(1)課題番号：0502.1
(2)実施機関：東北大学大学院・理学研究科
(3)課題名：高密度微小地震観測による地殻不均質構造の推定
(4)本課題の５カ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：
1.地震発生に至る地殻活動解明のための観測研究の推進
(2)準備過程における地殻活動
(4-2)関連する「建議」の項目(建議のカタカナの項目まで)：
1.(2)エ，(1)ウ
(4-3)「5カ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：
内陸地震の発生機構の解明のためには，地震発生域へのローディングプロセスの解明と，内陸地震発生モデルの構築が必要である．内陸地震発生モデルの構築には，断層の深部構造の解明と流体の挙動を明らかにすることが，きわめて重要である．最近の稠密地震観測網のデータから，流体が重要な役割を果たしていると思われる地震波反射面（ブライトスポット）の空間分布に関する重要な成果が得られつつある．本研究計画は，稠密地震観測網による自然地震の観測から，地震波反射面（ブライトスポット）のより詳細な空間分布を求め，波形解析やトモグラフィから得られる情報も用いて，ブライトスポットの地球物理的性質を明らかにすることを目標としている．
これまでに東北地方脊梁地域における合同稠密観測等により得られた主な成果は以下のとおり：
1)ブライトスポットは火山周辺のみならず活断層周辺でも多数見つかり，上部地殻および下部地殻のかなり広域に存在している可能性が示された．
2)P波とS波の両方のトモグラフィの結果から，下部地殻のVp/Vsの大きい領域では，ブライトスポットの下限も浅くなっている．
3)同一反射面で反射したP波およびS波を検出して，それらの反射波と直達P波および直達S波のスペクトル振幅比から，反射体内部のP波速度，S波速度，層厚を推定した結果，約100m程度の層厚の地震波反射体内部には水が存在している可能性が示された．
4)太平洋プレートの沈み込みに伴う地震活動では，アスペリティ（地震時のすべり量の大きい領域）は，高b値域をさけるように分布してる．
5)深さ100kmおよび150km付近のスラブから水が供給されてメルトを発生し，それが火山フロントの下にまで供給されるという仮説に対して，トモグラフィとb値の分布の比較からそれを裏付ける証拠が得られた．
6)プレート境界のアスペリティ近傍でのb値の時間変化を見ると，本震前でb値が小さく，本震後に大きくなる傾向が見られた．
7)レシーバー関数の解析により，少なくとも東北地方の太平洋側ではコンラッド面が顕著に見られるため，ブライトスポットのいくつかはコンラッド面を見ている可能性がある．
(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：
(4)地震発生に対する地殻流体の役割
(4)-3.島弧の変形に対する地殻流体の役割
(4)-3-1.下部地殻
および
(4)-3-2.上部地殻
(5-2)「平成12年度項目別実施計画」のどの項目を実施するのか：
2.「準備過程における地殻活動」研究計画
(3) 断層周辺の微細構造と地殻流体の挙動の解明
(5-3)平成13年度に実施された研究の概要：
全国の大学と共同して設置した北海道日高地域の衛星テレメター観測点の維持を実施した．また，東北脊梁地域における臨時地震観測を継続し，地殻内流体に起因すると考えられる地震波反射体や散乱体の空間分布を調べ，さらに，同一反射面から反射したＰ波とＳ波のスペクトル振幅比から，地震波反射体は約100mの層厚を持ち，その内部には水が存在している可能性が高いことを明らかにした．
定常観測網（稠密観測を含む）の約20年間のデータから，b値の空間分布には顕著な地域性が見られることがわかった．浅発地震では，火山フロントを境にして西側で大きく東側で小さい．太平洋プレートの沈み込みに伴う地震活動では，アスペリティ（地震時のすべり量の大きい領域）は，高ｂ値域をさけるように分布してる．深発地震面上の深さ100kmと150km付近には，プレートの沈み込みに伴う脱水反応を反映した高b値域が存在する．
(5-4)「平成13年度の到達目標」に対する成果の概要：
内陸地震の発生と地殻内流体やデタッチメントとの関連について，現在，いろいろなモデルが構築されつつある．これらのモデルの構築・検証のためには，地震波反射面（ブライトスポット）の空間分布を調べ，その空間分布・地球物理的性質と活断層・内陸地震発生との関係を明らかにすることが重要である．東北脊梁山地直下の地殻内部には，顕著なS波反射体が広い範囲にわたって多数存在していることが指摘されている．これらのS波反射面のうちから，同時に反射したP波も観測された場合について，その反射面の位置を推定した結果，長町・利府断層（図1），栗駒山，田沢湖の3地域で顕著な地震波反射面が得られた．反射波と直達波のスペクトル振幅比の周波数依存性から反射体の層厚・P波速度・S波速度を求め，反射体内部にクラックが存在するモデルを仮定して計算した地震波速度の変化率と比較した（図2）．その結果，クラック内部には水が存在している可能性が高いことが明らかとなった．
稠密観測および定常観測網の約20年間のデータから以下の成果が得られた．火山フロントを境にして，浅発地震のb値は西側で大きく東側で小さい．さらに，b値の変化は構造線や地磁気異常の分布と相関が認められる．太平洋プレートの沈み込みに伴う地震活動では，アスペリティ（地震時のすべり量の大きい領域）は，高b値域をさけるように分布している（図3）．深発地震面上の深さ100kmと150km付近には，プレートの沈み込みに伴う脱水反応を反映していると考えられる局所的な高b値域が存在する．さらに，プレート境界のアスペリティ近傍でのb値の時間変化を見ると，本震前でb値が小さく，本震後に大きくなる傾向が見られた．
(5-5)共同研究の有無：
北海道大学大学院理学研究科，東京大学地震研究所，名古屋大学大学院理学研究科，京都大学防災研究所，九州大学大学院理学研究院，弘前大学理工学部，山形大学理学部，宇都宮大学教育学部，愛媛大学理学部との共同研究．参加人員は約50名．
(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：
弘瀬冬樹・中村綾子・長谷川昭，東北地方におけるｂ値の空間分布−アスペリティを避ける高b値-，日本地震学会講演予稿集2001年度秋季大会，A05，2001．
宗田靖恵・松澤暢・長谷川昭，レシーバー関数による東北日本弧の地殻・最上部マントル速度構造の推定，地震2，54，347-363，2001．
氏川尚子・海野徳仁・堀修一郎・長谷川昭，1998年9月15日仙台市の地震（M5.0）の震源域直下のS波反射体の構造，2001年地球惑星科学関連学会合同大会，Sz-P013，2001．
(6)この課題の実施担当連絡者：
氏名：海野徳仁
電話：022-225-1950
FAX：022-264-3292
e-mail：umino@aob.geophys.tohoku.ac.jp
図の説明
図1 地震波トモグラフィーによる長町-利府断層付近の速度構造．(a)Vp構造，(b)Vs構造．カラースケールは，P波およびS波速度のパーターベーションを示す．(c)Vp/Vs構造．カラースケールは，Vp/Vs比を示す．長町-利府断層の走向に直交する鉛直断面図を示す．丸印は，1998年9月15日に発生したM5.0の地震とその余震を示す．青実線は，本研究で推定された地震波反射体の位置を示す．黄実線は，堀ほか(1999b)により推定されたS波反射面を示す．図上部の緑実線は，長町-利府断層を示す．
図2 反射体内部の地震波速度比．丸印は3地域における観測値を示す．クラックモデルによる計算値（Yamamoto et al., 1981）を曲線で示す．母岩は花崗岩相当とし，クラック内部に溶融岩または水が存在する場合の例を示す．a はクラックのアスペクト比を表す．
図３ 太平洋プレートの沈み込みにともなう地震活動のb値の空間分布とアスペリティ．赤実線は，山中・菊地（2001）によって，黒実線は，岡田・他（2001）によって推定されたアスペリティを表す．b値の推定には，1981/01/01−2001/10/31の期間に発生したM≧2.8の地震（15,588個）を使用．0.05度間隔のグリッドを配置し，各グリッドから最寄りの300個の地震を使用して解析した．▲は火山を表す．