地震時滑りと非地震性滑りの相補関係 - iisee

地震時滑りと非地震性滑りの相補関係
八 木 勇 治 1・ 菊 地 正 幸
2
1: 建 築 研 究 所 ・ 国 際 地 震 工 学 セ ン タ ー
2: 東 京 大 学 ・ 地 震 研 究 所
Partitioning between co-seismic slip and
a-seismic slip
Yuji Yagi 1 and Masayuki Kikuchi 2
1: International Institute of Seismology and Earthquake
Engineering, Building Research Institute
2: Earthquake Research Institute, University of Tokyo
(9月1日
地学雑誌に投稿)
1
Abstract:
Resent studies on relationship between sites for co-seismic slip
and a-seismic slip are reviewed. Through analysis of seismic
wave and Global Positioning System (GPS) data set, the sites for
co-seismic slip and a-seismic slip have been obtained in
Hyuga-nada and Sanriku region. Those studies show three
important results: (1) the sites for co-seismic slip, episodic
a-seismic slip, and continuous a-seismic slip do not overlap but
complementarily
share
the
plate
boundary:
(2)
after-slip
(post-seismic slip) may play an important role especially in the
triggering large earthquakes: (3) the depth range of a-seismic
slip may be controlled by not only a thermal effect but also some
other factors such as lateral heterogeneity of hydro-pressure and
surpentinization.
キーワード:
アスペリティ,地震時滑り,非地震性滑り
Key word: Asperity, Co-seismic slip, A-seismic slip
2
1.はじめに
地 震 と は ,地 殻 ま た は マ ン ト ル 内 に 蓄 積 し た 歪 み エ ネ ル ギ
ー を 瞬 時 に 解 放 す る 自 然 現 象 で あ る .近 年 の 研 究 に よ り ,地
震 時 の 応 力 解 放 過 程( 震 源 過 程 )が 一 様 で は な く ,強 い 不 均
一 性 を 持 つ 事 が 明 ら か に な っ て き た .な ぜ 震 源 過 程 は 複 雑 に
な る の で あ ろ う か ? こ の 問 い に 答 え る た め に は ,大 地 震 の 応
力 蓄 積 ・ 解 放 過 程 と ,そ の 場 の 不 均 質 構 造( 断 層 面 と そ の 近
傍 に お け る ,構 造 ,物 性 ,構 成 法 則 等 の 空 間 的 ば ら つ き )の
関係を明らかにすることが重要である.
沈 み 込 み 帯 で 発 生 す る プ レ ー ト 間 大 地 震 は ,練 り 返 し 間 隔
が 短 い た め ,多 く の 地 震 学 的・測 地 学 的 な デ ー タ が 蓄 積 さ れ
て い る .特 に 近 年 の 観 測 網 の 整 備 に 伴 い ,時 間・空 間 に 対 し
て ,分 解 能 の 高 い デ ー タ が 得 ら れ て い る .こ れ ら の デ ー タ を
使 用 し て ,プ レ ー ト 境 界 に お け る 滑 り の 運 動 学 的 な モ デ ル の
構 築 が 可 能 と な り つ つ あ る .こ の 運 動 学 的 な モ デ ル は ,大 地
震 の 応 力 蓄 積 ・ 解 放 過 程 を 理 解 す る 鍵 と な る .一 方 で ,構 造
探 査 や コ ア ボ ー リ ン グ 等 の 研 究 に よ り ,沈 み 込 み 帯 に お け る
不 均 質 構 造 が 明 ら か に な り つ つ あ る .今 後 ,プ レ ー ト 境 界 に
お け る 滑 り の 運 動 学 的 な モ デ ル と ,沈 み 込 み 帯 に お け る 不 均
質 構 造 に ど の よ う な 関 係 が あ り ,ど の よ う に 統 一 的 に 解 釈 で
きるかが重要になると考えられる.
本 論 説 で は ,大 地 震 の 応 力 蓄 積・解 放 過 程 を 理 解 す る 上 で
重 要 で あ る ,「 プ レ ー ト 境 界 で 発 生 す る 地 震 時 滑 り と 非 地 震
性 滑 り の 関 係 」に つ い て 整 理 す る .そ の 前 段 と し て ,近 年 の
観測網の整備に伴い明らかになってきた非定常な非地震性
滑りの性質について説明する.
2.非定常な非地震性滑り
沈 み 込 み 帯 に お け る プ レ ー ト 間 滑 り と し て ,地 震 時 の 動 的
な 滑 り( 地 震 時 滑 り )と 地 震 動 を 伴 わ な い 非 地 震 性 滑 り が あ
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る こ と が 指 摘 さ れ て き た ( 例 え ば , Lay et al., 1982; Peterson
and Seno, 1984). 近 年 の 時 間 分 解 能 の あ る 測 地 観 測 に よ り ,
沈み込み帯における非地震性滑りに揺らぎが存在すること
が 明 ら か に な っ て き た .例 え ば ,Kimata (1992)は ,東 海 地 域
において海洋プレートの沈み込み方向とほぼ平行な測線で
光 学 測 距 を 行 い ,プ レ ー ト の 沈 み 込 み に 伴 う 辺 長 変 化 は 一 定
速度で進行するのではなく時間的に揺らいでいることを指
摘している.
1990 年 代 に 入 り , Global Positioning System (GPS) 連 続 観
測 網 の 整 備 に 伴 い ,連 続 し た 地 殻 変 動 が ミ リ メ ー ト ル の 精 度
で 決 定 さ れ る よ う に な っ た ( 多 田 ・ 他 , 1997). こ の 高 精 度
か つ 連 続 し た 地 殻 変 動 デ ー タ よ り ,沈 み 込 み 帯 に お い て 非 地
震性滑りが時間変化することが明らかになった(例えば,
Heki et al., 1997; Hirose et al., 1999; Bürgmann et al., 2001;
Yagi et al., 2001; Dragert et al., 2001).非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り
の 時 定 数 は ,数 時 間 か ら 数 ヶ 月 で あ り ,通 常 の 地 震 の 時 定 数
( 秒 ス ケ ー ル )に 比 べ て 非 常 に 長 い .ま た ,ア セ ノ ス フ ェ ア
に お け る 粘 性 緩 和 の 時 定 数 で あ る 数 年 か ら 数 十 年 (Thatcher
et al., 1980)よ り 有 意 に 短 い .非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り に は ,地
震 に 伴 っ て 発 生 す る 場 合( 例 え ば ,Heki et al., 1997; Yagi et al.,
2001; Bürgmann et al., 2001) と , 独 立 し て 発 生 す る 場 合 ( 例
え ば , Hirose et al., 1999; Gao et al., 2000; Dragert et al., 2001)
がある.
地 震 に 伴 う 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は ,主 に 大 地 震 後 に 観 測
さ れ , 余 効 滑 り ( After-slip, Post-seismic slip) と 呼 ば れ て い
る ( 例 え ば , Scholz 1990). 余 効 滑 り は , 観 測 点 が 密 に 存 在
す る サ ン ア ン ド レ ア ス 断 層 沿 い で 数 多 く 観 測 さ れ て お り ,安
定滑り領域における地震後の応力緩和現象で説明されてい
る 場 合 が 多 い ( 例 え ば , Wesson, 1987; Marone et al., 1991;
Rilinger et al., 2000). 沈 み 込 み 帯 に お け る 余 効 滑 り が 十 分 に
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時 間 分 解 能 の あ る GPS 観 測 網 で 観 測 さ れ た の は , 1994 年 三
陸 は る か 沖 地 震 が 初 め て で あ る .こ の 余 効 滑 り は 1 年 間 で モ
ー メ ン ト マ グ ニ チ ュ ー ド( Mw)に し て 7.7 の モ ー メ ン ト を 解
放 し て い る ( Heki et al., 1997). こ の よ う に 短 期 間 で M7 ク
ラ ス の 地 震 モ ー メ ン ト を 解 放 す る 余 効 滑 り は , 1996 年 の 日
向 灘 地 震 や 1997 年 の カ ム チ ャ ツ カ 地 震 の 際 に も 観 測 さ れ て
い る( Yagi et al., 2001, Bürgmann et al., 2001).余 効 滑 り に 対
し て ,地 震 前 に 観 測 さ れ る 滑 り は プ レ ス リ ッ プ と 呼 ば れ て お
り ,地 震 予 知 の 鍵 に な る と 注 目 さ れ て い る (例 え ば ,Linde et
al, 1996). し か し , そ の 特 徴 を 定 量 的 に 明 ら か に し た ケ ー ス
は少ない.
沈み込み帯における地震活動と独立に発生する非定常な
非 地 震 性 滑 り は ,東 京 湾( 広 瀬・他 ,2000),房 総 半 島 沖( 多
田 ・ 他 ,1997; 原 田 ・ 他 ,2000),日 向 灘( Hirose et al., 1999;
Ozawa et al., 2001; Yagi and Kikuchi, 2003), カ ス ケ ー ド 地 域
( Dragert et al., 2001), 南 海 道 地 域 ( 藤 井 ・ 他 , 2001) な ど
多 く の 場 所 で 観 測 さ れ て お り ,「 ゆ っ く り 地 震 」,「 間 欠 的 な
ゆっくり滑り」等の様々な名前で呼ばれている(例えば,
Kawasaki et al., 1995). こ れ ら の 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は ,
い ず れ も プ レ ー ト 境 界 面 で 発 生 し て い る と 考 え ら れ る .規 模
は Mw 5∼ 7 で あ り ,時 定 数 は 数 時 間 ∼ 数 ヶ 月 程 度 で あ る .カ
ス ケ ー ド で 発 生 し た 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り で は ,滑 り 領 域 が
時 間 と 共 に 移 動 す る こ と が 指 摘 さ れ て い る ( Dragert et al.,
2001).
3.プレート間における地震地滑りと非地震性滑り
前 節 で 述 べ た よ う に ,沈 み 込 み 帯 に お け る 大 規 模 な 非 定 常
な 非 地 震 性 滑 り は ,M 7 ク ラ ス の モ ー メ ン ト を 解 放 す る こ と ,
滑 り 領 域 が 時 間 変 化 す る こ と が 指 摘 さ れ て き た .こ の よ う な
3
非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は ,地 震 発 生 領 域 に お け る 応 力 の 再 配
分 を も た ら す .従 っ て ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り と そ の 近 傍 に
お け る 地 震 活 動 の 関 係 を 理 解 す る こ と は ,今 後 の 地 震 活 動 を
予測する上で重要である.
地震時滑り領域と非定常な非地震性滑り領域の関係とし
て 二 つ の モ デ ル が 考 え ら れ て き た .一 つ は ,地 震 時 滑 り 領 域
と 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 が 重 な っ て い る 場 合 ,も う 一 つ
は ,地 震 時 滑 り 領 域 と 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 が 空 間 的 に
相 補 的 な 関 係 に あ る 場 合 で あ る .二 つ の モ デ ル の い ず れ か を
選 択 す る こ と で ,大 地 震 の 応 力 蓄 積 過 程 の 解 釈 は 大 き く 異 な
る .前 者 の 場 合 に は ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り が 地 震 時 滑 り 領
域 の 応 力 を 解 放 す る .後 者 の 場 合 で は ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑
り に よ り 地 震 時 滑 り 領 域 に 応 力 が 付 加 さ れ る .従 っ て ,仮 想
震 源 領 域 が ど の よ う な 状 態 に あ る の か 理 解 す る 上 で ,両 者 の
関 係 を 明 ら か に す る こ と は 重 要 で あ る .こ の 問 題 に 答 え を 出
す た め に は ,大 地 震 の 地 震 時 滑 り 分 布 と ,非 定 常 な 非 地 震 性
滑り分布を比較することがもっとも直接的である.
大 中 規 模 の プ レ ー ト 間 地 震 の 活 動 が 活 発 で ,非 定 常 な 非 地
震 性 滑 り が 観 測 さ れ て い る 地 域 と し て ,日 向 灘 と 三 陸 沖 が あ
る .同 地 域 で 発 生 し た 地 震 は ,ア メ リ カ に よ っ て 設 置 さ れ た
世 界 標 準 地 震 計 観 測 網 ( WWSSN: World-Wide Standardized
Seismograph Network), 日 本 の 気 象 庁 が 設 置 し た 低 倍 率 の 強
震 計 観 測 網 等 に よ っ て 観 測 さ れ て お り ,長 期 間 の 地 震 波 形 デ
ータが保存されている.これらの記録は大地震の破壊過程
( 震 源 過 程 )の 情 報 を 有 し て お り ,最 新 の 震 源 イ ン バ ー ジ ョ
ン法を適用することにより,2 世代に渡る大地震の震源過程
を 求 め る こ と が 可 能 と な っ て い る .こ の 2 つ の 地 域 を テ ス ト
フ ィ ー ル ド に し て ,地 震 時 滑 り と 非 地 震 性 滑 り の 関 係 に つ い
て,我々の研究成果をもとに整理する.
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3−1.相補的滑り特性分布
日向灘で発生した規模の大きなプレート間地震の地震時
滑 り 分 布 は ,近 地 強 震 動 計 や 遠 地 実 体 波 等 の 地 震 波 形 を 使 用
し て 求 め ら れ て い る ( 八 木 ・ 他 , 1998; Yagi et al., 1999). ま
た , 1996 年 の 日 向 灘 地 震 に 伴 う 余 効 滑 り 分 布 と , 1996 年 か
ら 1997 年 に か け て 豊 後 水 道 近 傍 で 発 生 し た 非 定 常 な 非 地 震
性 滑 り と 定 常 的 な 滑 り に つ い て は ,国 土 地 理 院 の G P S 観 測
網 を 使 用 し て 決 定 さ れ て い る ( Yagi et al., 2001, Yagi and
Kikuchi, 2003). こ れ ら の 研 究 で 得 ら れ た 結 果 を 図 1 に ま と
め る .こ こ で 便 宜 上 ,地 震 時 滑 り 分 布 の 最 大 値 の 半 値 幅 を 地
震 時 滑 り の 大 き な 領 域( ア ス ペ リ テ ィ )と 定 義 す る .図 1 よ
り 大 地 震 の ア ス ペ リ テ ィ は 常 に 固 着 し て お り ,大 地 震 の ア ス
ペ リ テ ィ・非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域・定 常 的 な 滑 り 領 域 は
互いに相補的な関係にある事が分かる.
三 陸 沖 で は , 1930 年 代 か ら の 大 地 震 の 滑 り 量 分 布 が 気 象
庁の低倍率の強震計記録を使用して決定されている
( Yamanaka and Kikuchi, 2003). し か し , 昔 の 記 録 に な れ ば
な る ほ ど 使 用 で き る 地 震 波 形 記 録 の 質 と 量 が 落 ち る 上 に ,プ
レート境界で発生する地震は陸側の観測点網から遠い領域
で 発 生 し て い る た め に ,滑 り 分 布 の 詳 細 に つ い て 議 論 す る こ
と は 困 難 で あ る .し か し ,大 ま か な す べ り 量 分 布 の パ タ ー ン
はそれほど現実とかけ離れていないと考えられる.彼らは,
こ れ ら の 結 果 よ り ,ア ス ペ リ テ ィ の い く つ か は こ こ 100 年 の
間 に 練 り 返 し 滑 っ て い る 事 を 指 摘 し て い る .一 方 で ,Yagi et
al. (2003) は ,国 土 地 理 院 の GPS 観 測 網 に よ っ て 得 ら れ た 記
録に地震時変動と地震後変動を分離する手法を適用して,
1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 に 伴 う 余 効 滑 り 分 布 を 求 め て い る .
Yamanaka and Kikuchi( 2003) で 得 ら れ た 結 果 と Yagi et al.,
(2003) で 得 ら れ た 結 果 を 比 較 す る と ,ア ス ペ リ テ ィ と 余 効 滑
り は 互 い に 相 補 的 な 関 係 に あ り ,日 向 灘 で 得 ら れ る 結 果 と 一
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致 す る ( 図 2 ).
以 上 を ま と め る と ,ア ス ペ リ テ ィ・非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り
領域・定常的な滑り領域は,それぞれ相補的な関係にある.
以下これらの相補的な分布のことを,
「相補的滑り特性分布」
と 呼 ぶ .地 震 時 滑 り 領 域 は 動 的 な 不 安 定 破 壊 を 起 こ す 滑 り 特
性 ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 は 静 的 に 不 安 定 破 壊 を 起 こ す
滑 り 特 性 ,定 常 的 な 滑 り 領 域 は 安 定 滑 り を 起 こ す 滑 り 特 性 を
持 つ .動 的 な 不 安 定 破 壊 は 滑 り 速 度 弱 化 の 領 域 で 発 生 し ,安
定 滑 り は 滑 り 速 度 強 化 の 領 域 で 発 生 す る .し か し ,静 的 な 不
安定破壊がどのような領域で発生するのかについては必ず
しも明らかになっていない.
Scholz et al. (1972) は 岩 石 実 験 よ り , 安 定 滑 り か ら 不 安 定
滑りへと遷移する条件下で非定常な非地震性滑りが発生す
る こ と を 指 摘 し て い る . 以 下 こ の 遷 移 領 域 の こ と を ,「 不 安
定 ―安 定 滑 り 遷 移 領 域 」 と 呼 ぶ . 加 藤 ・ 平 澤 ( 1999)は 数 値
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り ,滑 り 速 度 弱 化 の 領 域 と 滑 り 速 度 強
化の領域が不均一に分布する場合に非定常な非地震性滑り
が発生する可能性を指摘している.このことを考慮すると,
非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は 不 安 定 ―安 定 滑 り 遷 移 領 域 で 発 生
す る と 考 え ら れ る .今 後 ,岩 石 実 験 や シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ
り ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 特 性 を 支 配 す る 具 体 的 な 構 成 則 パ
ラメターが明らかになることが期待される.
3−2,深さ分布
プ レ ー ト 間 大 地 震 の 地 震 時 滑 り 領 域 と ,非 地 震 性 滑 り 領 域
の 深 さ 分 布 に つ い て 議 論 す る .大 地 震 の 発 生 領 域 は ,日 向 灘
で , 10 ∼ 20km( 図 1 ) で あ る の に 対 し て , 三 陸 沖 で は , 10
∼ 50km( 図 3 ) と 深 い 領 域 で も 発 生 し て い る . 一 般 に , 地
震滑りが発生する深さ下限は温度と強い関係があることが
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知 ら れ て い る . 石 英 や 長 石 が 塑 性 変 形 を 起 こ す 温 度 300 ∼
400° 以 上 の 温 度 条 件 で は , 安 定 滑 り に よ り 歪 み を 解 放 す る
( Brace and Byerlee, 1970; Tse and Rice, 1986; Hyndman and
Wang, 1993; Tichelaar and Ruff, 1993).従 っ て ,日 向 灘 と 三 陸
沖 に お け る プ レ ー ト 間 地 震 の 深 さ 下 限 の 違 い は ,日 向 灘 で は
沈 み 込 む プ レ ー ト の 温 度 が 高 く ,三 陸 沖 で は 温 度 が 低 い こ と
で 説 明 で き る .こ の 解 釈 は ,シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら 求 ま っ て
い る プ レ ー ト 境 界 面 の 温 度 分 布 の 結 果 ( Peacock and Wang,
1999) と 一 致 す る .
非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 の 深 さ は ,日 向 灘 で 15∼ 40km,
三 陸 沖 で 20∼ 50km の 範 囲 で あ る . 三 陸 沖 の 方 が や や 深 い 範
囲 で 発 生 し て い る が ,ほ ぼ 一 致 す る .従 来 の 研 究 に よ り ,非
定 常 な 非 地 震 性 滑 り は 温 度 の 上 昇 に 伴 う 不 安 定 ―安 定 滑 り
遷移領域で発生している可能性が指摘されている(例えば,
Dragert et al., 2001). Hydoman et al. (1997) は , 熱 流 量 の プ
ロ フ ァ イ ル か ら ,日 向 灘 の 北 側 に 位 置 す る 南 海 ト ラ フ に お け
る プ レ ー ト 境 界 面 温 度 分 布 を 求 め た . 彼 ら は , 深 さ 25km に
お け る 温 度 は 350°,深 さ 35km の お け る 温 度 は 450°に 達 し て
お り , 深 さ 約 25∼ 35km の 範 囲 で 不 安 定 滑 り か ら 安 定 滑 り へ
の 遷 移 し て い る と の 結 論 を 得 た .こ こ で 作 業 仮 説 と し て ,温
度は水平方向に大きく変化しないとする.大局的に見ると,
非定常な非地震性滑りは不安定−安定滑り遷移領域である
深 さ 20∼ 40km の 範 囲 に 集 中 し て 発 生 し て い る . し か し 細 か
く 見 る と ,足 摺 岬 近 傍 に お け る 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は 深 さ
15km ま で 発 生 し て お り , 温 度 に よ る 不 安 定 ―安 定 滑 り 遷 移
の み で 説 明 す る こ と は 困 難 で あ る .さ ら に ,三 陸 沖 に 注 目 す
る と ,深 さ 50km に お け る 温 度 は 200°程 度 で あ り( Peacock and
Wang, 1999), 温 度 の 上 昇 に 伴 う 遷 移 で は 説 明 で き な い .
低 い 温 度 で 不 安 定 − 安 定 滑 り 遷 移 が 起 こ る 原 因 と し て ,低
温でも安定滑りを促進する岩石がプレート境界面に存在す
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る こ と が 考 え ら れ る .三 陸 沖 で は ,精 力 的 に 構 造 探 査 の 研 究
が 行 わ れ て お り ,マ ン ト ル ウ ェ ッ ジ ま で の 速 度 構 造 が 決 定 さ
れ て い る .そ れ に よ る と ,震 源 領 域 に お け る マ ン ト ル ウ ェ ッ
ジ の 上 面 の 深 さ は 20km で あ る( 例 え ば ,Takahashi et al.,2000).
三 陸 沖 に お け る 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 の 深 さ は 20 ∼
50km の 範 囲 で あ り , マ ン ト ル ウ ェ ッ ジ の 上 面 よ り 深 い 領 域
域 に 位 置 す る .マ ン ト ル ウ ェ ッ ジ で は ,海 洋 プ レ ー ト に よ り
運ばれた水がマントルと反応して蛇紋岩化している可能性
が 多 く の 研 究 者 に よ っ て 指 摘 さ れ て い る( 例 え ば ,Hyndman
et al., 1997; Olsekevich et al., 1999, Kamiya and Kobayashi,
2000). 蛇 紋 岩 は , 安 定 滑 り を 促 進 す る 効 果 を 持 つ こ と が 知
ら れ て い る( 例 え ば ,Moore et al., 1997).非 定 常 な 非 地 震 性
滑 り は ,蛇 紋 岩 化 に 伴 う 不 安 定 滑 り − 安 定 滑 り 遷 移 帯 で 発 生
し て い る 可 能 性 が あ る .し か し ,同 じ 深 さ で あ り な が ら 別 の
場 所 で は 地 震 時 滑 り が 発 生 す る こ と を 考 え る と ,水 平 方 向 に
不 均 一 に 蛇 紋 岩 化 す る 必 要 が あ る .実 際 に そ の よ う な 不 均 一
が 存 在 す る の か ど う か は ,本 研 究 の 結 果 の み か ら 判 断 す る こ
と が で き な い .今 後 の 構 造 探 査 等 の 研 究 に よ り ,プ レ ー ト 境
界面の物性の違いについて明らかになることが期待される.
3−3,非地震性滑りと地震活動との関係
非地震性滑りと震源過程との関係
非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り は ,プ レ ー ト 間 地 震 の 地 震 時 滑 り が
発 生 す る 深 さ に お い て も 発 生 し て い る .こ の こ と は ,大 地 震
の震源過程の多様性を考える上で重要と考えられる.特に,
三 陸 沖 で は ,M8 ク ラ ス の 地 震 と M7.5 ク ラ ス の 地 震 が 発 生 し
て お り ,両 者 が ど の よ う な 関 係 に あ る の か 明 ら か に す る こ と
は 重 要 で あ る .永 井 ・ 他( 2001)は ,遠 地 実 体 波 記 録 と 近 地
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強 震 計 記 録 を 同 時 に 使 用 し て 1968 年 十 勝 沖 地 震 と 1994 年 三
陸 は る か 沖 地 震 の 地 震 時 滑 り の 時 空 間 分 布 を 求 め て い る .一
般 に ,遠 地 実 体 波 は 近 地 強 震 動 に 比 べ て ,地 下 構 造 の 影 響 に
あ ま り 左 右 さ れ な い の で ,震 源 全 体 の モ ー メ ン ト 解 放 履 歴 や
モ ー メ ン ト 解 放 領 域 の 深 さ を 決 定 す る の に 優 れ て い る .こ れ
に 対 し て 近 地 強 震 計 記 録 は ,観 測 点 近 傍 に お け る 断 層 の 動 き
の 詳 細 な 情 報 を 有 し て お り ,時 空 間 分 解 能 が 高 い .両 者 を 同
時 に 使 用 す る こ と に よ り ,安 定 か つ 詳 細 な 震 源 過 程 の 推 定 が
可 能 と な る . 永 井 ・ 他 ( 2001) に よ っ て 得 ら れ た 1968 年 十
勝 沖 地 震 と 1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 の 地 震 時 滑 り 分 布 と ,
1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 の 余 効 滑 り 分 布 ( Yagi et al., 2003)
の 比 較 を 図 3 に 示 す . 1968 年 十 勝 沖 地 震 は , 二 つ の ア ス ペ
リ テ ィ か ら 構 成 さ れ て お り ,こ の 二 つ の ア ス ペ リ テ ィ の 間 に
余 効 滑 り 領 域 が 位 置 す る .こ の こ と は ,余 効 滑 り 領 域 は 大 地
震 の 動 的 な 破 壊 伝 搬 を 妨 げ て お り ,地 震 時 滑 り 量 分 布 が 不 均
一 に な る 原 因 の 一 つ で あ る こ と を 意 味 す る .非 地 震 性 滑 り 領
域 に よ っ て 二 つ の 大 き な ア ス ペ リ テ ィ が 分 離 し て お り ,二 つ
の ア ス ペ リ テ ィ が 同 時 に 破 壊 す る と き は M8 ク ラ ス の 地 震 が
発 生 し , 一 つ の ア ス ペ リ テ ィ が 破 壊 す る と き に は M7.5 ク ラ
スの地震が発生することが推定される.
非定常な非地震性滑りと地震活動との関係
Yagi et al., (2001) は , 1996 年 12 月 の 日 向 灘 地 震 は , 同 年
10 月 の 地 震 の 余 効 滑 り 領 域 の 縁 で 発 生 し て い る こ と を 指 摘
し て い る ( 図 4 ). こ の こ と は , 余 効 滑 り に よ っ て , 12 月 の
地 震 が 誘 発 さ れ た こ と を 意 味 す る . 同 様 の 現 象 が , 1994 年
三 陸 は る か 沖 地 震 の 時 に も 見 ら れ る ( Yagi et al., 2003). 最
大 余 震 ( Mw 6.8) は 1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 の 余 効 滑 り 域
の 縁 で 発 生 し て い る ( 図 3 ). こ の こ と は , 日 向 灘 同 様 , 余
効 滑 り に よ っ て ,最 大 余 震 が 誘 発 さ れ た こ と を 意 味 す る .余
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効 滑 り は ,数 日 ∼ 数 ヶ 月 程 度 の 時 定 数 で 周 辺 の ア ス ペ リ テ ィ
上 に お け る 剪 断 応 力 の 増 加 を も た ら す .従 っ て ,余 効 滑 り に
よ る 時 定 数 の 長 い 応 力 変 化 は ,地 震 発 生 後 の 地 震 活 動 を 理 解
す る 上 で 重 要 で あ る .ま た ,あ ら か じ め 非 地 震 性 滑 り 分 布 を
明 ら か に す る こ と が で き れ ば ,将 来 発 生 す る 大 地 震 の 震 源 過
程 モ デ ル の 構 築 が 可 能 と な る .そ れ ぞ れ の 領 域 が 相 補 的 で あ
る た め ,非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域 が 応 力 を 解 放 す る と 地 震
時滑り領域で応力が付加されると言った応力の再配分によ
る 相 互 作 用 が 存 在 す る .将 来 発 生 す る プ レ ー ト 間 大 地 震 の 震
源領域近傍におけるプレート間滑りをモニターすることに
よ り ,地 震 の 規 模 ,発 生 確 率 を 定 量 的 に 評 価 で き る 可 能 性 が
ある.
地震カップリング率について
地 震 カ ッ プ リ ン グ 率 は ,実 際 の 地 震 で 解 放 さ れ た モ ー メ ン
ト 量 を ,プ レ ー ト 間 地 震 の 発 生 領 域 と プ レ ー ト の 収 束 速 度 か
ら 推 定 さ れ る モ ー メ ン ト 量 で 割 っ た 値 で あ り ,こ の 値 は ,地
域 に よ っ て ,大 き く 異 な る( 例 え ば ,Peterson and Seno, 1984;
Pacheco et al., 1993).
三陸沖の地震カップリング率の研究は多くの研究者によ
っ て 求 め ら れ て お り ,そ の 値 は ,約 20∼ 30%程 度 で あ る こ と
が 報 告 さ れ て き た ( Peterson and Seno, 1984; Pacheco et al.,
1993). 永 井 ・ 他 ( 2001) は , ア ス ペ リ テ ィ で は 局 所 的 な 地
震 カ ッ プ リ ン グ 率 は ほ ぼ 100%で あ る こ と を 指 摘 し て い る .
本 論 説 に お い て ,プ レ ー ト 間 地 震 の 発 生 領 域 に お い て ,相 補
的 滑 り 特 性 分 布 に な る こ と を 示 し た .過 去 に 非 定 常 な 非 地 震
性滑り領域と定常的な滑り領域で大地震が発生した記録は
な く , こ れ ら の 領 域 で は 局 所 的 な 地 震 カ ッ プ リ ン グ 率 が 0%
であることが考えられる.
Igarashi et al.( 2003) は 微 小 地 震 の 相 似 地 震 を 調 べ , 1994
10
年三陸はるか沖地震後に相似地震の繰り返し周期が短くな
っ て い る 小 領 域( パ ッ チ )が あ る こ と を 指 摘 し た .こ の パ ッ
チ は , 本 研 究 の 余 効 滑 り 領 域 の 中 に 含 ま れ る ( 図 3 ). こ の
パ ッ チ で 発 生 す る 相 似 地 震 の 規 模 は ,気 象 庁 マ グ ニ チ ュ ー ド
( M J M A ) に し て 3.1 ∼ 3.8 程 度 で あ り ,余 効 滑 り の 規 模( Mw
7.5 以 上 ) と 比 較 す る と 十 分 に 小 さ い . 彼 ら は , 地 震 モ ー メ
ン ト と 滑 り 量 の ス ケ ー リ ン グ 則 ( Nedeau and Johnson, 1998)
か ら ,パ ッ チ に お け る 滑 り 量 を 求 め た .そ の 結 果 ,パ ッ チ で
は 100 日 間 の 間 に 3 回 の 地 震 が 発 生 し て お り ,合 計 の 滑 り 量
を 0.62 [m] と 見 積 も っ た . 余 効 滑 り 分 布 か ら 推 定 さ れ る パ
ッ チ 上 の 滑 り 量 は 約 0.7 [m] と な り , 調 和 的 で あ る ( Yagi et
al., 2003).こ の こ と は ,相 似 地 震 を 発 生 す る パ ッ チ で は ,局
所 的 な 地 震 カ ッ プ リ ン グ 率 が 100%と 言 う こ と を 意 味 す る .
小 地 震 の 断 層 面 積 の ス ケ ー ル に お い て も ,相 補 的 滑 り 特 性 分
布となる.
4.まとめと今後の展望
本 論 説 で は ,日 向 灘 と 三 陸 沖 に お け る 地 震 時 滑 り 領 域 ,非
地 震 性 滑 り 領 域 の 関 係 に つ い て 整 理 し た .そ の 過 程 で ,我 々
が注目した結果は以下の通りである.
1)
ア ス ペ リ テ ィ・非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り・定 常 的 な 滑 り
領域は相補的な関係にある.
2)
余 効 滑 り は ,周 辺 の 地 震 発 生 領 域 に 応 力 の 再 配 分 を も
たらし,大中地震を誘発する.
3)
非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り の 深 さ 範 囲 は ,温 度 の 効 果 の み
では説明できず,蛇紋岩化等の物性の変化を考える必要
がある.
ま ず ,1 )は ,ア ス ペ リ テ ィ ・ 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り ・ 定 常
的 な 滑 り 領 域 が ,そ れ ぞ れ の 場 所 ご と 固 有 の 滑 り 特 性 を 持 つ
11
こ と を 示 唆 す る .こ れ は ,将 来 の 地 震 の 震 源 過 程 を 予 測 す る
上 で 重 要 で あ る .ア ス ペ リ テ ィ 分 布 が 明 ら か に な れ ば ,よ り
精 度 の 高 い 強 震 動 予 測 が 可 能 と な る .2 )に つ い て は ,複 雑
な 余 震 活 動 を 理 解 す る 上 で 重 要 な 鍵 と な る .つ ま り ,大 地 震
後 の 地 震 活 動 は ,地 震 時 す べ り に よ る ス テ ッ プ 状 の 静 的 な 応
力 変 化 の み で は な く ,地 震 後 の 余 効 滑 り に よ る 応 力 変 化 の 影
響 を 受 け る .3 )は ,沈 み 込 み 帯 に お け る 地 震 活 動 を 理 解 す
る た め に は ,プ レ ー ト 境 界 に お け る 不 均 一 性( 断 層 面 と そ の
近 傍 に お け る ,構 造 ,物 性 ,構 成 法 則 等 の ば ら つ き )が 重 要
で あ る 事 を 意 味 す る .今 後 ,プ レ ー ト 境 界 面 に お け る 運 動 力
学 的 な モ デ ル と ,プ レ ー ト 境 界 面 に お け る 不 均 一 性 と の 関 係
の解明が重要となってくる.
沈 み 込 み 帯 に お け る 地 震 活 動 を 解 明 し て い く た め に は ,地
震 波 解 析・地 殻 変 動 解 析・構 造 探 査・室 内 実 験 及 び シ ミ ュ レ
ー シ ョ ン を 含 む 理 論 研 究 の 共 同 作 業 が 必 要 で あ る .地 震 波 解
析・地 殻 変 動 解 析 の 立 場 か ら は ,地 震 波 形・ 地 殻 変 動 の ど ち
らのデータも満足しうる統一的なプレート境界面における
運 動 学 的 な モ デ ル の 構 築 が 重 要 と な っ て く る .運 動 学 的 な モ
デ ル の 構 築 す る に あ た り ,非 地 震 性 滑 り の 分 解 能 を あ げ る 事
が 重 要 で あ る .現 在 ,相 似 地 震 を 使 用 し た プ レ ー ト 間 滑 り の
モニターリングが可能となってきている.これらの情報と,
GPS 観 測 網 の デ ー タ を 同 時 に 使 用 し て ,よ り 高 分 解 能 な 非 地
震性滑りの時空間分布を求める事が可能であろう.
12
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17
図の説明
図 1 , 八 木 ・ 他 ( 1998), Yagi et al., (1999) に よ っ て 決 定 さ
れ た 1968 年 か ら 日 向 灘 で 発 生 し た Mw 6.5 以 上 の プ レ ー ト 間
地 震 の 地 震 時 滑 り 領 域( 赤 線 ),と Yagi et al. (2001), Yagi and
Kikuchi (2003) で 得 ら れ た 非 定 常 な 非 地 震 性 滑 り 領 域( 青 線 ),
定 常 的 な 滑 り 領 域( 緑 線 )の 比 較 .等 深 度 線 は 黒 線 で 示 し て
い る .地 震 時 滑 り に つ い て は ,最 大 滑 り 量 の 半 値 幅 を 塗 り つ
ぶしてある.
Figure 1, Sites for co-seismic slip (red), episodic a-seismic slip
(blue), and continuous a-seismic slip (green) which are obtained
by Yagi et al., (1998; 1999; 2001) and Yagi and Kikuchi (2003).
図 2 , Yamanaka and Kikuchi (2003) に よ っ て 推 定 さ れ た 1930
年から東北地方太平洋側の地震のアスペリティ分布(灰色)
と 本 研 究 で 求 め ら れ た 1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 の 地 震 後 滑
り 領 域( 黒 線 )の 比 較 .最 大 滑 り 量 の 半 値 幅 を 塗 り つ ぶ し て
ある.
Figure 2, Comparison of the area of after-slip (blue line)
associated with the 1994 Sanriku-haruka-oki earthquake and that
of co-seismic slip (gray line) associated with past large
earthquakes from 1930 to 2000 (Yamanaka and Kikuchi, 2001).
図 3 , 永 井 ・ 他 ( 2001) に よ っ て 推 定 さ れ た 1968 年 十 勝 沖
地 震 ( 赤 線 ) と 1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 ( 青 線 ) の モ ー メ
ン ト 解 放 分 布 , 本 研 究 で 得 ら れ た 1994 年 三 陸 は る か 沖 の 地
震 後 滑 り 分 布( 緑 線 )を 示 し て い る .地 震 時 滑 り 分 布 の コ ン
タ ー 間 隔 は , 3×1016( Nm). 等 深 度 線 は 点 線 で 示 し て い る .
18
1994 年 三 陸 は る か 沖 地 震 の 最 大 余 震 を 黄 色 星 印 で , Igarashi
et al. (2003)に よ っ て 同 定 さ れ た 相 似 地 震 を 四 角 で 示 し て い
る.
Figure 3, Comparison of the sites for after-slip (blue line)
associated with the 1994 Sanriku-haruka-oki earthquake and the
moment release (After Nagai et al., 2001). Red line indicate the
moment release of the 1968 Tokachi-oki earthquake and green
line indicate moment release of the 1994 Sanriku-haruka-oki
earthquake. Yellow star and square denote the largest aftershocks
of the 1994 Sanriku-haruka-oki earthquake and the small
repeating earthquake identified by Igarashi et al. (2003).
図 4 , 1996 年 10 月 の 日 向 灘 地 震 の 地 震 時 滑 り 分 布 ( 青 線 )
と 余 効 滑 り 分 布 ( 空 色 線 ), 1996 年 12 月 の 日 向 灘 地 震 の 地
震 時 滑 り 分 布 ( 赤 線 ) と 余 効 滑 り 分 布 ( 橙 線 ) の 比 較 ( Yagi
et al., 2001).
Figure 4, Blue and sky blue contours denote the co-seismic slip
and the after-slip, respectively, of the 1996 October Hyuga-nada
earthquake. Red and orange contours denote the co-seismic slip
and
the
after-slip,
respectively,
of
the
1996
December
Hyuga-nada earthquake, which are determined by Yagi et al.,
2001.
19
Episodic a-seismic Slip
(1996-1997)
km
km
20
km
60
After-slip of
1996 Oct. Eq.
40
15
After-slip of
1996 Dec. Eq.
km
25
The 1968 Hyuga-nada
Earthquake (Mw 7.5)
1996 Dec. Eq. (Mw 6.7)
1970 Jul. Eq. (Mw 6.8)
1996 Oct. Eq. (Mw 6.8)
Figure 1
After-slip (100 day) associated with
the 1994 Sanriku-haruka-oki earthquake
Figure 2
The small repeating earthquake
The largest aftershock
associated with 1994/12/28
1968/5/16
20k m
30 km
60 km
50 km
40 km
70 km
1994/12/28
Figure 3
Figure 4