「地震予知のための新たな観測研究計画(第2次)」平成18年度実施計画 九州大学大学院理学研究院 課題番号:2102

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1 平成 17 年度年次報告課題番号 :2102 (1) 実施機関名 : 九州大学大学院理学研究院 (2) 研究課題 ( または観測項目 ) 名 : 大 小規模アレイによる内陸地震発生域における不均質構造と歪 応力集中メカニズムに関する研究 (3) 最も関連の深い建議の項目 : 1.(2) イ. 内陸地震発生域の不均質構造と歪 : 応力集中機構 (4) その他関連する建議の項目 : (5) 本課題の平成 16 年度からの5ヵ年の到達目標と それに対する平成 17 年度実施計画の位置付け内陸地震発生にいたる準備過程のうち個別の断層におけるローディング機構をモデル化する 本計画で対象とするのは日奈久断層地域と 2004 年新潟県中越地震震源域である そのためにまず必要なのは a) 速度などの媒質の物理定数の推定 b) 上部および下部地殻の短波長不均質の分布特性 c) 断層の固着状態推定である 特に 他地域の歪集中帯で見られるように特定の領域への歪集中が上部および下部地殻における弾性定数不均質では説明できないことから 弱面や非弾性的性質の存在を検出する必要がある しかしながら 平均的な弾性波速度だけでは局所的な異常域の検出には至らない そこで a)~c) を精度よく求めることが必要である 具体的な目的として以下の 2 つを挙げる 1. 地震計アレイによる内陸地震発生域でのローディング機構モデル化およびそのための媒質パラメター推定 a) 媒質の弾性定数の推定において従来のトモグラフィ分解能限界を超えて詳細な構造モデルを推定するには地殻内反射面 散乱体構造から得られる媒質内境界条件をアプリオリに設定する必要がある また これらの反射面 散乱体構造は媒質の非弾性的性質を生み出す要因となりうる 非弾性的性質のモデル化の必要性から b) を正確に把握する そのための地震計アレイ観測研究を推進し 構造モデル構築することで 歪 応力蓄積過程の解明を目指す 2. 稠密 GPS アレイ観測による日奈久断層固着状態の検出 c) の固着状態推定には GPS を稠密に展開したアレイ観測が有効である 現在 日奈久断層においては微小地震発生域とそうでない地域が存在する 地震調査推進本部による日奈久断層の評価においては想定地震発生域が最大 30km 程度に及ぶがその断層上でも地震活動度に大きな差異が見られる 地震活動度が地震断層上のアスペリティや定常すべり域と関連がある可能性は他領域でも報告されているところである そのため 日奈久断層上で地震活動度の異なる領域で GPS アレイ観測をすることが断層の状態を知る上で重要である これらの目標に対して 17 年度は1) 速度 減衰 反射面の存在の同定など基本的なパラメータ推定のために臨時地震観測網による観測を行う ( 日奈久 中越 )2) 固着状態の検出のために従来の測線に加えて7 点のGPS 連続観測点を設置する ( 日奈久 )3)16 年度に得られたデータの詳細な解析 検討を行う ( 日奈久 中越 ) (6) 平成 17 年度実施計画の概要 : 1) 速度 減衰 反射面の存在の同定など基本的なパラメータ推定のために臨時地震観測

2 現在展開中の 16 点 ( 日奈久 ) 7 点 ( 中越 ) の臨時観測点を見直し 再配置することで 現在分解能の低い地域 活動把握にとって重要な地域の詳細な地震活動 速度 減衰構造推定のためのデータを取得する 2) 固着状態の検出のためのGPS 連続観測地震活動が活発な地域を中心としてGPSの連続観測点を設置し 局所的な歪み分布の把握に着手する 3)16 年度に得られたデータの詳細な解析 検討 16 年度に取得した人工地震実験データを詳細に解析することで 速度構造 散乱体構造等の不均質構造推定を行う (7) 平成 17 年度成果の概要 : 本年度は計画にあげた 日奈久断層 中越地震震源域に加え 2005 年 3 月の福岡県西方沖地震発生に伴い 他大学と共同して稠密地震観測を行った また ひずみ集中帯大学合同観測に参加し 観測点維持を行っている 日奈久断層 : 臨時地震観測は昨年度明らかになった比較的低角の断層上での地震活動をふまえ 日奈久断層の形状が北部と南部で異なることを詳細に調べるために新たに観測点配置を見直し 南部に2 点新たに設置した 現在データを蓄積中である また GPS 繰り返し観測を行い ここ4 年間では断層を挟んで違う向きの変位ベクトルを示すが 上部地殻ではほとんど断層が固着していると考えられる ( 図 1) 臨時観測網 地震計アレイ 15 年度に行った全国大学合同地震探査実験のデータを解析し 地殻中深部の明瞭な反射面がイメージできた ( 図 2) 中越地震震源域 :3 点のオンライン観測点の観測を継続するとともに 震源断層の深部延長を検出するために新たに2 点のオフライン観測点を設置した 昨年度得られた観測データを詳細に解析することによって 下部地殻の反射面が北西方向に深くなる構造を示すことが明らかになった また 震源域の北部と南部では 20 km 付近の反射面の深度が異なり 南部では相対的に浅くなることが示された ( 図 3) これは本震発生がより反射面が浅い部分で起こったことを示しており 地震発生メカニズムを考察する上で重要な知見を示している 福岡県西方沖地震余震観測 :3 月 20 日の地震発生に伴い 北大 東北大 東大 京大 鹿大と共同で陸上地震観測 ( オンライン 8 点 オフライン 17 点 ) および東大と共同で海底地震計を 11 点 鹿大と共同で警固断層上に稠密地震計アレイを展開した また 北大 鹿大と共同でGPS 観測点を 10 点展開した これらのデータを処理した結果 今回の地震に伴う地殻活動 構造についての重要な知見が得られた 主な結果を下記に示す 1. 余震分布が地震断層の両端で北向きに走向を変える 余震域下部においては上部と傾斜が異なる ( 図 4) 2. 余効すべりは地震断層のうち主として浅い部分に生じた 3. 速度トモグラフィにより すべりの大きい部分 破壊の停止した部分は高速度域 破壊開始点付近は低速度であった また 地震断層および警固断層にかけては全体的に低速度の領域に対応する ( 図 5) 4. 反射波の解析により 破壊開始点直下や地震断層の南西部延長上に強い不均質が存在すること ( 図 6) 5. 余震の応力降下量解析により 最大余震周辺では応力降下量が大きい ( 京大防災研による )

3 (8) 平成 17 年度の成果に関連の深いもので 平成 17 年度に公表された主な成果物 ( 論文 報告書等 ): Matsumoto, S., Y. Iio, T. Matsushima, K. Uehira, and T. Shibutani, 2005: Imaging of S-wave reflectors in and around the hypocentral area of the 2004 mid Niigata Prefecture Earthquake (M6.8), Earth Planets Space, Vol. 57 (No. 6), Shibutani, T., Y. Iio, S. Matsumoto, H. Katao, T. Matsushima, S. Ohmi, F. Takeuchi, K. Uehira, K. Nishigami, B. Enescu, I. Hirose, Y. Kano, Y. Kohno, M. Korenaga, Y. Mamada, M. Miyazawa, K. Tatsumi, T. Ueno, H. Wada, and Y. Yukutake, 2005: Aftershock distribution of the 2004 Mid Niigata Prefecture Earthquake derived from a combined analysis of temporary online observations and permanent observations, Earth Planets Space, Vol. 57 (No. 6), Korenaga, M., S. Matsumoto, Y. Iio, T. Matsushima, K. Uehira, and T. Shibutani, 2005: Three dimensional velocity structure around aftershock area of the 2004 mid Niigata prefecture earthquake (M6.8) by the Double-Difference tomography, Earth Planets Space, Vol. 57 (No. 5), Matsumoto, S., A. Watanabe, T. Matsushima, H. Miyamachi, and S. Hirano, 2006, Imaging S-wave scatterer distribution in south-east part of the focal area of the 2005 West off Fukuoka Prefecture Earthquake (MJMA7.0) by dense seismic array, Earth Planets and Space, (in press). (9) 実施機関の参加者氏名または部署等名 : 清水洋 松島健 植平賢司 松尾のり道 渡邉篤志 内田和也 松本聡他機関との共同研究の有無 : 有新潟県中越地震関係 : 京大防災研 ( 飯尾 他 ) 福岡県西方沖地震関係 : 鹿児島大 ( 宮町 他 ) 京都大( 飯尾 他 ) 東大( 金澤 他 ) 東北大 ( 岡田 他 ) 北大( 高橋 他 ) (10) 問い合わせ先 : 部署等名 : 九州大学大学院理学研究院付属地震火山観測研究センター電話 : matumoto@sevo.kyushu-u.ac.jp URL:

4 図 1. 日奈久断層を横断する GP S 繰り返し測量の結果 年の繰り返し観測データから求めた変位ベクトル図 日奈久断層の西側では北向き 東側では南西向きに変異している 固定点は KM06 図 2. 熊本県日奈久断層下にみられる下部地殻の反射体 図は 2003 年合同探査実験の測線データを normal moveout 処理によって深さに変換した記録断面 上図は測線 ( 赤線 ) 発破点 ( ) と微小地震活動 ( 赤丸 ) を示す 深さ 20km 前後に明瞭な反射相が認められる 図 3. 中越地震震源域下の不均質構造 自然地震記録を normal moveout 処理によって深さに変換した記録断面 図は震源域を北西からみた断面 図中 明るい部分が反射波強度の強い部分 白丸は余震を示す 領域 C が本震発生領域 B が最大余震発生域 領域 C で反射面が浅くなっていることがわかる

5 図 年福岡県西方沖地震の余震分布. 震央分布 ( 左 ) と左図中の枠で囲んだ領域の鉛直断面図 破壊開始点は C-C の領域に位置する 余震域の北端と南西端で分布が北向きに屈曲していることがわかる また C-C 断面では深部で余震分布の傾斜がやや低角になっている 図 5 Double difference トモグラフィによって得られた地震断層に沿った P 波速度偏差分布図 赤が相対的に低速度を示す 下図は Restoring Resolution Test Checker board Resolution Test の結果 図中の白線は Asano & Iwata(2006) によるすべり分布のコンター 滑りが大きい部分が高速度に対応している また 余震域の両端でも高速度になっている ( 図中 x=25km -5km Depth 5km) 破壊開始点の周辺も低速度を示している 図 6 ( 左図 )normal moveout 処理によって深さに変換した記録断面 図は地震断層に沿った断面 図中 明るい部分が反射波強度の強い部分 白丸は余震を示す ( 右図 ) アレイによって求められた散乱強度分布 ( 紫 ) 図中赤は余震 青点線は左図中にみられた反射体の位置 本震の破壊開始点に向かって浅く強い不均質がみられる

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