第5章 「地震時及び地震直後の震源過程と強震動」研究計画
１．はじめに
地震時の破壊過程を詳しく調べることにより，断層面上のアスペリティ分布や，それに関連した応力変化（応力降下と相対強度）が得られる．この応力変化は地震発生直前の応力・強度分布に関係した“地震直前環境”を反映したものとみなせる．これをＧＰＳ等の長期的な地殻変動データと比較することにより，アスペリティ周辺の非地震性すべりと地震発生に先立つ応力状態との関連を知ることができる．
詳細な破壊過程を調べるためには近地の強震計のデータが有用である．この場合，不均一構造の影響を２つの観点から定量的に評価することが重要である．１つは，観測データから構造による反射・屈折の影響を取り除いて，純粋に震源の破壊過程を調べること，もう１つは，破壊過程が構造の不均一をどのように反映しているかを明らかにすることである．これらは，活断層の形状・構造を考慮した信頼性の高い強震動予測シミュレータの開発にとって必須である．
平成１３年度は，国府津・松田断層周辺の地下構造調査を実施し，震源域周辺の不均一構造の特徴を把握した．これは次年度以降に行う波動伝播シミュレーションの基礎資料となる．
２．成果の概要
(A) 歴史地震記象などによる大地震のアスペリティ分布
過去100年間の日本周辺海域の大地震について，地震記象（強震計）の収集と解析を行い，アスペリティ分布を調べてきた．その結果，三陸沖（北部）の再来地震について，恒常的なアスペリティ領域の存在が確認されるとともに，そこでのサイスミックカップリング率がほぼ100%であること，複数のアスペリティが同時に動く場合と単独の場合があることなどがわかった(永井ほか,2001)．また，ＧＰＳデータの解析から 得られる，海溝沿いのプレート間滑り領域と固着領域を調べたところ，大地震の余効すべりが隣り合うアスペリティの中間で起こっていることがわかった．これに対し，三陸沖南部では，図１に示すように，カップリングがほとんどないこと，宮城県沖では約50%程度であるといった，カップリング率の地域性が認められた（菊地・山中,2001; 山中・菊地, 2001）
さらに，日向灘地域のプレート間すべりを調べたところ，図２に示すように，間欠的なゆっくり滑りが過去の大地震のアスペリティの周辺で起こっているという，注目すべき結果を得た(Yagi et al., 2001)．
また，1999年9月21日の台湾中部（集集）地震の高密度強震計データを解析し，断層の屈曲を含む，複雑な破壊過程とアスペリティ分布を明らかにした（Wu et al., 2001）．
(B) 初期破壊に関する研究
2000年鳥取県西部地震の初期破壊について調べた．初期破壊のMは６で，それまでに起きていた前駆的地震活動の北の端で開始した．約2.5秒後，5km南の前駆的活動域の南端で第２の大破壊が発生した．初期破壊と主破壊とは走向が約10°異なっている．また，初期破壊には主破壊と同じくらいの低周波が含まれることがわかった（平田ほか,2001）．
(C) テストフィールドにおける強震動生成のマスターモデル構築
テストフィールドのうち国府津・松田断層周辺をターゲットとした，震源モデルの特定と周辺部の三次元不均質構造の解明を目的に地下構造探査を実施した（図３）．反射法と屈折法を組み合わせたもので，神奈川県との共同研究として行った．また，「定常広域活動」推進部会との連携研究でもある．得られる活断層周辺の地下構造データは，前年度までに整備された都市圏強震動総合ネットワークシステムの地震データとともに，震源過程・強震動生成シミュレーションの基礎データとなる．目下，収集されたデータの解析作業を進めている．
(D) ３次元不均質構造の強震動シミュレーション・強震動予測に関する研究
12年度に開発した「PSM/FDMハイブリッド型並列計算法」をさらに発展させ，異なる格子サイズを結合した「マルチグリッド化」を進めた(Furumura and Kennett,2001; Furumura and Furumura, 2001; Furumura et al., 2001; Furumura et al., 2002; Kennett and Furumura, 2001; 2002)．これにより，地下構造の不均質性に応じた適切な計算格子が採用でき，高性能並列計算機を用いた大規模な３次元波動伝播・強震動シミュレーションが実用化した．本計算法の有効性を確認するために，不均質地殻・上部マントル構造と不均質断層滑りモデルを組み込んだ2000年鳥取県西部地震の強震動シミュレーションを実施し，K-NET・KiK-net強震観測記録との一致を確認した（図４）．
また，山崎断層系の地震活動図，活断層マップ及び内陸地殻内地震の特性化震源モデルに基づき，山崎断層でのシナリオ地震震源モデルを作成し，山崎断層域で生じた中規模地震記録を経験的グリーン関数として用いて，強震動予測を行った．
(E)サイト特性評価に関する研究
和歌山市直下の群発地震発生場の地震波減衰特性と震源パラメータの評価を行った（荒川ほか,2001; Moya and Irikura,2002）．直達S波から求められたQd値は，Qd= 6.7f1.5 （2＜f＜10 Hz），Qd= 222 （10＜f＜32 Hz）と近似できる．特徴的なのは，他の地域と比較してQd値が顕著に低い（減衰が大きい）こと，Qd値の周波数依存性がおよそ10Hz以上ではなくなることが挙げられる．さらに，このQd値を用いて，散乱減衰と吸収減衰を評価した．解析は，Ts-p<0.8secの地震波のコーダ部分（4sec<Tlapse<9sec，Tlapse：発震時からの経過時間）に対して行われた．その結果，4Hz以上では，散乱減衰は小さくS波の減衰はほとんど吸収減衰によること，一方，2Hzでは，散乱減衰が卓越しS波の減衰への寄与は散乱減衰の方が大きいこと等が明らかになった．また，全周波数域で，コーダQ，Qc値は直達S波のQd値に粗く一致しているようである．S波の減衰に吸収減衰が大きく寄与していることから，群発地震発生域のクラック内に水等の流体の存在が示唆され，継続的群発地震活動の発生機構を考える上で興味深い．
また，観測された地震記録から震源・伝播経路・サイト特性を分離するスペクトルインバージョン法において，１地震の震源震幅スペクトルを合理的に仮定することによって問題を解く方法を提案し，2000年鳥取県西部地震余震記録に適用して安定な解をえることができることを示した．
(F) 首都圏強震計ネットワークの整備
全国６大都市圏の拠点大学に強震動総合観測ネットワークシステムが整備され自治体等の強震計・震度計1千地点余りの波形データを大学に収集するシステムが構築された．さらに首都圏ネットについてはWeb公開システムが作成され，主な有感地震に対して各観測点の応答スペクトルを見ることができるようになった（鷹野ほか, 2002）．図５に概略を示す．
３．おわりに
本研究計画がスタートした時点で，地震と強震動の発生を予測する観点から，我々はとくに「断層面上の強度の不均一構造と断層系の相互作用」に注目した．その後の研究の進展で，このターゲットが「アスペリティとその周辺の断層すべり」に絞られてきた．当初，“地震時にすべらなかった部分（周辺部）のすべり特性をいかにして把握するか”が難点であり，かつ，克服すべきポイントと位置づけたが，ここに来て一つの見通しが得られた．それは，“非地震時にはアスペリティ周辺部で断層すべり（間欠的あるいは定常的すべり）が起こっている”らしいことがわかってきたことによる．非地震時すべりと地震時すべりを結びつけることにより，震源域全体のすべり特性を明らかにすることができる．
また，このような棲み分けがプレート境界面の不均一構造に反映されている可能性も見えてきた．たとえば，三陸沖地域では非地震すべり域がＳ波反射の強い領域に対応しているらしい．
これらの結果は地震発生及び強震動の予測にとって極めて重要な意味をもつ．今後，テストフィールドを設定するなどして，構造探査や地殻変動グループとの連携を強め，課題を掘り下げていく必要がある．
文献
荒川浩樹・平松良浩・片尾浩，丹波地域におけるｂ値の空間分布，京都大学防災研究所年報No44 B-1，263-271，2001.
Furumura T. and B.L.N.Kennett,
Variation in Regional Phase Propagation in the Area around Japan, Bull. Seism.
Soc. Am., 91, 4, 667-682, 2001.
古村孝志・纐纈一起・坂上 実・山中佳子・高橋正義, 2000年伊豆諸島群発地震における式根島の震度異常と地盤増幅特性, 地震2, 54, 229-308, 2001.
Furumura M., and T. Furumura, Numerical simulations of strong ground motion during destructive earthquakes in Hokkaido, Japan, J. Comput. Acoust., 9, 1647-1651, 2001.
Furumura, M., T. Furumura and K.L. Wen, Numerical simulation of Love wave generation in the Ilan Basin, Taiwan, during the 1999 Chi-Chi earthquake, Geophys. Res. Lett., 28, 17, 3385-3388, 2001.
Furumura, T., K. Koketsu and K.-L. Wen, Parallel PSM/FDM hybrid simulation of ground motions from the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake, Pure Appl. Geophys., 2002, in press.
Kennett, B.L.N., and T. Furumura, Regional phases in continental and oceanic environments, Geophys. J. Int., 146, 562-568, 2001.
Kennett, B.L.N. and T. Furumura, The influence of 3-D structure on the propagation of seismic waves away from earthquakes, Pure Appl. Geophys., 2002, in press.
鷹野澄・菊地正幸・山中佳子・纐纈一起・古村孝志・工藤一嘉・卜部卓・武尾実,首都圏の強震動を解明する,震災予防, 184, 22-25, 2002.
菊地正幸・山中佳子：既往大地震の破壊過程=アスペリテイの同定, サイスモ 2001年 7月号, 6-7, 2001
Moya, C. and K. Irikura, Estimation of site effects and Q factor using two reference sites, Annual DPRI meeting, P-47, 2002.
永井理子・菊地正幸・山中佳子：三陸沖における再来大地震の震源過程の比較研究−1968年十勝沖地震と1994年三陸はるか沖地の比較, 地震, 54, 267-280, 2001
大見士朗・渡辺邦彦・澁谷拓郎・中尾節郎・平野憲雄・中尾愛子・竹内晴子・竹内文朗・三和佐知栄・志藤あずさ・金亜伊・Bogdan ENESCU，平成12年鳥取西部地震 −微小地震定常観測網による本震と余震活動−，京都大学防災研究所年報No44 B-1，273-282，2001.
Wu. C., M. Takeo, and S. Ide, Source Process of the Chi-Chi Earthquake: A Joint Inversion of Strong Motion Data and Global Positioning System Data with a Multifault Model, BSSA, l91 1128-1143, 2001.
Yagi, Y., M. Kikuchi, and T. Sagiya, Co-seismic slip, post-seismic slip, and aftershocks associated with two large earthquakes in 1996 in Hyuga-nada, Japan, Earth, Planets and Space, 53, 793-803, 2001.
山中佳子・菊地正幸：東北地方のアスペリテイマップ,東京大学地震研究所広報, 34, 2-4, 2001.
平田美佐子、梅田康弘、川方裕則 、2000年鳥取県西部地震の初期破壊、月刊地球 No.38（印刷中）, 2002.
図の説明
図１(a)東北地方太平洋側の地震(1930年以降Mｊ6.9以上）のアスペリティ分布．コンターはすべり量0.5m間隔．図中の数字は地震が起こった年を示している．星だけが書かれているところは最大スリップ量が0.5m以下であることを示す．
(b)東北地方太平洋側のアスペリティの時空間分布．各四角形は１回の地震で個々のアスペリティがすべった量を示している．
図２ 日向灘における1996年6月から900日間の定常的あるいは間欠的すべりの積算（八木勇治，2002東京大学博士論文より）．バックスリップの大きい目玉付近は1968年の日向灘地震（M7.5）の震源域と一致する．
図３ 国府津松田断層・足柄平野構造調査の測線図(a)と記録の一例(b)．
図４ 2000年鳥取県西部地震の強震動シミュレーション．波動伝播のスナップショット．
(a)強震観測記録（K-NET，KiK-net）と（b）数値シミュレーション結果を比較する．右では３観測点の強震記録（地動Transverse成分）と計算波形を比較する．
図５ 上段：自治体および地震研究所の強震計・震度計観測点．約470点ある．下段：Web上の観測記録の一例．加速度，速度，変位記録のほか，応答スペクトルも掲載している．
