(1)課題番号：０２０２
(2)実施機関名：京都大学防災研究所
(3) 課題名：地殻不均質構造の評価と大地震発生のモデリング
(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) 「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， (１)定常的な広域地殻活動
(4-2) 関連する「建議」の項目：１， (１)ア，イ，ウ
(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：
応力蓄積過程の調査において，広域的な場の調査目的は，地殻および上部マントルの不均質構造を調査することである．その方法は，変形しやすい場所としにくい場所を種々の方法によって検出し，物理量の地域分布として示すことである．具体的には手法は地震が発生している深さにおいて，地震波速度構造，散乱体，反射面の分布，減衰構造，比抵抗構造，密度，地震発生層（レオロジーを表す）などを調査する．さらにこれらの構造と，地表における活断層，地形，ＧＰＳによる変位，過去の大地震などを比較することによって，地震の発生との関連を明らかにする．その結果に基づいて，上記種々の物理パラメ−タと応力蓄積の関連を時間のパラメ−タを加えて調査する基礎を作る．
全国共同の自然地震および人工地震観測として12-13年度は北海道日高衝突帯の調査を実施した．また，平成12-13年度は2000年鳥取県西部地震の震源域において，稠密地震観測を実施した．平成13年度に観測を終了し計器の撤収を行い，西南日本におけるアレー観測を計画し，一部観測点の設置を行った．平成14年度から本格的にアレー観測点が稼働し，hi-netのデータも含めて，稠密アレー長期観測を実施している．北海道，日高の衝突帯では，上部マントルを含む，衝突帯の構造が明らかにされた．また，地震の詳細な分布も得られ，デラミネーションなど構造と地震活動の関係が明らかにされている．西南日本においては，プレートと地震活動との関係だけでなく，後述のように，地殻内および上部マントルの反射面の構造が明らかになると期待される．これらの反射面と応力蓄積過程の関連に関する研究の端緒となるものと思われる．
鳥取県西部地震の震源域では，これまでにない稠密な観測網による地震観測がなされ，震源域の不均質構造が，各種の方法で明らかにされてきている．また．人工地震観測では平成13年度に実施された東海−中部地下構造探査，平成14年度に実施された四国−中国横断測線による調査などで，列島横断トランセクトが得られつつある．これらの構造によって，プレートおよび内陸における詳細な構造が得られ，地震発生との関連が明らかにされつつある．鳥取県西部地震での人工地震探査では，上部地殻のみならず，上部マントルにおける，顕著な反射面が得られ，内帯の深部構造に関する新たな知見が発見された．これらの構造とフィリピン海プレートの無地震スラブの関係，低周波地震にとの関係など今後の発展が期待される．震源域における調査では，
跡津川断層付近においては，活断層，地震活動および地下構造との関連についての研究を継続的に実施してきた．この地域では地震活動と活断層の顕著な対応関係が見られる．また，断層クリープが見いだされている．さらに，ＧＰＳによる調査によって，新潟—神戸ひずみ蓄積帯の一部を形成していることが，明らかにされつつある．この地域では断層に沿う詳細な地震活動が求められるとともに，人工地震による調査では，表層が浅く，地下の断層が直接地表活断層として見られることが，明らかになった．また，地震発生層の下限付近付近と深さ20km付近に顕著な反射面があることがわかってきた．さらに，詳細な人工地震探査が期待される．
比抵抗構造は，地震波と違った面からの構造についての情報が得られる．特に，深部に存在する流体やマグマの情報を得るのに有効だと期待されている．全国の大学合同で各地で観測を実施しているが，なるべく地震の調査域と同じ地域を調査するように計画してきた．平成14年度は深部比抵抗構造調査を2000年鳥取県西部地震地域で実施した．ＭＴ法の観測環境としては良好とはいえないが，幸い観測期間中に大きな地磁気擾乱が発生し，この地域としては比較的S/N比の良い時系列データを取得することができた。また，鳥取大学と共同で2001年兵庫県北部群発地震地域においても深部比抵抗構造を実施した．さらに，島根県東部でも広帯域MT法の予備観測を実施した．これらのデータは解析中であるが，平成15年度には，その結果によって，追加の観測および本観測を計画している
(5) 平成14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」のどの項目を実施したのか： (1) 広域応力場の形成メカニズム(１)-１ 広域応力場の不均質性及び、(３)内陸活断層周辺における不均質な応力・ひずみ場の成因 (３)-2 内陸のひずみ集中帯の変形様式 (3)-2-2 変形特性の空間分布
(5-2) 平成14年度項目別実施計画のどの項目を実施したのか： (1) 広域応力場の形成メカニズム(１)-１ 広域応力場の不均質性
(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：
・全国大学合同観測に西南稠密アレーの設置，点検およびそのデータ処理
・全国大学合同観測による四国−中国地方の人工地震による地下構造調査
・人工地震による鳥取県西部地震とその周囲の地下構造調査
・全国大学合同観測として鳥取県西部地震震源域周辺で広帯域MT法による比抵抗構造調査実施した。
・鳥取大学と共同して島根辺東部の地震空白域と指摘のある地域内での広帯域MT観測のための調査
・鳥取大学と共同して群発的活動があった兵庫県北部周辺で広帯域MT観測を実施した。
・鳥取県西部地震の合同稠密地震観測の解析
・跡津川断層周辺における稠密地震観測とデータの解析
(5-4) 当初設定した平成14年度の到達目標に対する成果の概要：
★
西南日本における自然地震を用いた地下構造調査を実施するための，全国合同観測によるアレー観測点の設置とデータ処理システムの構築．データ処理の実施．順調にデータを取得中である．観測点は40点で（図１），参加大学は北海道大学，東北大学，東京大学，名古屋大学，京都大学，九州大学である．ホスト大学として，観測点の保守に当たるとともに，基礎的データの処理を行っている．
★
四国−中国横断人工地震観測による地下構造調査。８４点の地震観測および100点の観測点位置測量を担当し良好なデータを得た。速度構造を解析中である。
★
鳥取県が鳥取県西部地震の震源域で実施した人工地震観測による地下構造調査の爆破地震動を中国地方の東西の測線が観測し，調査を実施した．
★
鳥取県西部地震直後に行った震源近傍の稠密観測データによって，詳細な発震機構の分布および３次元速度構造を得た（図２）。また，前駆的地震活動，本震の震源過程との関連を種々のパラメ−タとの関係を検討した。さらに，震源断層近傍での観測データによって，断層トラップ波を検出し，破砕帯構造を推定した。加えて，稠密観測のデータによって，震源域周辺の地殻・最上部マントルにおける詳細なS波反射体構造を推定した。これらの研究は，陸域の大地震の震源域で実施された，もっとも密な観測網による成果である．地震の発生場として，これほど詳細な研究はこれまでにないので，さらに発展させて，震発生過程の研究に結合させることが重要だと考えられる．
★
2001年兵庫県北部において群発地震が発生し，長期間継続した．この震源域はHi-netなどの既設観測点に囲まれてはいるが，もっとも遠い場所で発生したので，震源域直上に臨時観測点を設置して，観測を実施した．この地震群は時間とともに拡大したが，横ずれを示す発震機構のP軸方位が地域によって，約45度系統的に異なるという特異な地震群であった（図３）．広域応力場と地震断層方位に関する新しい観測例を提供している．今後，広域応力場と発生する地震像の推定に関して，問題点を提起した．
★
跡津川断層付近で実施している稠密地震観測データによる精密震源決定（図４，および，12，13年度に実施した人工地震観測結果を用いて，表層の構造と地震発生層下に反射面を検出した．これらと地震活動の関係を調べた．）
★
2001年鳥取県西部地震震源域周辺での深部比抵抗構造
平成14年度は､鳥取県西部地震震源域周辺で，電磁気グループ（2001年地殻比抵抗研究グループ）によって2001年10月28日〜11月10日の期間に実施された広帯域ＭＴ法による共同観測のデータ解析を実施し、2次元比抵抗構造モデルを求めた。
観測域は電化線からの漏洩電流や観測域内にある変電所に集中する送電線によるノイズが大きく，ＭＴ法の観測環境としては良好とはいえないが，幸い観測期間中に大きな地磁気擾乱が発生し，この地域としては比較的S/N比の良い時系列データを取得することができた。観測には11台の観測システムを使用し，内1台はリファレンス観測のため鳥取県東部に設置し，残り10台を，図５aに示すように，ノイズ源となるものを避けつつ，震源域周辺にできるだけ南北方向の測線になるように配置した。図中の星印は，鳥取県西部地震の震央を示す。測線が大まかに言って南北方向になるように設定したのは，この地域は地質構造がほぼ東西方向の走行をもっていること，および，これまでに山陰地域で実施されたＭＴ観測から比抵抗構造が東西方向の走行を持っていると推定されたためである。こういったこともあり，鳥取県西部地震の断層の走行に対して斜交した測点分布となっている。測線の総延長は約30kmである。
ＴＭモードのデータをもとに２次元インバージョンにより比抵抗構造を求めた。その際，２次元構造の走向は東西方向と仮定し，図５ｂに破線で示すような南北断面での比抵抗構造を求めた。図５には，2000年鳥取県西部地震の余震の震源分布を同じ比抵抗構造に重ねたものを示す。星印は強震計記録により求められた初期破壊の開始点を示す。
深さ5km〜10kmに高比抵抗な領域が存在し，その下部に低比抵抗領域が存在していることが分かる。そして，1989,1990,および1997年の群発的活動と西部地震の余震の震源は，抵比抵抗領域と高比抵抗領域の境界付近から高比抵抗領域側に分布している事がわかる。また，初期破壊の開始点は高比抵抗領域の中に位置している事がわかった。
★兵庫県北部での広帯域MT法観測
兵庫県北部域では，2000年12月より集中的に群発地震活動が始まり，2001年1月12日にはM5.4の地震が発生した。平成１３年に、鳥取大学と共同して、同地域を南北に横切る測線で全9点の広帯域MT観測を行った。TM-modeを用いた2次元インバージョンを行い，比抵抗構造を求めた。得られた比抵抗構造は15km以浅は高比抵抗，それより深部は低比抵抗を示し，測線南側で低比抵抗部が浅部まで達している。地震活動は主に，北側高比抵抗領域から低比抵抗部との境界部にかけて分布していることが明らかになった。平成１４年度には、同地域でさらに補充観測を実施し比抵抗構造解析を行い構造の精密化を実施した。
★島根県東部での広帯域MT法観測
鳥取大学と共同して、地震空白地域であるとの指摘のある島根県東部地域で広帯域MT法の予備的観測実施した。予備観測の結果を考慮して平成１５年度内に本観測を実施する予定である。
(5-5) 共同研究の有無：
西南日本における自然地震観測，設置・保守（通年，当機関のべ20人）
鳥取県西部人工地震調査（12人），四国−中国人工地震探査（15人）
(5-6) 平成14年度の成果に関連の深いもので、平成14年度に公表された成果：
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澁谷拓郎・中尾節郎・竹内文朗，2000年鳥取県西部地震に先行した1989年，1990年および1997年の群発的地震活動について，月刊地球，号外38，144-148，2002．
上野友岳・伊藤 潔・和田博夫・吉井弘治・松村一男，跡津川断層系における人工地震による地殻構造調査（続），京都大学防災研究所年報，45B，577-590，2002．
和田博夫・伊藤 潔・大見士朗・平野憲雄・小泉 誠，飛騨地域における地震の線状配列，京都大学防災研究所年報，45B，555-559，2002．
（学会発表等）
笠谷貴史ほか、鳥取県東部および兵庫県北部地域での地殻比抵抗構造、地球惑星科学関連学会2002年合同大会、S041-009．
塩崎一郎ほか、山陰地方東部の深部比抵抗構造と地震活動の関連、地球惑星科学関連学会2002年合同大会、S041-010.
山口覚ほか、2000年鳥取県西部地震に伴う地震断層の浅部電気伝導度構造調査、地球惑星科学関連学会2002年合同大会、J029-P025、
(6) この課題の実施担当連絡者：
氏名：氏名：伊藤 潔
電話：0774-38-4231
FAX：0774-38-4231
E-mail：ito@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp
図１西南日本における大学合同稠密アレー観測の観測点．他の定常観測点（大学，Hi-netおよびJMA）も同時に示した．
図２ 鳥取県西部構造，震源断層に沿う断面でのP波速度の深さ分布では，初期モデルにおける上部地殻のP波速度は5.96〜6.24km/sであるから，震源断層近傍に数%の高速度異常域がパッチ状に分布しているのを見ることができる。この高速度異常域では，S波速度も高速度異常を示し，Vp/Vsは1.75程度と，１次元インバージョンで求められた平均的な上部地殻の1.70〜1.71と比較してかなり大きい．このことから，この高速度異常域はより深部起源の岩体が貫入してきたものに対応すると推察できる．群発地震の発生域における初期破壊のすべり量が小さいのは，それまでにひずみが開放されていたためと考えられる。また，主破壊は中央部南東側の高速度異常域と南東端部の高速度異常域の間を縫うように深いところから浅いところへ伝播した．これらのことは，先行した群発地震の発生や本震時のすべりが，高速度異常域で現されるような断層面上の不均質構造による拘束を受けたことを示唆している。
図３ 2001年兵庫県北部地震群の主な地震のメカニズム解．Ｐ軸方位が同じものを同じ色で示した．地震群によって地震発生の応力が大きく異なっている．
図４ 跡津川断層系周辺の精密震源分布，震央分布に示す短冊内の地震の深さ断面図を示す．跡津川断層および茂住祐延断層に沿う深さ断面およびそれらに垂直な深さ断面を示す．それぞれの断層で地震が垂直に地震発生層 の底まで延びていることがわかる．
第５a 2001年に実施した広帯域ＭＴ観測の観測点分布
第５b 求められた比抵抗構造モデルと2000年鳥取県西部地震の余震分布。図中の星印は強震計データから求められた初期破壊の開始点