EPRC」カテゴリーアーカイブ

2.5 Earthquake Prediction Research Center

3.5.7 チリ沈み込み帯での前震,本震,余震活動に対する非地震性すべりの影響

摩擦則等を用いた力学的なシミュレーションから,大きな地震の前後や最中の破壊過程では,地震性すべりと非地震性すべりが複雑に相互作用することが知られている.しかし,そうした相互作用を観測により直接的に描き出した事例は,地震前及び地震時に関して言えば,機器観測された大きな地震の数に比べて限られている.観測により非地震性すべりと地震性すべりの相互作用を明らかにすることは地震のメカニズムを理解する上で基本的かつ重要な課題である.本年度は,チリの沈み込み帯において発生した2014年イキケ地震(M 8.1)を対象に,非地震性すべりが本震と最大余震の発生過程に及ぼした影響を調べた.また,2017年バルパライソ地震(M 6.9)を対象に,非地震性すべりと群発的な前震,本震,余震活動の関係を再解釈した.具体的には,高サンプリングのGNSSデータと地震活動を解析し,非地震性すべりと地震性すべりの時空間分布を明らかにし,それらの関係を解釈した.

 イキケ地震に関しては,本震と最大余震(M 7.6)の間の27時間の間に余効すべりが発生していたことが明らかになった.この余効すべりは長期的なすべり欠損が小さい領域で発生し,さらには本震に先駆けて8ヶ月程度の過渡的な非地震性すべりが発生していた領域であった.この領域は本震と最大余震の震央の間に位置するため,非地震性すべりを起こす領域が本震による破壊伝搬を減衰させ,最大余震の発生領域まで一挙に破壊することを防いだとみられる.さらに,本震と最大余震間の27時間に最大余震域で中規模な地震が間欠的に発生し,最大余震の発生45分前にはその震源の近くでM 6.1の地震が発生していたことが明らかになった.これらの地震の背後で先述の余効すべりが発生していたことから,この余効すべりは直接最大余震の震央に応力を加え,最大余震の核形成を促進したと考えられる.摩擦特性の研究から余効すべりは地震の核形成を駆動できないと考えられてきた.しかし,非地震性すべり領域の中に小さな地震性すべり断層(中規模地震のパッチ)が多数埋め込まれている状況では,余効すべりであっても地震性すべりの領域に直接応力を加えることで,小さな地震性すべり断層がまとまって大地震を起こす状況を作り出せることを本結果は示唆している.

 バルパライソ地震に関しては,先行研究により約2日前に最大前震があったことと,それと同時期に前駆的な非地震性すべりが始まっていたことが知られており,これが本震の核形成過程の一部と考えられてきた.しかしながら,この非地震性すべりは核形成過程の一部ではなく,偶然本震の震央近くで発生した非地震性すべりである可能性は検証されていなかった.そこで,前震の前から地震後の余震の期間まで一貫した解析を行い,最大前震発生から本震後数日間の間,統計的には異常な地震活動が継続していたことを明らかにした.さらに,非地震性すべりに関しては,GNSSの解析や繰り返し地震の解析から,本震を境に非地震性すべりの速度が増加しなかった,すなわち余効すべりが見られなかったことがわかった.したがって,本震前に観測されていた非地震性すべりは地震後まで一続きのイベントと考えられ,本震前に見られた非地震性すべりは核形成過程の一部とは考え難いことを提案する.以上の考察から,2017年バルパライソ地震に伴う前震,本震,余震の全体は,非地震性すべりにより駆動された群発的な地震と解釈できる.

3.5.7 チリ沈み込み帯での前震,本震,余震活動に対する非地震性すべりの影響

摩擦則等を用いた力学的なシミュレーションから,大きな地震の前後や最中の破壊過程では,地震性すべりと非地震性すべりが複雑に相互作用することが知られている.しかし,そうした相互作用を観測により直接的に描き出した事例は,地震前及び地震時に関して言えば,機器観測された大きな地震の数に比べて限られている.観測により非地震性すべりと地震性すべりの相互作用を明らかにすることは地震のメカニズムを理解する上で基本的かつ重要な課題である.本年度は,チリの沈み込み帯において発生した2014年イキケ地震(M 8.1)を対象に,非地震性すべりが本震と最大余震の発生過程に及ぼした影響を調べた.また,2017年バルパライソ地震(M 6.9)を対象に,非地震性すべりと群発的な前震,本震,余震活動の関係を再解釈した.具体的には,高サンプリングのGNSSデータと地震活動を解析し,非地震性すべりと地震性すべりの時空間分布を明らかにし,それらの関係を解釈した.

 イキケ地震に関しては,本震と最大余震(M 7.6)の間の27時間の間に余効すべりが発生していたことが明らかになった.この余効すべりは長期的なすべり欠損が小さい領域で発生し,さらには本震に先駆けて8ヶ月程度の過渡的な非地震性すべりが発生していた領域であった.この領域は本震と最大余震の震央の間に位置するため,非地震性すべりを起こす領域が本震による破壊伝搬を減衰させ,最大余震の発生領域まで一挙に破壊することを防いだとみられる.さらに,本震と最大余震間の27時間に最大余震域で中規模な地震が間欠的に発生し,最大余震の発生45分前にはその震源の近くでM 6.1の地震が発生していたことが明らかになった.これらの地震の背後で先述の余効すべりが発生していたことから,この余効すべりは直接最大余震の震央に応力を加え,最大余震の核形成を促進したと考えられる.摩擦特性の研究から余効すべりは地震の核形成を駆動できないと考えられてきた.しかし,非地震性すべり領域の中に小さな地震性すべり断層(中規模地震のパッチ)が多数埋め込まれている状況では,余効すべりであっても地震性すべりの領域に直接応力を加えることで,小さな地震性すべり断層がまとまって大地震を起こす状況を作り出せることを本結果は示唆している.

 バルパライソ地震に関しては,先行研究により約2日前に最大前震があったことと,それと同時期に前駆的な非地震性すべりが始まっていたことが知られており,これが本震の核形成過程の一部と考えられてきた.しかしながら,この非地震性すべりは核形成過程の一部ではなく,偶然本震の震央近くで発生した非地震性すべりである可能性は検証されていなかった.そこで,前震の前から地震後の余震の期間まで一貫した解析を行い,最大前震発生から本震後数日間の間,統計的には異常な地震活動が継続していたことを明らかにした.さらに,非地震性すべりに関しては,GNSSの解析や繰り返し地震の解析から,本震を境に非地震性すべりの速度が増加しなかった,すなわち余効すべりが見られなかったことがわかった.したがって,本震前に観測されていた非地震性すべりは地震後まで一続きのイベントと考えられ,本震前に見られた非地震性すべりは核形成過程の一部とは考え難いことを提案する.以上の考察から,2017年バルパライソ地震に伴う前震,本震,余震の全体は,非地震性すべりにより駆動された群発的な地震と解釈できる.

3.5.14 光ファイバ振動計測による陸域超稠密地震観測

分散型音響センシング(Distributed Acoustic Sensing,以下DAS)技術を用いて,四国中央部において超稠密な地震観測を2024年1月中旬から3月下旬にかけて実施した.観測には,徳島県三好市池田町を起点に,国道32号線と国道192号線に沿う2本の光ファイバを使用した.今年度は従来と異なり,それぞれの光ファイバの測線長が約50 kmと長くなり,震源決定精度の向上や観測される波群の見かけ速度の推定精度の改善が見込まれる.

 SATREPS「災害に強い社会を発展させるためのトルコにおける研究と教育の複合体の確立―マルテスト」のサブ課題「地震・地殻変動観測に基づく北アナトリア断層の活動評価」が,今年度から本格的に始動した.北アナトリア断層周辺におけるDAS観測を来年度から実施するために,現地における光ファイバケーブルの敷設状況の把握や,導入予定のDAS機材を用いた国内での試験観測を実施した.

3.5.13 歴史地震に関する研究

2017年度より地震研究所と史料編纂所との連携による「地震火山史料連携研究機構」が設置され,地震予知研究センターからも教員・研究員が参画している.同連携研究機構では,東京大学デジタルアーカイブズ構築事業および災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究計画の一環として構築した「日記史料有感地震データベース」(https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/project/eri-hi-cro/database/nikki/top_all2.html),「地震史料集テキストデータベース」(https://materials.utkozisin.org/)を公開している.

 1923年関東地震の余震に着目し,日記記録と観測記録の比較や既刊の地震史料集の記述の再検討などをおこなった.地震被害を発生させる諸要因(自然素因・社会素因)は重層的で相互に複雑に関係しあっており,マルチスケール分析を用い地理学の視点から俯瞰的に捉え,被害発生構造モデルを作成することで理解が進む.このような地震被害のマルチスケール要因分析に関する書籍を出版した.市民参加型の歴史資料解読プロジェクト「みんなで翻刻」の運営を継続した.

3.5.12 日向灘における国際深海科学掘削計画推進プロジェクト

日向灘は,巨大地震の発生してきた強い固着域である南海トラフの西端に位置し,固着が弱いと考えられている琉球トラフへの遷移域である.日向灘・豊後水道における巨大地震の発生は確認されていないものの,南海トラフ地震の破壊領域の端に位置し,地震活動や固着メカニズムの解明及び防災計画立案に対し重要海域である.南海トラフと琉球トラフの境界に九州パラオ海嶺が存在し,そこを境として沈み込むプレートの凹凸や熱流量値が急激に変化している.また海山列の沈み込みが上部プレートの破砕や応力の局所的な増大をもたらし,日向灘・豊後水道における地震発生に大きく影響を及ぼしているであろう.これまでになされていない詳細な構造推定や原位置の岩石物性の把握を進め,定量的に地震分布・発生との関係を導く必要がある.

このプロジェクトでは,海山が現在沈み込みつつあるトラフ付近に焦点を当てる.沈み込む海山の前方に微動・超低周波地震が分布しており,明瞭な関連性が見られる.しかしながら,海山の具体的な位置・形状,プレート境界断層の形状,上盤内部の構造は十分に得られたとはいいがたい.加えて,過去に掘削が実施されていないため物性が不明であり,定量的なモデル評価が困難である.地震波による地殻構造推定が不可欠であると同時に,掘削を通じたコア採取・原位置計測・室内実験,孔内観測が必須である.

2020年4月に,国際深海科学掘削計画(International Ocean Discovery Program; IODP)に対して掘削予備提案を提出した.その後国際ワークショップ(2020年9月)等を経て,2022 年8 月に提案が受諾され,掘削実施に向けた準備に入った.地震学・地質学・地球化学など学際的な連携が不可欠であり,国内(海洋開発研究機構・京都大学・高知大学・神戸大学など)のみならず,アメリカ・カナダ・ニュージーランド・フランスなどを含めた国際性の高いプロジェクトである.日向灘~豊後水道域では,海底地震観測,GNSS 観測が継続的に実施されていることに加え,防災科学技術研究所による N-net の敷設が予定されており,関連研究と連携していく予定である.本年度は,2020-2021年度,2021-2022年度に取得した構造探査の高度解析を進め,微動の発生と流体挙動の関係について反射断面と速度構造から議論を進めた.さらに微動の発生域の詳細な同定に向け,連続観測データからノイズに基づく構造推定,微動の逆時間イメージングに向けた技術開発研究を進めている.

3.5.11 三浦半島断層群(主部/武山断層帯)における重点的な調査観測

三浦半島断層群(主部/武山断層帯)は,三浦半島を横断して複数併走して分布する,長さ約11 km以上,北西走向の右横ずれ主体の断層帯である.断層群主部を構成する衣笠・北武断層帯,武山断層帯は,神奈川県横浜市・横須賀市など首都圏近傍に位置するA級活断層として,従来から注目され,数多くの調査研究が行われてきた.既往の調査研究の結果得られた断層帯の活動履歴や平均変位速度などの活動性データに基づき行われた長期評価では,今後30年以内に地震が発生する確率が国内の主要活断層帯の中で高い部類であり,特に武山断層帯は今後30年以内の発生確率が6-11%と非常に高くなっている.また,強震動予測では,武山断層帯が活動した場合,震源断層の直上にあたる首都圏南部の広い領域が震度6弱以上の揺れに見舞われ,震度6強のり災人口が約13万人と見積もられるなど,甚大な被害をもたらす可能性が指摘されている.しかし,一方,断層帯の長期評価で採用された平均変位速度の幅が大きく,信頼性が高くないこと,断層帯が相模湾・浦賀水道の海域に達している可能性があり,正確な断層長が不明であることなど,武山断層帯の長期評価には重要な課題があることが指摘されている.また,武山断層帯をはじめとする三浦半島断層群はフィリピン海プレート上面のメガスラストと近接し,相模トラフで発生する巨大地震との連動の可能性があることから,断層帯とフィリピン海プレート上面の構造的な関係を解明することが望まれる.加えて,強震動予測を行う上で重要な震源断層面の形状や断層帯を含む地下構造,近接する複数の断層帯の構造的関係を推定するための反射法地震探査等の地球物理学的手法による構造探査や物理探査は,三浦半島断層群においてこれまで十分に実施されていない.このような課題を解決するために,2023年度から3ヵ年で「三浦半島断層群(主部/武山断層帯)における重点的な調査観測」が開始された.このうち,サブテーマ1.1「活断層の詳細位置・形状・活動性解明のための調査」を担当し,断層帯の変動地形解析および陸域の深部構造探査・海域音波探査を実施した.

3.5.10 森本・富樫断層帯の重点的な調査観測

森本・富樫断層帯は石川県の金沢平野の南東縁にある長さ26 km,北東走向の活動的な逆断層である.平均変位速度は約1 m/千年とされ,北陸地方に分布する活断層のうち,最も活動的な主要活構造である.本断層帯の周辺には金沢市をはじめとする北陸地方有数の人口密集地が分布しており,その長期評価は本断層帯の活動に伴う地震被害を想定する上で大変重要である.長期評価では,発生する地震規模はM7.2,今後30年間の地震発生確率は2〜8%と高く,強震動評価としては,この断層帯が活動した場合には,震源断層近傍の金沢平野をはじめとして,富山県西部も含む周辺の広い領域が震度6弱以上の強い揺れに見舞われる可能性を指摘している.しかし,本断層帯の長期評価を行う上で最も重要な断層活動性のデータは不足しているほか,強震動予測を行う上で重要な震源断層面の形状や盆地の構造を推定するための反射法地震探査をはじめとする地球物理学的手法による探査は十分に実施されていない.このような課題を解決するために,2022年度から3ヵ年で「森本・富樫断層帯の重点的な調査観測」(研究代表者 岩田知孝・京大防災研教授)が開始された.このうち,サブテーマ1.1「活断層の詳細位置・形状・活動性解明のための調査」を担当し,断層帯の変動地形解析・群列ボーリングによる活動性調査および深部構造探査を実施した.

3.5.9 地震活動の特徴に関する研究

石川県能登地方で継続していた群発地震活動の中で,2023 年 5 月に発生した Mj6.5 (Mw6.2) の地震と,2022 年6月に発生した Mj5.4 にともなう余震活動の高精度な地震カタログを作成した.その結果,2つのイベントの余震は,南東約 45 度の傾斜面に沿って発生していることが分かった.Mj6.5の地震は,最初,2022年のMj5.4地震で破壊されたのとほぼ同じ断層を破壊し,その後,浅部まで南東傾斜の断層面に沿って沖合まで伝播したことが明らかになった.また,Mj6.5の地震直後の余震活動域は,断層浅部もしくは沖合に向けて時速約20 kmという速い速度で拡大を示した [図3.5.1].Mj6.5の地震の発生から約7時間後に発生したMj5.9の地震直後にも,同様な断層浅部に向かう高速な余震域の拡大が確認された.余震域の拡大は,本震の動的破壊によって破砕した浸透性の高い断層帯に沿った地殻流体の上昇によって引き起こされた可能性が考えられ,断層バルブモデル挙動と解釈できる.

 地震活動モデルの高度化を目的とし,ハイパーカミオカンデの建設にともなう世界最大級の大空洞掘削工事によって生じる応力場の時空間変化と誘発地震活動の高精度な把握を進めている.2022年9月から,高感度地震計(34台)をハイパーカミオカンデの建設サイト直上に高密度に展開し,連続波形記録の取得を継続している.

図3.5.1 2023年5月のMj6.5の地震発生直後に見られた余震域の拡大の様子.(a)断層傾斜方向の時間変化,(b)断層深さ方向の変化,(c)地震観測点N.YGDH(Hi-net)で観測されたエンベロープ波形(赤線)と検出された地震イベント(青色星印)

3.5.8 Slow-to-Fast 地震学プロジェクト:情報科学と地球物理学の融合によるSlow-to-Fast地震現象の包括的理解

科学研究費・学術変革領域研究(A) 「Slow-to-Fast 地震学」プロジェクトの活動を継続した.地震研では,全国11の大学・研究機関に所属する情報科学と地球物理学の若手研究者を中心に,データに潜む Slow・Fast 地震のシグナル検出や活動様式・震源特性の解明や,Slow・Fast 地震のモニタリング手法の刷新,Slow・Fast 地震の統計科学的・地球物理学的性質を明らかにするための研究を推進している.

 南海トラフ沈み込み帯の深部低周波地震(LFE)の長期的な挙動に関する理解を深めるために,先行研究(Kato and Nakagawa 2020)によって構築された低周波地震カタログのアップデートを行った.その結果,長期的SSEの規模が大きいほどLFEの活動度も高くなる傾向が見い出された.また,2011年東北地方太平洋沖地震以降,走行方向に四国全体を横断する主要なLFE活動が継続して発生しており,プレート境界の状態が変化した可能性が示唆される.紀伊半島で発生しているLFEとスラブ内地震の波形を比較分析することで,低周波に卓越するLFEの波形の特徴がプレート境界周辺域の特殊な減衰構造等に寄与するのではなく,スローな震源過程を反映していることを実証した(Wang et al. 2023).

 2020年3月末から半年以上にわたって,岐阜・長野県境付近において群発地震活動が発生した.機械学習モデルによる地震波の読み取りや震源再決定,テンプレートマッチング法を適用することで,約20万個のイベントから成る包括的な地震カタログを構築した.群発地震は主に東西走向もしくは北西-南東走向の高角傾斜の多数の断層面に分布し,活動域は南側から北側へと徐々に拡大した.また,活動域の拡大フロントの移動速度は約10~150 km/日であり,沈み込み帯で見られるスロー地震の移動速度と類似する.流体に駆動されたスロースリップが群発地震の発生に関与している可能性が考えられる.