(1)課題番号：0111
(2)実施機関名：東京大学地震研究所
(3) 課題名：断層面上の不均一応力と強度分布の把握
(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成14年度までの成果
(4-1) 建議の項目： 1.(4) 地震時及び地震直後の震源過程と強震動
(4-2) 建議の項目： ア，イ
(4-3) 「この研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：
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がわかる．地震予知の観点から，とくに破壊の開始域と最大アスペリティの物性に注目する．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．
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．
(5)平成14年度成果の概要
(5-1) 「３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施するのか：
主な項目：(5)
関連項目：(2)-2-1 (2)-2-2 (4)-1
(5-2) 平成14年度項目別実施計画のどの項目を実施するのか：
4.「地震時及び地震直後の震源過程と強震動」
(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：
14年度計画では以下の(A)〜(D)の課題に取り組み成果をあげた．
(A) アスペリティに関する研究
●アスペリティについての知見のまとめ
最近の研究で，アスペリティの分布が時間的に変わらないことが明らかになってきた．このことは，アスペリティを場の一つの特性として捉えることが可能であることを示し，構造に起因する様々な物理量との相関を示唆するものである．
この観点から以下の知見はとくに重要と考えられる．(1)近接する複数のアスペリティは連動することがある． (2)余震はアスペリティの周辺域に多い．(3) アスペリティは非地震性すべり域（常時すべり・間欠すべり・余効すべりを含む）と隣り合わせであることが多い．(4) アスペリティは地震活動度の低い領域，ｂ値の小さい領域と良い相関をもつ．
地震観測網が充実し，震源の精度が一段と良くなった今日，(4)のような地震活動とアスペリティの関係は，アスペリティの把握にとって重要な意味を持つ．(Kikuchi and Yamanaka, 2002)
●アスペリティの地域性
東北地方の太平洋側で，地震によるエネルギー解放量が少ない部分はＧＰＳでもすべり欠損が少ない領域であること，相似地震が多く発生していること，地溝地形が沈み込んで いる領域であることなどがわかってきた．(山中・菊地,2002a)
北海道のプレート境界地震について，浅い部分ではアスペリティの大きな地震が起こるのに対し，プレートの沈み込み角が急になっている部分ではＭ７程度の比較的規模の小さい地震しか起きていないなど，プレートの形状（または位置）とアスペリティのサイズに相関があることがわかってきた（図１）．（山中・菊地,2002b）
内陸の活断層について，海溝型プレート境界の地震と同様の考えが適用できるかどうかは不明であり，現状では事例を蓄える段階にある．2001年11月14日の崑崙地震では全長400kmに及ぶ地震断層が現れた．観察された断層は大きく４つのセグメントからなり，すべり量は極端に不均一であった．この断層すべりは地震波解析によって得られたモーメント解放分布と良い一致を示した．同様のことが，2002年11月4日のアラスカ・デナリ地震でも示された．今後ＧＰＳ観測などによって，このような大断層に沿ったゆっくりすべりの有無及びその地震時すべりとの相補性のチェックが重要である．(Kikuchi and Lin, 2002)
(B) 地震波インバージョンの高度化
●３次元構造モデルの効果
３次元不均質地下構造モデルを用いた地震波形インバージョン法を開発した．今年度はこの高精度波形インバージョン法の精度の確認のために，数値実験を行った．また，たとえば神戸市街地のように階段状の盆地端を持つ代表的な盆地構造において，１次元構造を仮定したインバージョンの誤差を評価した．その結果，震源直下の速度構造を仮定することにより，Ｐ波，Ｓ波は説明できるが後続波は説明できないこと，従って，精度の高い震源過程を得るためには３次元構造の考慮が必要であることを示した．(八木・古村, 2002)
●兵庫県南部地震の例
大阪平野の三次元地下構造モデル（図２a）に対して地殻変動と強震動のグリーン関数を計算し，1995年兵庫県南部地震の震源過程を再解析した．グリーン関数はボクセル型有限要素法による並列計算で求めた．得られた結果を，水平成層構造または半無限媒質のグリーン関数を用いた結果と比較すると，地殻変動はグリーン関数の変化が小さく，そのインバージョン結果も変化が小さい．これに対して強震動は，地下構造モデルによりグリーン関数が大きく変化するため，インバージョン結果も大きく変化した．その結果，図２bのように，被害の集中した神戸市街地の真下で大きなすべりが復元された．このことは地震被害が単に地下構造だけの問題ではないことを示唆している．(Koketsu
and Ikegami, 2002)
(C) 大規模並列計算による高精度強震動シミュレーション
３次元的に不均質な地殻・マントル構造と不均質断層滑りモデルを組み込んだ，高精度並列シミュレーション法を開発した．並列ベクトル計算機（SR 8000, VPP500E）および地球シミュレータを用いて2000年鳥取県西部地震，1999年メキシコ・オアハカ地震，1999年台湾集集地震の強震動シミュレーションを実施した．計算結果は日本（K-NET，KiKnet）および台湾の高密度強震アレイ観測記録と比較し，計算モデルの有効性を確認するとともに，水平的に不均質な地下構造（プレート深部構造，表層地盤）における波動伝播特性を評価した．その結果，１）Cocosプレートの上面では広角S波反射が強く生成され，局所的な強震域が生じること，そしてこれがフイリッピン海プレートにもあてはまる可能性が高いこと，２）台湾で見られる地殻内の急激な速度勾配が地震動の距離減衰を抑え，遠地の地震動を大きくすること，３）西南日本のように表層の地震波速度の速い地域では表面波が強く励起されること，などが数値シミュレーションから確認できた．(Chang et al., 2002; Furumura et al., 2002; Furumura
and Singh, 2002)
これらの知見をもとに，西南日本の地下構造モデルを用いた南海トラフ地震の強震動シミュレーションを実施し，南海地震と東南海地震，あるいは東南海地震と東海地震が同時発生した場合など，シナリオ地震の震度予測地図を試作した（図３）．(Furumura,
2002)
(D) 国府津松田断層周辺の３次元不均一構造の調査
１３年度末に行われた国府津松田断層および隣接する足柄平野の地下構造探査について，データ解析を進めた．屈折法探査データの解析によれば図４に示すような速度構造断面が得られる．観測波形には国府津松田断層で反射した地震波や，断層に起因した屈折波マルチパスなどが現れているので，これらの観測波形をシミュレーション波形と比較しながら，断層の形状を考察した．また，堆積盆地の三次元構造をインバージョンする手法を開発し，それを足柄平野内外に面的に分布させた観測点のデータに適用して三次元モデルを得た．(Afnimal
et al., 2002)
(5-6) 平成１４年度に公表された成果：
Afnimar, K. Koketsu
and K. Nakagawa, Joint inversion of refraction and gravity data for the
three-dimensional topography of a sediment-basement interface, Geophys. J. Int., 151, 243-254, 2002.
Chang, T.-M., K.-L. Wen, T. Furumura and H.-J.
Chiang, Surface wave excitation in the western coastal plain of Taiwan during
the 1999 Chi-Chi Earthquake, J. Geolog. Soc.
Furumura, T., K. Koketsu and K.-L. Wen, Parallel PSM/FDM hybrid simulation of ground
motions from the 1999
Furumura,
T. and S.K Singh, Regional wave propagation from Mexican subduction zone
earthquakes: The attenuation functions for interplate
and inslab events, Bull. Seism.
Soc. Am., 92, 6, 2110-2125, 2002.
Furumura, T., Parallel
Simulation of Seismic Wave Propagation, International Symposium on High
Performance Computing, Lecture Note on Computer Sciences, Springer, V2327,
231-242, 2002.
Kikuchi, M. and Y. Yamanaka, Fault
asperity of large earthquakes in
Kikuchi,M.
and A. Lin, Teleseismic analysis of the 2001
Koketsu, K. and Y. Ikegami, Finite-element
simulation of seismic wave propagation with a voxel
grid, 3rd ACES International Workshop, 52, 2002.
Yagi, Y. and M. Kikuchi, Partitioning
between seismogenic and aseismic slip as hilighted from slow slip events in
八木勇治・古村孝志, ３次元速度構造を考慮した震源インバージョン（１），日本地震学会講演予稿集2002年度秋季大会，P014,
2002.
山中佳子・菊地正幸, 見えてきたアスペリティの特徴,
地球惑星科学関連学会講演予稿集2002年度，J076-002,
2002a.
山中佳子・菊地正幸, アスペリティマップ 北海道編,
日本地震学会講演予稿集2002年度秋季大会，B52,
2002b.
図の説明
図１： 北海道地方の太平洋側の大地震の断層すべり分布．沈み込み角度の小さい浅い側で
Ｍ８クラス，深い側でＭ７クラスの地震が起こる．
図２： ３次元速度構造（図a）を考慮した波形インバージョンによる兵庫県南部地震の断
層すべり分布（図b）．神戸市の真下に大きなすべりが見られる．
図３： ３次元速度構造と不均一破壊伝播を考慮した強震動シミュレーション．
図４： 屈折法探査による足柄平野の地下構造と国府津松田断層の形状（上図）と反射断面
（下図）．
(6) この課題の実施担当連絡者
氏名：菊地正幸
電話：03-5841-5764
FAX： 03-5841-8263
E-mail：kikuchi@eri.u-tokyo.ac.jp
