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みがねかやぬま
4 years ago
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1 国立大学附置研究所センター長会議第 1 部会シンポジウム激変する地球環境の現状と未来像スロー地震の発見と巨大地震発生予測に対する貢献地震研究所小原一成 2014 年 10 月 9 日京王プラザホテル札幌プラザホール

2 激変地震活動やプレートの動きが激変? 地震に対する理解が激変東北地方太平洋沖地震スロー地震

3 講演内容東北地方太平洋沖地震それまでの地震観新たな地震像スロー地震多様なスロー地震の発見とその特徴巨大地震との関連性

4 地震とは? 断層の急激なすべりによる地中のひずみ解放現象 2つのケース新たに断層面が形成される場合固着していた既存の断層面が食い違う場合プレート境界海溝型 ( 防災科学技術研究所高感度地震観測網 Hi-netWEB サイト地震の基礎知識より )

5 プレート境界海溝型地震東北沖太平洋プレートが陸のプレートの下に沈み込むプレート境界面が固着上盤を引きずり込むひずみ蓄積ひずみが限界上盤がはね上がる地震津波東北地方太平洋沖地震はプレート境界型地震の典型

従来の比較沈み込み帯学による分類 http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/yamaoka/nnsl/nnsl-notes/yamaoka-20010521.

6 従来の比較沈み込み帯学による分類南海トラフ上盤プレートの引きずり込み大固着度年代プレート傾斜小規模定常的地震活動最大地震規模日本海溝 ( 東北沖 ) 上盤プレートの引きずり込み中強若い低角非活発 M8~9 伊豆小笠原海溝上盤プレートの引きずり込み小中古いやや低角活発 M7~8 海洋プレートの沈み込み弱古い高角活発 ~M7

7 世界の地震活動日本列島は世界的にも地震活動が活発

8 基盤的観測網阪神淡路大震災を契機とした稠密地震地殻変動観測網の整備防災科学技術研究所地震観測網国土地理院 GEONET Hi-net( 高感度地震観測網 ) F-net( 広帯域地震観測網 ) K/KiK-net( 強震観測網 ) 日本の固体地球科学を支える重要な研究基盤

9 プレート境界固着の証拠 v.html 国土地理院 GEONET 引きずり込まれる陸のプレートくっついている

プレート境界固着の非一様性上盤プレート引きずり込み量 ( 固着度 ) の分布 (1997-2001 の国土地理院 GPS データ使用 ) 引きずり込みが大きい

10 プレート境界固着の非一様性上盤プレート引きずり込み量 ( 固着度 ) の分布 ( の国土地理院 GPS データ使用 ) 引きずり込みが大きい 2003 固着が強い領域 M7 地震発生 2005 上盤プレートが引きずり込まれるコンター間隔 : 2cm/yr (Suwa et al., 2006) 海洋プレート沈み込み

11 プレート境界地震時すべりの非一様性大地震すべり域分布過去の大地震波形記録を用いて断層面上のすべり量を推定星印 : 破壊の開始点塗りつぶし域 : 最大値の半分の滑り量を示す領域 (= アスペリティ ) 異なる地震でもアスペリティは共通する余震破壊開始点コンター間隔 :0.5m Yamanaka and Kikuchi (2004) 地震性すべり域アスペリティ

12 アスペリティモデル ( 概念図 ) プレート境界 = 固着域 ( アスペリティ ) + 定常すべり域アスペリティ = 大地震間はプレート境界が強く固着し大地震時に大きくすべる領域が点在周囲は地震を起こさずに定常的にゆっくりすべる定常すべり定常すべり海洋プレートの沈み込み複数アスペリティの連動破壊によって地震規模が大きくなる定常すべり域の応力は常に解放されているアスペリティのみが固着しているため応力集中する

13 アスペリティモデル ( 繰り返し地震 ) 釜石沖繰り返し地震 (M4.8) 5~6 年の一定間隔で繰り返し発生まわりに大地震なし観測される波形が相似発生場所発震機構が全く同じ ±1 年程度で次の地震発生孤立したアスペリティが周囲のプレート間定常すべりによって応力集中予測が可能定期的に破壊

14 東北地方太平洋沖の地震に関する評価 (2011 以前 ) マグニチュード 9 宮城県沖年間隔海域予想されるマグニチュード今後 30 年以内の発生確率平均発生間隔三陸沖北部 M8.0 前後 0.5~10% 約 97 年三陸沖中部 ( 過去に大地震がなく評価不能 ) 三陸沖南部海溝寄り M7.7 前後 80~90% 105 年程度宮城県沖 M7.5 前後 99% 以上 37 年福島県沖 M7.4 前後 7% 以下 400 年以上茨城県沖 M6.7~7.2 90% 以上約 21 年房総沖 ( 過去に大地震がなく評価不能 ) 三陸沖北部から房総沖の海溝寄り ( 津波地震 ) M8.2 前後 20% 程度 133 年程度地震調査研究推進本部より

15 東北地方太平洋沖の地震に関する従来からの課題東北地方太平洋沖ではプレート運動に比べ地震が足りないすべり量 [ 地震学的にわかっていたこと ] 地震によるすべりはプレート間相対運動の 2-3 割程度余効すべりを考慮地震時すべりのみを積算時間 [GPS 観測からわかったこと ] 地震前はほぼ固着余効すべりが大きい [ 考えられるシナリオ (Kanamori et al., 2006)] GPS で検知できないほどゆっくりしたすべりで解消超巨大スロー地震が発生超巨大地震が発生

16 東北地方太平洋沖地震特徴 1. 海溝付近で 50m 以上の巨大すべり海溝付近が強く固着三陸沖光ケーブル式海底地震津波観測システム ( 東京大学地震研究所 ) による津波データ解析結果推定滑り量分布 ( 単位 :m) 津波高さ [m] TM1 TM2 黒 : 観測データ赤 : モデル計算値津波データ釜石地震発生後の経過時間 [ 秒 ] 海底津波計 TM2 海底津波計 TM1 Maeda et al., 2011

17 東北地方太平洋沖地震本震時地殻変動 ( 陸域 ( 国土地理院 )+ 海域 ( 海上保安庁, 東北大学 )) 水平変位最大変位 ( 牡鹿 ) 水平 :5.4m 東に移動上下 :1.2m 沈降推定最大すべり量 28m 上下変位海溝付近の海底地形調査結果 (JAMSTEC) コンター : 単位 m

18 東北地方太平洋沖地震特徴 2.M7 級宮城県沖地震 (1978 年 ) 震源域でも 10m 近いすべり上盤プレート引きずり込み累積量 (m) (Satake, 2011) 37 年 1~2 m M7 級地震で滑り残っていた分を 1 度に解放するためには 700 年毎に巨大すべりが発生スーパーサイクルアスペリティモデルの見直し小アスペリティ ( 宮城県沖 ) 定常すべり強アスペリティ大すべり域強アスペリティの固着によって周囲の小アスペリティ破壊は制限を受ける強アスペリティが破壊するときには周囲を巻き込んで一気に大きなすべりを生じる小アスペリティでは同一場所で異なるすべり量のイベントが発生することになる

19 東北地方太平洋沖地震特徴 3. 深さ依存の破壊特性浅部 : 長周期成分に卓越した大すべり巨大津波を励起 ( 深部 ) 深部 : 高周波強震動生成過去の M7 地震震源域 ( 浅部 ) ここまでのまとめこれまでの先入観を覆す新たな地震像 (Furumura, (2014) 複合的多様性

20 低 b 値域と大すべり域非常に良く一致前兆的現象 :b 値変化 b 値時間変化と大地震発生東北沖地震 (2011) 巨大地震発生前に b 値低下しその後に回復スマトラ地震 (2004) Nanjo, Hirata, Obara, and Kasahara, GRL, 2012 十勝沖地震 (2003)

21 前兆的現象 : 前震とスロースリップ特徴 Z. スロースリップが巨大地震をトリガーした可能性 2 回の前震活動 (2 月中旬 3/9) とも M9 本震に向かって移動するスロースリップに伴って発生 Kato, Obara et al. (2012,Science) 海底圧力計で 2 回のスロースリップを検出 (2008 年,2011 年 ) スロースリップ域では本震時は通常の高速すべりが生じる複雑な摩擦特性 Ito et al. (2012)

22 NHK スペシャル MEGAQUAKE Ⅲ(2013 年 9 月 1 日 ) 謎の振動 = スロー地震 ( 番組中ではスロークエイク )

23 スロー地震とは? 通常の地震より揺れの卓越周期が長いまたは揺れを伴わず地殻変動だけを生じる地震通常の地震断層運動揺れの記録はやいスロー地震ゆっくり超スロー地震 ( スロースリップ ) とてもゆっくり

24 西南日本の多様なスロー地震南海トラフ近傍特徴的時間 (tc) 深部遷移領域観測機器 100day 長期的スロースリップイベント (SSE) (tc:0.5~5years) GPS 1day 短期的スロースリップイベント (SSE) (tc:2~5days) 傾斜計 / ひずみ計浅部超低周波地震 (tc:10sec) 1000sec 10sec 0.1sec 深部超低周波地震深部低周波微動 (tc:20sec) (tc:1.5~5hz) 長周期地震計短周期地震計我々のグループで発見した現象南海トラフ付加体長期的 SSE 短期的 SSE 深部超低周波地震深部低周波微動

25 深部低周波微動通常の地震通常の地震 =P 波 S 波が明瞭震源決定可能深部低周波微動 =P 波 S 波が不明瞭, 微弱振幅震源決定困難

26 深部低周波微動の特徴よく見るとわずかなズレが存在 = 微動源と観測点との距離の差新たな震源決定手法の開発波形記録エンベロープ ( 波形の輪郭をなぞったもの ) 振幅の2 乗平均隣接観測点間でエンベロープ形状が相似 TBEH KWBH

27 深部低周波微動の分布世界最初の深部低周波微動源分布 (2002 年 ) 深部低周波微動防災科研 Hi-net 観測点フィリピン海プレート内地震等深度線プレート境界付近の深さ 30km で発生 ( 巨大地震発生域深部 ) 東海地震東南海地震南海地震想定震源域 Obara (2002, Science)

28 微動に伴う短期的スロースリップイベント [SSE] の発見微動活動に同期して傾斜変化が複数観測点に出現短期的 SSE 傾斜変化 OOZH 5 日 UWAH 四国短期的 SSE の断層面微動活動逆断層のすべり Obara and Hirose (2006) 短期的 SSE= 微動を伴って数日間継続するスロースリップイベント長期的 SSE= 数ヶ月 ~ 数年継続するスロースリップイベント

29 GEONET GPS 1997 episode 豊後水道長期的 SSE 2010 年 SSE すべり分布深部低周波微動源 (2010/1/27-3/26) 2003 episode Hirose, Obara et al.(2010) 2010 episode 長期的 SSEの特徴短期的 SSE Mw 6.7~ ~6.0 すべり量 11~18 cm 1~2 cm 継続期間 0.5~1 年 ~1 週間再来間隔 6~7 年 0.5 年検出機器 GPS 傾斜計

30 超低周波地震西南日本に発生するスロー地震の時定数浅部 ( 南海トラフ近傍 ) 浅部超低周波地震 1000d 100d 10d 1d 0.1d 1000s 100s 10s 1s 0.1s 長期的 SSE (0.5~5years) 短期的 SSE (2~5days) 深部微動超低周波地震深部 ( 固着域深部遷移領域 )

31 深部超低周波地震長周期波動抽出フィルター震源から放射する方向に沿う振動成分の抽出コヒーレントな長周期波動検出に成功 Ito, Obara et al.(2007, Science)

32 深部超低周波地震長周期波動メカニズム = 逆断層型深さ = 30~40km 微動や短期的 SSEとも同期して発生これらのスロー地震がプレート境界現象である証拠 Ito, Obara et al.(2007, Science)

33 浅部超低周波地震浅部超低周波地震震央分布 ( ) Obara and Ito(2005) 南海トラフ

34 深部スロー地震 ( 間隔 : 約半年 ~10 年 ) ( 時定数 : 数日 ~ 数年 ) プレート境界での逆断層すべり巨大地震と同じメカニズムスロー地震と巨大地震南海トラフ巨大地震 ( 間隔 : 約 100~150 年 ) ( 時定数 : 数分 ) 浅部スロー地震海洋プレートの沈み込み

35 深部低周波微動発生域と巨大地震想定震源域西南日本 : 政府地震本部の評価 Cascadia: 日本の津波堆積物から推定された 1700 年の震源域横方向の広がりが一致西南日本巨大地震との類似性 Cascadia フィリピン海プレート

36 巨大地震の発生様式 : 繰り返し性と連動性図中の数字は地震の発生間隔 ( 年 ) 発生間隔や場所は必ずしも一定ではない発生様式の多様性 32 時間の差で連動 2 年の差で連動

深部スロー地震の発生様式 : 繰り返し性微動深部超低周波地震各セグメントで周期的に発生時空間的ゆらぎも大きい 6 8 6

37 深部スロー地震の発生様式 : 繰り返し性微動深部超低周波地震各セグメントで周期的に発生時空間的ゆらぎも大きい Obara et al.(2010) セグメントの広がり平均再来間隔 ( 月 )

38 深部スロー地震の発生様式 : 連動性伊勢湾を挟む連動非連動 NE 微動深部超低周波地震 2006/1 月通常愛知側と紀伊側は別々に半年毎に活動 Obara(2011) Kii SW 非連動紀伊東海への連動 2006 年 1 月と2009 年 5 月に伊勢湾を超えて紀伊側から愛知側に連続的に移動わずかに連動 Ito, Obara et al.(2007, Science) VLF earthquake Tremor Tilt

39 巨大地震とスロー地震の発生様式繰り返し性連動性の多様性やや規則的はあるがゆらぎが大きく多様サンプルが多ければ統計的に有意な経験則を提示し物理モデル構築につながる可能性巨大地震の発生間隔は 100 年以上と非常に長いスロー地震の利点巨大地震発生域との空間的類似性巨大地震発生様式との類似性 ( 繰り返し性連動性とその多様性 ) 巨大地震発生様式の理解の深化に役立つ可能性

40 スロー地震間の相互作用 (Hirose et al., 2010, Science) 3 種類のスロー地震が連動豊後水道長期的 SSE(GPS 変化 ) 深部低周波微動浅部超低周波地震長期的 SSE によるトリガリング南海地震震源域への影響? 定常的な下端側微動活発化した上端側微動長期的 SSE 推定震源域 1968 M7.5 破壊域浅部超低周波地震活発化した浅部超低周波地震

スロー地震すべり特性の時間変化 1997 2003 2010 (Hirose, Obara et al.

41 スロー地震すべり特性の時間変化 (Hirose, Obara et al., 2010, Science) SSE が南海トラフまで延伸する可能性 Dip 方向に連なるスロー地震群定常的な下端側微動活発化した上端側微動長期的 SSE 推定震源域 1968 M7.5 破壊域 1946 年南海地震の破壊をバリア? SSE 延伸域 1707 年宝永地震の津波波源と一致すべり特性が変化した可能性浅部超低周波地震活発化した浅部超低周波地震

42 スロー地震と巨大地震との関連性 ( シミュレーション ) 長期的短期的 SSEと巨大地震の再現実験 Matsuzawa, Obara et al.(2010) 結果 (2 次元断層モデル ) 長期的 SSE 巨大地震すべり速度弱化短期的 SSE すべり速度弱化 -> 強化すべり速度強化 5~10 年間隔の発生が再現. 巨大地震の発生に近づくと間隔が短くなる. 3~6 カ月間隔の発生が再現. 巨大地震の発生に近づくと間隔が短くなる.

43 大地震発生前後の微動活動変化 2004 年 Parkfield 地震 M6.0(San Andreas 断層 ) における観測事実直前に付近の微動活動が活発化 Nadeau and Guilhem(2009) 直前に微動移動パターンが変化 (Shelly, 2009) 通常時両方向 Parkfield 地震発生前 3 か月間南向き ( 震源から離れる方向 ) のみ

44 南海トラフ巨大地震との関係課題スロー地震域は高速破壊を食い止めるか? スロー地震域も高速破壊するか? 深部低周波微動域まで拡大最大規模 M9

45 まとめ ( スロー地震と巨大地震の関連性 ) スロー地震研究が巨大地震発生予測に貢献 (?) スロー地震と巨大地震の類似性横方向の広がりが一致セグメント毎の周期的活動連動的活動頻発するスロー地震の理解は類似する巨大地震発生様式の解明に貢献大地震発生予測モデルの検証としての活用性スロー地震が巨大地震をトリガーする可能性スロー地震間のトリガー作用の存在スロー地震域に隣接する巨大地震域への応力集中? 東北地震スロー地震が巨大地震切迫度を反映する可能性シミュレーションによる数値実験 San Andreas 断層における観測例スロー地震域と高速破壊との関係スロー地震域は高速破壊を食い止めるか? スロー地震域も高速破壊するか?

46 さいごに地震に対する理解の激変東北地方太平洋沖地震スロー地震すべりの多様性複合性今後に向けた取り組み質量ともに増加するデータを真摯に使い尽くす新たな現象の発見既知現象の見直し多様性の中から物理モデルを見出す予測の可能性

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