平成１７年度年次報告 （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
課題番号：２１０２
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）
（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), 557-561. 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), 545-549.
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), 429-433.
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：0957-62-6621 e-mail：matumoto@sevo.kyushu-u.ac.jp URL：http://www.sevo.kyushu-u.ac.jp/
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１．日奈久断層を横断するＧＰ Ｓ繰り返し測量の結果。2000-2006 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 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。
図４ 2005 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。
