５７１３
ＦＡＸ：０３−５６８９−７２３４
e-mail：kasa2@eri.u-tokyo.ac.jp
図１：平成８年行った地震地震探査の続報。矢印で示した測線３に沿った反射面のマッピング。海底地震計０６〜２５の下にはプレート境界の反射面が認められ、そこでは（３９゜１５´Ｎ付近）地震活動が低い。
図２：平成１２年の観測結果。沈み込み境界面付近の地震活動が確認できるが、海洋プレート内か或いはプレート境界であるのか判断は難しい。しかし、明らかに陸側プレートの地震活動が認められる。
図５：測線４上の地震計２１に対し、測線１（左上）〜測線７（右下）上のエアガン爆破に対する記録断面。縦軸は８ｋｍ／ｓで補正した走時。横軸は地震計からの距離。矢印はプレート境界からの反射と推定される波群。この場所では地震計に対し南北（−５０ｋｍ〜５０ｋｍ）に反射の強い場所がある。
図６：測線４上の地震計２０に対し、測線１（左上）〜測線７（右下）上のエアガン爆破に対する記録断面。
図７：測線４上の地震計１９に対し、測線１（左上）〜測線７（右下）上のエアガン爆破に対する記録断面。
