九州地方中南部におけるフィリピン海スラブ内地震活動

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たつぞううえや
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1 九州地方中南部におけるフィリピン海スラブ内地震活動京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻地球物理学教室京都府京都市左京区北白川追分町岡本響京都大学大学院理学研究科附属地球熱学研究施設火山研究センター熊本県阿蘇郡南阿蘇村河陽 5280 大倉敬宏東京大学地震研究所地球ダイナミクス部門東京都文京区弥生瀬野徹三 Seismicity within the Philippine Sea Slab in the Central and Southern Kyushu, Japan Kyo Okamoto Department of Geophysics, Division of Earth and Planetary Science, Graduate School of Science, Kyoto University Kitashirakawa Oiwake-cho, Sakyo-ku, Kyoto , Japan Takahiro Ohkura Aso Volcanological Laboratory, Institute for Geothermal Sciences, Graduate School of Science, Kyoto University Kawayo 5280, Minamiaso-mura, Kumamoto , Japan Tetsuzo Seno Geodynamics division, Earthquake Research Institute, University of Tokyo Yayoi 1-1-1, Bunkyo-ku, Tokyo , Japan

2 In order to determine where (within the oceanic crust or mantle alone, or within both of them) intraslab earthquakes occur in the Central and Southern Kyushu, Japan, firstly, we analyzed the waveform data observed in the Chugoku-Shikoku region, and determined whether they have P- and S-waves guided by the oceanic crust of the Philippine Sea (PHS) slab or not. Secondly, to know their locations within the PHS slab with high relative resolutions, we relocated earthquakes thought to have occurred within the PHS slab by Double-Difference hypocenter determination. The results are as follows: (1) In the north part of the study area, several intraslab earthquakes occurred within the oceanic crust, and in the south part, they occurred within the oceanic mantle. (2) It is not clear whether earthquakes occurred also within the oceanic mantle in the north part and within the oceanic crust in the south part. (3) We recognized the double structure of seismicity at several cross-sections in the study area.

3 To know the possibility of existences of so-called double seismic zones in this region, it is important to analyze this double structure in detail or to clarify attenuation, velocity and temperature structures of the PHS slab in the Kyushu region. Key words: Philippine Sea slab, dehydration embrittlement, guided waves, Double-Difference hypocenter determination, double seismic zone

4 1. はじめにスラブ内地震は, 沈み込む海洋地殻内で起こるものと, マントル内で起こるものとにわけられる [ 例えば, Yamasaki and Seno ( 2003) など. 以下前者をスラブ地殻地震, 後者をスラブマントル地震と呼ぶ ]. スラブ形状を推定する, あるいはスラブ内地震の発生原因を考える上で, これらがどこで起こっているのかを明らかにすることは非常に重要である. これまでに西南日本に沈み込むフィリピン海プレートに関する地震活動についてさまざまな研究がなされているが, そのうち, 関東や東海, 中国四国地方の地震活動や沈み込むスラブの形状についてはかなり詳しく調べられている. これらの地域では, スラブが低角に沈みこんでおり [ 例えば, 石川 (2001)], 紀伊半島下には二重深発地震面 [Seno et al.( 2001)], あるいは断裂したスラブの重なり [ 三好石橋 (2004)] が見つかっている. 一方, 九州地方では, 他のフィリピン海プレートの沈み込み帯とは異なり, スラブは高角に沈みこんでいる. かつては九州地方でも二重深発地震面の存在が指摘され

5 た [ 石川 (1985)] が, その後の研究結果 [ 例えば, 高橋 (1986) など ] で否定された. また, スラブの形状については, 最深地震の分布や各深度での地震活動度が不連続に変わることから, スラブの断裂やブロック構造が指摘されている [ 例えば, 石原吉田 (1992), 角田他 (1991), 長宗田代 (1989) など ]. ところで, スラブ形状を地震活動のみによって推定する場合には注意が必要である. スラブ内地殻地震が起こっておらずスラブマントル地震のみが起こっている場合には, スラブ上面が実際よりも深く見積もられるからである. また, 地域によって活動の頻度や位置が異なる場合では, スラブの形状の地域差 ( ブロック構造, 断裂など ) として認識されてしまう可能性がある. 上で述べたような九州地方のスラブ形状はスラブ内地震活動によって決められているが, 九州地方において, スラブ内地震がスラブのどこで起こっているのかはよくわかっておらず, これを知ることは非常に重要である. 一方,Obara( 2002) は低周波微動がトラフ軸に平行に分布することを発見した (Fig.1 参照 ). 低周波微動とは, 周波数が数 Hz 程度で振幅の非常に小さな波動が数

6 時間から数週間続く現象である. その震源の深さは 30 km 程度であり, プレート境界もしくは大陸モホ面付近で発生していると考えられる. その詳しいメカニズムはわかっていないものの, 震源位置が時間的空間的に移動することやスラブ内地震の直上で起こっていることなどから, スラブの脱水により発生した流体が関わっていると考えられている [ 例えば, Miyazawa and Mori ( 2005)]. このような低周波微動が, 関東地方四国地方東部九州地方中南部では観測されていない (Fig.1 参照 ). この理由として,Seno and Yamasaki( 2003) は, これらの地域に沈み込んでいる海洋地殻が通常の玄武岩質の海洋地殻でなく, 含水鉱物をあまり多く含まない花崗岩質の地殻であるため, 海洋地殻からの脱水が少ないからであるとした. 彼らは, スラブ地殻地震とスラブマントル地震の原因がスラブ内の含水鉱物の脱水不安定である [ 例えば, Hacker et al.( 2003), Kirby et al.( 1996), Yamasaki and Seno( 2003) など ] との仮定のうえで, 上述の低周波微動の起こっていない地域では海洋地殻からの脱水が

7 少なく, スラブ地殻地震は起こっていない ( スラブ内地震はすべてスラブマントル地震である ) のではないかと考えた. さらに, 上記の地域のうち, 九州南部 100km 以浅以外の場所でこのことが正しいことを示した. 彼らによれば, 関東地方については, スラスト地震帯直下の二重面上面の地震の観測波形の特徴 [ 堀 (1997)] から, スラブ地殻地震は起こっていないと考えられる. また, 四国東部については, スラブ内地震がマントル内でのみ起こっていることは知られていた [ 例えば,Kodaira et al. ( 2002), 蔵下他 (2002) など ]. 西南日本の他の地域では, 低周波微動が起こっており [Obara( 2002)], スラブ内地震はほとんどが海洋地殻内で起こっている [ Hori et al.( 1985), Ohkura( 2000) など ] と考えられるが, 関東地方や四国地方東部では対照的に低周波微動が起こっておらず, スラブ地殻地震が起こっていないのである. 九州南部については,100km より深い地震については down-dip tension 型といえる地震が卓越していること [ 後藤本田 (2001) や後藤他 (2001)] から, スラブマントル地震のみが起こっていると考えられるが,100km 以浅の地震がスラブのどこで起こっている

8 のかはまだよくわかっていない. そこで今回は, 九州地方中南部におけるスラブ内地震が, 海洋地殻内で起こっているか否かを調べた. 2. 解析法とデータ 2.1 海洋地殻にトラップされた後続波の解析海洋地殻のような低速層内で地震が起こると, そこを伝わってきた波 (Fig.3 の点線 ) がその下の高速層内を伝わる実体波 ( 同図の実線 ) のあとに観測点に到達する. このような地震波を低速度層が浅くなる方向で観測すると, マントルを通ってきた小振幅の P, S 波の後ろにそれぞれの顕著な後続相を持つ波形が得られる. すなわち, そのような波形が海洋地殻の浅くなる方向, つまりプレートの浅くなる方向で観測されれば, その地震は海洋地殻内で起こった可能性が高いのである. ただし, このような後続波が存在するためには, 震源と観測点の間で海洋地殻と大陸地殻が接している必要がある. 以下, このような地震波を単に後続波と呼ぶ. 今回の研究対象である九州中南部の地震では, プレートの浅くなる方向は北東から南東であるが, 観測点分布

9 を考えると後続波が期待できるのは主に四国西部の観測点である. そこで四国から中国地方にかけての観測点で後続波が確認できるか調べ, 以下の点に注意して, その地震がスラブの海洋地殻内で起こったものであるか否かを決めた. 1 ) 深さが 50-60km より深い海洋地殻内で起こった地震については, 海洋地殻が相転移して低速度層ではなくなり, 後続波が見られない可能性がある [Hori( 1990) など ]. つまり, 今回の解析では深さが 70km を超えるような地震がスラブのどこで起こっているのかは議論できないかもしれない. また, 海側で起こった地震や南側の地震でも, パスが存在せずに後続波が見られない可能性がある. 2 ) 震源が陸側のモホ面よりも浅く, 震源と観測点の間で海洋地殻と大陸地殻が接している場合, スラブが深くなる方向である九州西部の観測点でも顕著な後続波が確認されることが予想される. 3 ) この解析方法では, ある地震がスラブの海洋地殻内で起こったか否かは推定できるが, それがスラブ内地震かスラブの海洋地殻上面付近で起きたプレート境界地震

10 かはわからない. これを決めるには, 震源メカニズムなどの情報が必要である. 調べた地震は, 後藤本田 (2001) の附表 1 で CD のラベルのあるものの内, 深さ 30km 以上, マグニチュード 3.0 以上のものである. その期間は 1996 年 5 月から 1999 年 10 月, 北緯度から度, 東経度から度であり, 全部で 43 個ある. なお, 今回調べた地震には深さの上限は設けていない. 解析に用いた地震の震央分布を, 波形を調べた観測点とともに Fig.4 に示す. なお, これらの地震については, 後藤本田 (2001) によってメカニズムが求められている. 波形データは, 全国地震データ等利用系システムで公開されているイベント波形データを調べた. 波形を調べる具体的な手順は以下のとおりである. 1 ) 波形データを, 中国四国地方と九州地方のものに分ける. 2 ) それぞれの地域について, 波形を震央距離順に並べる. 3 ) 後続波の有無が調べやすいように,S/N のよい波形を優先して適度に間引く.

11 4 ) 中国四国地方の観測点の波形の後続波の有無を判断する. このとき, 後続波の見かけ速度が海洋地殻のそれとほぼ一致し, 九州地方の観測点の波形に同じような後続波が見られないような場合, この波が海洋地殻を通ってきたものであり, 海洋地殻内で起こった地震である可能性が高い. このようにして後続波の有無が判断できた後, それらの地震が地震面のどこに位置しているのかを知る必要がある. ところが, 気象庁の一元化震源では, 特に海側で地震面が大きく膨らんでおり, 基準の地震面に用いるには精度が足りない (Fig.2 参照 ). そこで, より相対精度のよい震源を得るために,Double-Difference 法による震源再決定を行った. 2.2 Double-Difference 法による震源再決定 Double-Difference 震源決定法は Waldhauser and Ellsworth( 2000) によって開発された震源決定法である. 波線がほぼ共通な地震のペアの走時差の, 観測値と計算値の差が最小になるよう地震を決めることからこの名がついている. これにより, 速度構造などの影響が小

12 さく, 相対位置の精度が高い震源が得られる. 用いたデータは, 次の条件を満たす地震の気象庁の読み取り値データである. 1 ) 期間 :1996 年 1 月から 2001 年 12 月 2 ) 震源 : 北緯度, 東経度, 深さ 25km 以上 3 ) P 波と S 波の読み取り値があわせて 8 個以上このような条件で選んだ地震の数は個である. これらの地震をある距離以内にあるもの同士をペアにし, その数が一定数以上になったもの 8453 個が Double- Difference 震源決定プログラム (hypodd) への入力となる. 最終的に再決定された地震の数は 8145 個である. 3. 結果後続波の見られた地震波形の例を Fig.5-( a ) に示す. この地震を含め,P 波のみかけ速度が約 8km/sec であるのに対して, 確認された後続波のみかけ速度は km/sec 程度であり, 後続波に関する過去の研究 [ Hori( 1990),Ohkura( 2000) など ] に調和的である. また, 同じ地震でもスラブの深くなる方向に当たる九州

13 地方の観測点では後続波が見られない [Fig.5-( b ) 参照 ]. この後続波は P 波だけでなく S 波にも同様のものが見られる.S 波の速度およそ 4.5km/sec に対し,S 波の後続波の速度は km/sec) である.SP, PS 変換波などでは,S 波の後続波を説明できないため, この後続波がスラブの海洋地地殻にトラップされたものであり, 後続波の見られた 8 個の地震はスラブの海洋地殻内で起こった可能性が高い. 後続波の解析結果を Table1 に示す. このように, 後続波の有無が判断できなかった地震が相当数ある. これは, 中国四国のイベント波形データがない, もしくは波形のノイズが大きく判断が難しかったためである. 後続波の見られた 8 個の地震がスラブ地殻地震かどうかを決めるために, 後藤本田 (2001) によって決められたメカニズムを調べた.Fig.7 は後続波の見られた 8 個すべての地震と, 見られなかった一部の地震のメカニズム解である. まず, 後続波の有無とメカニズム解との間に系統的な関係はないように思われる. 後続波の見られた地震について, プレート境界地震の可能性のある地震は, 低角逆断層型のメカニズム解を示す丸で囲んだ二

14 つである. 他の 6 個の地震はその可能性は低く, スラブ地殻地震であると考えられる. これらの地震が, 再決定前後の地震面のどこに位置するのかを Fig.8 と Fig.9 に示す.Fig.8 が震源再決定前, Fig.9 が再決定後である. ただし, 後続波を解析した地震を含む一部の地震は, 震源計算の過程で省かれている. 再決定後では地震面が薄くなっており, 相対的な震源決定精度がよくなっていることがわかる. また, 断面図では震源分布が二重構造を示している部分もある. 4. 議論 4.1 震源分布の二重構造現在, 九州地方では二重深発地震面は存在しないといわれている [ 例えば, 後藤など (2001) など ]. 今回の震源再決定に見られる分布 (Fig.9 の断面 A, B, E ) がいわゆる二重地震面であるか否かを決めるには慎重な議論が必要である. フィリピン海プレートの沈み込み帯の他の地域では, 紀伊半島において二重地震面の存在が議論されている. Hori et al.( 1985) はこの地域のスラブ内地震を調べ,

15 後続波の見られない地震が存在することを発見した. これらの地震はおおむね 50km 以深に位置しているため, 彼らはこれらが相転移して低速度層ではなくなった海洋地殻内で起きたものであると解釈した. これに対して, Seno et al.( 2001) はこの地域のスラブ温度構造や速度構造から, これらの地震がスラブマントルで起こった地震であり, 後続波が見られ海洋地殻内で起こったと考えられる地震とともに二重地震面を形成していると考えた. 一方, 三好石橋 (2004) は, 震源分布の二重構造の見られる地域を境に震源分布や起震応力が異なっていることから, この構造がスラブの重なりであるとしている. 九州地方における今回の結果では, 二重構造の上面と下面は 10km 程度離れており, 地震面全体の厚さは 50km に及ぶ. これは一般的なフィリピン海プレートの海洋地殻の厚さ [7km 程度,Kodaira et al.( 2002) など ] を超えている. さらに, 研究領域の北側の E においては二重構造の上面に後続波の見られる地震が位置し, 南側の B の領域では下面に後続波の見られない地震のみが存在している. しかし, 今回の結果に見られる二重構造は, 九州中南部全域に見られるわけではなく, 二重構造を示

16 す地域とそうでない地域が繰り返されている. このような分布に対しては, いくつかの解釈が可能である. ひとつは, 紀伊半島下における三好石橋 (2004) の解釈と同じように, この二重面はスラブの断裂による見かけのものとする解釈である. 九州地方では, フィリピン海スラブが短冊状のブロック構造をしているという研究結果があるため,[ 例えば, 石原吉田 (1992), 長宗田代 (1989) など ] 二重面が見かけ上のものである可能性がある. 彼らは, 今回の研究領域の D, E, F にあたる地域について議論をしている. そこで, ここでは領域 E の二重面について議論する.Fig.8 によると, 領域 D, F の地震面と E の上側の地震面の断面図上での位置はほぼ一致している. したがって, この二重面がスラブの断裂によるものだとすると領域 E の内部に周りより高角度で沈み込んでいるブロックが存在しているということになる. ところが長宗田代 (1989) や石原吉田 (1992) の提唱するブロック構造では, そのような小さなブロックは提唱されていない. 長宗田代 (1989) は D, E, F 領域をそれぞれひとつのブロックとしている. また, 石原吉田 (1992) は長宗田代 (1989) より微細なブロ

17 ック構造を提唱しているものの, 今回の領域 D と領域 E の南半分に相当するブロック Ⅲ と, 領域 E の北半分と領域 F に相当するブロック Ⅱ が提唱されている. したがって彼らの提唱するブロック構造では今回の二重構造をスラブの重なりとして説明できず, 領域 E 内に新たに小さなブロックを考える必要がある. そこで領域 E について, さらに詳しく調べてみる.Fig.10 は, 領域 E について幅約 10km の投影面を半分ずつずらしながら断面を示したものである. これによると, 地震面の二重構造は幅を小さくとっても見られる. 重なりによる見かけの二重面であるとすると幅数キロのブロックを考えねばならず, その可能性は低いと思われる. 今後は, この領域を含む地域でメカニズムを詳しく解析し, 二重面の南北で系統的な応力状態の変化がないかを調べなければならない. 一方, この二重構造はスラブの重なりによるものではなく, 単一スラブ内で二つの地震発生層があるためと考えることもできる. この場合, 二重構造の見られる地域の地震面は厚さが 50km 程度あるため, 少なくとも下面の地震活動は海洋マントル内で起こっていると考えられる. また, 北側の領域において, 上面の地震には後続波

18 の見られる地震が含まれている. すなわち, この二重構造はスラブ地殻地震とスラブマントル地震の両方が起こっていることを示していると解釈できるのである. ところで, スラブ内地震の原因が含水鉱物の脱水であるとすると, 二重地震面が存在するためには, スラブが沈み込む前に海洋地殻と海洋マントルの両方が含水化している必要がある. 海洋地殻部分に関しては, 中央海嶺における熱水循環で説明できる. また,Seno and Yamanaka ( 1996) は, プレートがプルーム上を通過する際に海洋マントル部分が蛇紋岩化されるとしている. さらに Seno et al.( 2001) は, 背弧火成活動によってマントルが蛇紋岩化される可能性を指摘した. 今回, 二重構造の見られる E の領域は九州パラオ海嶺の延長部に位置している. この場合, 海嶺が伊豆 - 小笠原弧と合体していた時期の火山活動によって, この領域のマントル部分が蛇紋岩化された可能性がある. そして, マントルの蛇紋岩化が D, F の領域で起こっていないとすると, 今回のような局地的な二重構造を説明できる. 今後, この地域のスラブ温度構造などを推定し, スラブの脱水が起こりうるのかを議論する必要があるだろう.

19 4.2 後続波の有無の南北の差後続波の有無の分布には, 水平方向の差異も認められる. すなわち, 後続波の見られた地震は, 研究領域の北側 (D, E, F ) にのみ存在し, 南側 (A, B, C ) には存在しない. これには次のような理由が考えられる. 1 ) スラブ地殻地震が北側でのみ起こっている. 2 ) 実際にはスラブ地殻地震が南側でも起こっているが, スラブの不連続構造や観測点からの距離によって後続波のパスが存在し得なかった. 3 ) 南側では, 海洋地殻が相転移し, 低速層でなくなったところでスラブ地殻地震が起こっている. 4 ) 南側では, 今研究で後続波を解析した地震にスラブ地殻地震がなかった. 後続波の有無の分布が変わる境界である Fig.8 や Fig.9 の C と D の境界は, 過去の研究でスラブの断裂やブロック構造境界の一つとされたものとほぼ一致する. したがって, このスラブの不連続が十分大きいならば, 海洋地殻もここで断裂しており, 地震波がトラップされずに後続波が見られない可能性がある. また, スラブ内

20 地震の発生様式がこの境界の南北で変わっているならば, この境界が何らかの物理状態の違いを反映した境界を示している可能性もある. また,3 ) や 4 ) の可能性もある. 今回後続波の見られなかった地震で, 二重構造の地震面の下面に存在しているものは 4 ) の可能性が最も高いように思われる. すなわち, それらがスラブマントル地震である可能性が高い. 上下の地震面が合流する位置に存在する地震については, どの理由で後続波が見られないかは判断できない. 以下, 研究領域の南側と北側について, スラブ内地震がどこで起こっているのかを考える. 南側では, 前述の通り, 後続波の見られた地震が存在しない. 二重構造の地震面の下面で後続波の見られない地震が起こっていることから, この地域ではスラブマントル地震が起こっていると思われる. 地震面の二重構造は見られるが, 後続波の見られる地震が存在しないため, 上面の地震がスラブ地殻地震であるか否かは, 今回の解析からは明らかではない. 一方, 北側では二重構造の地震面の上面, あるいは単一の地震面の比較的上側で後続波の見られる地震が存在

21 していることから, スラブ地殻地震が起こっている可能性が高い.E に存在する後続波の見られない地震は, その深さが 66.2km( 再決定後 ) であり, それ以深で後続波の見られる地震が存在しないことから, スラブマントル地震か相転移後の海洋地殻で起きたスラブ地殻地震か判断しがたい. また,F には, 単一地震面の上側に後続波の見られない地震が存在している. これは, この地震が海側に大きく外れたところで起きたため, 後続波のパスが存在し得ず, 後続波が見られなかったのだと思われる. これら以外に, 深さが 50-60km 程度より浅く, 後続波の見られない地震は存在していない. したがって, スラブマントル地震が起こっているかどうかは後続波の解析からは不明である. しかし, 再決定震源の領域 E に見られる二重構造がスラブの重なりによる見かけ上のものでないとするならば, この領域ではスラブ地殻地震とスラブマントル地震の両方が起こっている可能性が高い. 4.3 低周波微動との関係 Seno and Yamasaki( 2003) は, 低周波微動の起こっていない地域である九州南部では, スラブ内地震は地殻

22 内ではほとんど起こらないと予想した. 今回, 北側の地域ではスラブ地殻地震が起こっていることがわかったが, それは Seno and Yamasaki( 2003) の予想には反することである. この推論は関東や四国では成り立っているので, 推論そのものが間違っていることは考えにくい. このことに関して, 次のようなことが考えられる. 1 ) 実際には低周波微動が起こっているのに, 九州の東側 ( 太平洋底 ) の観測点の不足などで観測されていない. 2 ) 関東などとは違って, スラブ内地震が海洋地殻内でも起こっているのに, 低周波微動は起こっていない. 3 ) スラブ地殻地震は九州中南部全域の現象ではなく, 限られた地域のものである. もしくは, 海洋地殻内地震の割合はごく小さいものである. 1 ) に関して, 冒頭で述べたように九州地方の地震検知能力はかなり上昇した. ところが,Fig.4 の気象庁一元化震源分布を見ると, 海域にあたる地域では地震面の厚さが陸域に比べ厚くなっている. これは九州地方の海域の震源決定精度が依然あまり高くないことを示している. 海域において, 地震検知能力も陸域, あるいは他の低周波微動発生域に比べて低い可能性がある. 九州地方

23 では海域でのみ活動度の低い低周波微動が起こっており, それが観測されていないということも考えられる. 海域での地震検知能力の向上, そして後続波の解析のためには, さらなる海底地震計の設置が必要だろう. 一方,2 ) に関して, 九州地方では関東や四国と違いスラブは高角に沈みこんでいる. また, スラブに働く力が複雑であるとの報告 [ 後藤本田 (2001)] もあり, 関東や四国東部とは異なった現象が起こっているのかもしれない. 例えば, スラブの脱水によって発生した流体が陸側プレートにそれほど入らず, 大部分が境界を伝って移動しており, 地震検知能力の高い陸側では低周波微動が発生していない可能性がある. もしそうだとすると, このことは, 日向灘地震のようなこの地域におけるプレート境界地震が, フィリピン海プレートの沈み込む他の地域のものに比べて比較的規模が小さく, 短い再来周期で起こることと関係しているのかもしれない. これに関しては, 九州を含めたフィリピン海プレート沈み込み帯全域で, スラブ由来の流体の挙動を詳しく知る必要があるだろう. また, そもそも, 海洋地殻の脱水由来の流体だけが低周波微動の発生を規定しているのか, という疑

24 問もある. それを明らかにするために, 低周波微動の発生メカニズムをもっと詳細に調べる必要があるだろう. また,3 ) に関しては,Seno and Yamasaki( 2003) の予想が正しいとすると, スラブ地殻地震は九州パラオ海嶺の延長部で特に起こりにくいはずである. ところが, Fig.9 によると, 少なくとも 2 個 ( そのうちのひとつは正断層型 ) の地震が九州パラオ海嶺の延長部のスラブの海洋地殻内で起こっているようである. 発生したのが海洋地殻内かマントル内か判断のできる地震が少ないため今回はこれ以上の議論はできないが, 今後, 判断できる地震が増えれば今回の手法を用いて検討することもできるであろう. 今回は, スラブ内地震はスラブの含水鉱物の脱水不安定によって起こるとの前提で議論を行った. この仮説が正しいのか, あるいは九州地方のスラブ内地震に対しても成り立つのかを今後確かめる必要がある. 九州地方のスラブでは, 含水鉱物の脱水がスラブのどこで起こりうるのか, そして, 脱水によって発生した流体がどのように移動するのかを知るために, 減衰構造や速度構造を詳しく調べなければならないだろう.

25 5. まとめフィリピン海プレートの沈み込む西南日本において, Seno and Yamasaki( 2003) は, 低周波微動の起こっていない地域ではスラブ内地震は海洋地殻内では起こらないと予想した. 今回はそれらの地域のうち, 九州地方中南部においてスラブ内地震がどこで起こっているのかを解析した. 海洋地殻にトラップされた地震波の有無を調べ, さらに, それらの地震が地震面のどこに位置しているのかを高い相対精度で知るために Double-Difference 震源再決定を行った. その結果, 研究領域の北側ではスラブ地殻地震が, 南側ではスラブマントル地震が起こっていることがわかったが, 北側におけるスラブマントル地震, あるいは南側におけるスラブ地殻地震が起こっているか否かは今回の解析からははっきりとはわからなかった. また, 震源再決定の結果, 地震面の二重構造が見られた. このうち, 九州パラオ海嶺の延長部に見られたものは, いわゆる二重地震面に相当するものである可能性が高い. 今後は, この地震面の二重構造に関する詳細な解析を行う必要がある. また, スラブの速度構造や温

26 度構造を解明しなければならない. 謝辞後続波の解析に用いた波形データは, 気象庁防災科学技術研究所 Hi-net 鹿児島大学九州大学京都大学高知大学東京大学のものを使わせていただきました. また, 震源再決定には, Waldhauser and Ellsworth ( 2000) による Double-Difference 震源決定プログラム, ならびに気象庁による読み取り値データを使わせていただきました. さらに, 後藤本田 (2001) によるメカニズム解を使わせていただきました. 図の作成には, 気象庁の一元処理による震源データを用い,GMT( Generic Mapping Tools[ Wessel and Smith( 1995)]) により作成させていただきました. 記して感謝します.

27 文献後藤和彦本田貴子,2001, 九州中南部に発生した稍深発地震の発震機構, 南九州下の稍深発地震とサイスモテクトニクス平成年度科学研究費補助金基盤研究 C ( 2 ) 研究成果報告書, 後藤和彦本田貴子八木原寛角田寿喜清水洋,2001, 南九州における稍深発地震面の形状と発震機構, 月刊地球,23, Hacker, B. R., S. M. Peacock, G. A. Abers, S. D. Holloway, 2003, Subduction factory-2. Are intermediate-depth earthquakes in subducting slabs linked to metamorphic dehydration reactions?, J. Geophys. Res., 108 ( B1 ), doi: /2001jb 堀貞喜,1997, 関東地方下のフィリピン海プレート内地震の発生機構, 地震 2, 50, Hori, S., 1990, Seismic waves guided by untransformed oceanic crust subducting into the mantle : the case of the Kanto district,central Japan, Tectonophysics, 176,

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32 Fig. 1 Index map of study area [modified Seno and Yamasaki (2003)]. Points in the study area map show the seismicity deeper than 28.0km. Bathymetric map is after Okino et al. (1999). Gray zones indicate the distribution of low frequency tremors [LFT, Obara (2002)]. LFT is not observed in the study area and circled area. Fig.2 Distribution of hypocenters deeper than 28 km determined by Japan Metrological Agency(JMA). Top: epicenters and the border of the cross-section for bottom figure. Bottom: hypocenter distribution on the vertical cross-section. The width for projection is about 20km. Fig. 3 Ray paths of the initial and the later phase. Solid and dashed lines indicate the ray path of the initial

33 and the later phase, respectively. Fig. 4 Location of earthquakes and stations used for the later phase analysis. Open circles indicate earthquakes. They are selected with the following conditions; (1) listed in Table1 of Honda and Goto (2001), (2) M 3.0 and (3) focal depth 30.0 km. The focal data used for the selection and the drawing are after Goto and Honda (2001). Their period is May 1996 December Solid triangles indicate stations open for the Nationwide Earthquake Data Circulation System of Earthquake Information Center of Tokyo Univ.. They include the stations of Kagoshima University, Kyushu University, Kochi University, Kyoto University, University of Tokyo and Japan Metrological Agency. Fig. 5 An example of waveforms of an earthquake and

34 stations which observed them. It occurred on April 18, The focal depth and magnitude are 38.3km and 4.1, respectively. The later phases are recognized in the waveforms observed at the stations in Chugoku-Shikoku region but not in Kyushu region. (a) Waveforms observed in Chugoku-Shikoku region. Top left: location of the earthquake and stations. Top right, bottom left and bottom right: waveforms of up-down, east-west and north-south components, respectively. They are ordered according to the distance of the stations. (b) Waveforms observed in Kyushu region. Fig. 6 Another example of waveforms of an earthquake. It occurred on February 18, The focal depth and magnitude are 49.3km and 5.0, respectively. For this earthquake, the later phases are not recognized in Chugoku-Shikoku and Kyushu region.

35 Fig. 7 Focal mechanisms of earthquakes determined by Goto and Honda (2001). (a) Focal mechanisms of all the earthquakes in whose waveforms the later phases are recognized. Focal mechanisms circled are low-angle thrust type earthquakes, so these earthquakes may be interplate earthquakes. The others may have occurred within The Philippine Sea Slab. (b) Focal mechanisms of a part of earthquakes in whose waveforms the later phases are not recognized. Fig. 8 Distribution of hypocenters before relocation. Triangles indicate earthquakes in whose waveforms the later phases are recognized, and circles not recognized. Earthquakes for which it is not clear whether they have the later phases or not are shown as square symbols. (A)-(E) Hypocenter distributions on each vertical cross-section corresponding to the zone with the same symbol in Fig. 9-(1). All the widths

36 for projection on the cross-sections are about 20km. The meanings of triangle, circle and square symbols are the same as in Fig. 9-(1). Fig. 9 Distribution of hypocenters after relocation. (A)-(E) Hypocenter distributions on the vertical cross-sections. The way of projection and the meaning of symbols are the same as in Fig. 9. Fig.10 More detailed hypocenter distribution in and around E-section in Fig.9. (1)-(5) Hypocenter distributions on the vertical cross-sections. The widths for projection are about 10km and cross-sections are in succession over about 5km. Table 1. Results of the analysis for the later phase. ALL means the number of all earthquakes analyzed.

37 RECOGNIZED and NOT RECOGNIZED mean the numbers of earthquakes in whose waveforms the later phases are recognized or not recognized, respectively. NOT DETERMINED means the number of earthquakes for which we can not determine whether their waveforms have the later phases or not because of lack of the waveform data in Chugoku and Shikoku region or low signal-noise ratio of waveforms, and so on.

38 Fig.1 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E (deg) 32 N31

39 Fig.2 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) station upper crust lower crust oceanic crust later phase hypocenter initial phase

40 Fig.3 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E (deg) km 34

41 Fig.4 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E (deg) 50km 32 N30 distance (km) depth(km)

42 Fig.5_a Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E U-D time 40 (sec) distance I km 500 E-W (km) 30 P: XP: S: 8.1km/s 6.8km/s 4.5km/s time 40 (sec) N-S time 40 (sec) XS: 3.7km/s distance distance (km) (km)

43 Fig.5-(b) Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) U-D E time 20 (sec) 100km N distance (km) P: 8.0km/s S: 4.7km/s E-W time 20 (sec) N-S time 20 (sec) distance (km) distance (km)

44 Fig.6 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E km N distance (km) U-D P: 8.2km/s time 40 (sec) S: 4.5km/s distance (km) E-W time 40 (sec) distance (km) N-S time 40 (sec)

45 Fig.7 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) (a) (b)

46 Fig.8 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) 32 E km depth (km) distance (km) F N30 A B C D E F depth (km) distance (km) E depth (km) distance (km) B depth (km) distance (km) D depth (km) distance (km) A depth (km) distance (km) C

47 32 Fig.9 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E km depth (km) distance (km) F N30 A B E D C F depth (km) distance (km) E depth (km) distance (km) B depth (km) distance (km) D depth (km) distance (km) A depth (km) distance (km) C

48 Fig.10 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006) E E km depth (km) depth (km) depth (km) distance (km) distance (km) distance (km) depth (km) depth (km) N31 distance (km) distance (km)

49 Table1 Okamoto,Seno,and Ohkura(2006)

On the Detectability of Earthquakes and Crustal Movements in and around the Tohoku District (Northeastern Honshu) (I) Microearthquakes Hiroshi Ismi an

On the Detectability of Earthquakes and Crustal Movements in and around the Tohoku District (Northeastern Honshu) (I) Microearthquakes Hiroshi Ismi and Akio TAKAGI Observation Center for Earthquake Prediction,