(1) 課題番号：0502.4
(2) 実施機関名：東北大学大学院理学研究科
(3) 課題名：地殻応力測定による断層と応力場の関連の解明
(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」の項目：
1．(2) 準備過程における地殻活動
(4-2) 関連する「建議」の項目：
1．(2) イ・ウ，(3) ウ，３．(2) 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：
断層構造の解明に資することが本研究の目的である．本研究の最大の成果は野島断層において，断層中心部で剪断応力が小さいことを見いだしたことである．この結果は，断層面に直交した最大主応力の方向がその必然的帰結であることを示している．また，破壊による破砕帯内岩石の破壊強度の低下がこの小さな剪断応力の原因であると考えることにより，破砕帯の地震波速度から応力や断層の剪断強度が推定できる可能性を示した．これらは目標が予定していなかった知見である．
(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」のどの項目を実施するのか：
(5) の１部分 （断層面近傍の応力分布）
(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：
２．(3) の１部（断層面直近の力学的微細構造）
(5-3) 平成14年度に実施された研究の概要：
a. 地殻応力測定による断層と応力場の関連の解明．
b．野島断層以外の断層での応力測定の継続．
c. 断層強度に関する暫定模型の改善．
(5-4) 「平成14年度の到達目標」に対する成果の概要：
断層の剪断強度：
野島断層沿いでは，従来，平林（AIST），富島（UNIV），育波（AIST）の掘削サイトで得られたコア試料に変形率変化法を適用して応力測定をしてきたが，あらたに，平林（NIED），と岩屋（NIED）のコアを用いて測定をおこなった．その結果，
１．いずれのサイトでも水平最大圧縮軸の方向がほぼ鉛直な断層面の走向に直交することから，野島断層はいわゆるWEAK FAULTと考えられる．
２．応力の主軸と断層面との直交性は，断層破砕帯の破壊強度が小さいと言うことの帰結として考えられる．
また，破砕帯がポストフェイリュア状態にあると仮定して，破壊過程模型と巨視的弾性の理論を用いて，破砕帯の弾性定数を理論的に見積もった．破砕帯の破砕度を深さによらず一定と仮定すると，
３．破砕帯を伝播するS波の一つには50 % 近い異方性がある．
４．断層面に働く応力に対して，破砕帯の剛性率はヤング率に対してきわめて小さい．その比は深さ15 kmで約1/4，浅いところでは1/10程度になる．このことは破砕帯の弾性的性質が高圧水に代わる役割を果たし得ることを示している．
さらに，このようにして見積もられた弾性の適切さを調べるために，これらの弾性定数から得られる地震波速度を San Andreas
Fault で得られている断層帯のP波速度構造と比較した．その結果，
５．破砕帯の理論Ｐ波速度は測定Ｐ波速度を深さ約15 km までほぼ説明する（図１）．このことは，ここで提案された破砕帯の模型の有効性を示す証拠である．
野島断層以外の断層での応力測定（暫定結果）：
防災科学技術研究所が阿寺断層付近の３点（上野，福岡，畑尻）で採取したコア試料に変形率変化法を適用して応力測定を行った．上野での差応力は小さい可能性がある．福岡では最大・最小水平応力の差は小さい．畑尻は定方位コアでないために応力の方位は不明であるが，値は水圧破壊のものに近似している．
その他：
６．東北日本内陸と日本海では，測定点の応力の主軸方向が，ITRF上で表されたその位置の移動速度の方向にほぼ一致している．さらにこの方向は地震波速度が速く伝播する方向にも一致している．これらのことは上部マントルの流動が内陸地殻の応力場の形成に主要な役割を果たしている可能性を示唆している（図２）．
(5-5) 共同研究の有無：
ＡＩＳＴ，ＮＩＥＤの協力を得て行っている東北大学による単独の研究．共同研究の形態をとっていない．
(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
[発表]
Yamamoto, K. N. Sato and Y. Yabe, 2002, Elastic property
of damaged zone inferred from in-situ stresses and its role on the strength of faults,
Earth Planets Space, 54, 1181-1194.
Yamamoto, K. N. Sato and Y. Yabe, 2002, Elastic property
of damaged zone inferred from in-situ stresses near faults: The changes in
seismic wave velocities caused by faulting, Proceedings of International W/S on
physics of active fault, Technical Note of NIED, 234, 219-227.
Sato, N., Y. Yabe, K. Yamamoto, H. Ito, and A. Hasegawa,
2002, In-situ stresses near the Nojima Fault,
山本清彦，逆断層型プレート境界の剪断強度，2002, 年合同大会，J076-006．
山本清彦・佐藤凡子・矢部康男，2002, 応力と弾性波速度の関係に関する一つのモデル：破砕帯の弾性的異方性，地球惑星科学連合学会，年合同大会，S040-005．
佐藤凡子・矢部康男・山本清彦ほか，In situ stress
measurement beneath seafloor by Deformation Rate Analysis，2002, 合同大会，J076-P004．
山本清彦・佐藤凡子，2002, 東北日本の応力場に関する一考察，日本地震学会講演予稿集，2002年度秋季大会，A94．
(6) この課題の実施担当連絡者
氏名：山本 清彦
電話：022-225-1950
FAX：022-264-3292
E-mail：yama@aob.geophys.tohoku.ac.jp
図の説明
図１．破砕帯の理論Ｐ波速度とSan Andreas 断層破砕帯で測定されたＰ波速度との比較．a) San Andreas
断層のＰ波速度構造．黒丸は理論と比較のために読み取った速度と深さを示す．HOST_E, HOST_W
の線上の速度をその深さの母岩の速度として読み取った．[Feng & McEvilly (1983) に加筆] b) 四角はHOST_W を母岩として計算された破砕帯の速度，菱形はHOST_Eを母岩としたもの．理論値は破砕度を0.8と仮定して計算されている．
図2．東北日本と日本海における最小水平圧縮軸の方向（外向き矢印）とITRF上に表された変位速度ベクトル．北上山地の応力は山本・他 (1997)，日本海の応力はTamaki and Yamamoto
(1992)，変位速度ベクトルは佐藤・他 (2002)，北米プレートの運動は NUVEL-1, 北米–アムールプレートの相対運動は瀬野によるものを用いた．