(1)課題番号：

(1) 課題番号： 0502

(2) 実施機関名：東北大学大学院・理学研究科

(3) 課題名：内陸における地震サイクルと地震発生条件の解明

(4) 本課題の5ヶ年計画の概要とその成果：

(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： 1．(2) イ・ウ・エ，(1) ウ

(4-3) 5ヶ年計画全体の目標：

　計画全体の最終的な目標は，地震発生域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である．この最終的な目標に至るための5ヶ年の到達目標として，下記の5項目を設定した (1999年1月に協議会に提出済み)．

(a) S波反射面 (ブライトスポット) の生成原因を推定し，大地震と関係づけるモデルを構築する．

(b) 断層のセグメント構造を明らかにし，セグメントの端で応力が集中しているのか否か，深部でクリープが発生しているのか否かを明らかにする．

(d) 地殻流体と地震活動との相関の有無を明らかにする．

(e) 5ヶ年中に海域のプレート境界ですべりがあった場合には，それによって内陸の歪と応力がどのように変化するかを調査する．

(4-4）5ヶ年計画の実施状況の概要と主要な成果：

　計画の実施状況の概要と主たる成果については，各小課題の報告を参照されたい．

　これらの研究成果により，内陸地震発生過程について作業仮説を構築するに至った（図１）．すなわち，地震発生域の下の上部マントルから下部地殻にかけては部分溶融域が存在し，このメルトの固結に伴って放出されたH₂Oが，S波反射面 (ブライトスポット)を形成する（0502.1）．また，このH₂Oで満たされた領域が連結すると，低比抵抗域として検知される（0502.5）．このように深部に高温のメルトやH₂O等の流体が存在していると，そこでは塑性変形ないし粘弾性変形が卓越し，上部地殻の弾性的領域の厚さが減少するため，この領域で歪・応力が集中し，微小地震活動も活発となる（0502.3）．大地震が発生するかどうかは，この応力集中の度合いと弾性的領域の厚さの兼ね合い，およびトリガとなるH₂Oの流入の有無によると考えられる．

　トモグラフィによって得られた断層周辺の微細構造を見ると，長町-利府断層（0502.1の図３）においても，2003年宮城県北部地震の震源域周辺（0502.2の図１）においても，逆断層であるにもかかわらず，下盤側のほうが地震波速度が大きくなっており，これらの断層がインバージョン・テクトニクスによって作られたとする考え方を支持する結果となっている．また，このことは，現在の活断層が，地質学的な極めて長期の断層運動を経験している事を示しており，結果として断層の破砕が進んでいることを示唆している．

　さらに，地震時の大すべり域では，周囲に比べて地震波の速度が大きく，かつ散乱係数が小さいことが明らかとなり，また時空間的に隣接して発生した地震のすべり域はお互いに重ならないことが明らかになった（0502.2）．これらの観測結果や地殻応力の測定結果をもとに，破砕帯とアスペリティからなるweak fault型の断層模型が提案された（0502.4）．

(4-5）5ヶ年で得られた成果の地震予知研究における位置づけ：

　地震予知の実現のためには，地震がなぜ・どのような過程を経て発生するのかを解明することが一番の近道であると考えられる．5ヶ年の観測・研究により，内陸の地震発生域への応力・歪の蓄積・集中をもたらす機構のモデル化と断層のモデル化が行われたことは大きな進歩である．これらのモデルの地震予知研究における意義としては下記が挙げられる．

(i) 地震発生ポテンシャルの評価：　地震学的データから大地震の発生ポテンシャルを評価する上で重要となるのは，地震発生層の厚さである．しかしながら，発生層が厚いところすべてで大地震が発生するわけではない．我々が提示したモデルによれば，地震発生層が薄いところは地殻が軟化していることを示し，大地震はむしろ，その軟化域の周囲かそれに挟まれた領域で発生しやすいことになる（長谷川・他，2004)．古い時代に作られた大規模な断層が近傍にあれば，そこでは構造境界として応力集中が生じやすく，それを使って地震が発生することは考えやすい．古い時代の断層で十分固着が進んでいたとしても，このような機構で一度壊れてしまえば，その後は弱面としてさらに繰り返し地震を発生しやすくなるだろう．ここで提示した研究結果やモデルは，構造探査によって大地震の発生ポテンシャルの評価ができる事を示唆しており，その意味で極めて重要である．

(ii) 再来間隔に基づく長期予測の妥当性：　断層は極めて弱く，アスペリティによって支えられているとする我々が提示したモデルは，プレート境界において提示されているアスペリティ・モデルと極めて近いものである．我々が得た観測事実（0502.2，0502.4）やそれに基づくモデルは，「断層は常に臨界状態というわけではなく，アスペリティにおいて地震時に降下した分の応力の再蓄積が無いかぎり，多少の擾乱では地震は発生しえない」ことを示唆しており，再来間隔に基づく長期予測に根拠を与えるものとなっている．

(4-6）当初目標に対する到達度と今後の展望：

　各小課題で報告したように，(a)，(c)，(d)については当初目標の大部分は達成できたと考えられる．(e)については，5年間に大きな地震が発生しなかったため達成できなかった．(b)については，まだ十分ではないが，2000年鳥取県西部地震の経験によれば断層の北端では地震波の散乱が強く，不均質性が強いことが示唆され，余震分布から見ても，本震のすべりが拡散することによって破壊が停止した可能性がある．このような場合には断層セグメントの端でも応力は集中しないと考えられる．断層深部クリープについては，まだ検出に至っていないが，プレート境界に起因する歪と内陸起源の歪の分離にある程度成功した（0502.3）ため，今後，このような検討を推進していく予定である．

　今後は，ここで提示した二つのモデルが様々な地域で成立しているかどうかの検証を行い，素過程の研究とも連携して，より定量的なモデルを構築していきたい．

(4-7) 共同研究の有無：各小課題の報告を参照．

(5) この研究によって得られた成果を公表した文献のリスト

(5-1）過去5年間に発表された主要論文（５編程度以内）：各小課題の報告を参照．

(5-2）平成15年度に公表された論文・報告：各小課題の報告を参照．

(6) この課題の実施担当連絡者：

氏名：長谷川昭；電話：022-225-1950； FAX：022-264-3292

E-mail：hasegawa@aob.geophys.tohoku.ac.jp

図の説明：

図１．東北地方の地殻・上部マントルに見られる地殻の変形様式と地下構造，地震活動の関係の模式図．長谷川・他（2004）による．