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 15:00~15:45
@京王プラザホテル札幌プラザホール
「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
講演内容
東北地方太平洋沖地震
スロー地震
それまでの地震観
新たな地震像
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
地震とは？
(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)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断層の急激なすべりによる地中の「ひずみ」解放現象
東北沖
太平洋プレートが陸のプレートの下に沈み込む
プレート境界海溝型地震
http://www.bosai.go.jp/news/oshirase/20110323_01.pdf東北地方太平洋沖地震は
プレート境界型地震の典型
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→津波南海トラフ 日本海溝（東北沖） 伊豆小笠原海溝
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.pdf 海洋プレート の沈み込み 上盤プレートの 引きずり込み大 上盤プレートの 引きずり込み中 上盤プレートの 引きずり込み小 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 強 若い ・ 低角 非活発 M8~9 中 古い ・ やや 低角 活発 M7~8 弱 古い ・ 高角 活発 ~M7日本列島は世界的にも地震活動が活発
基盤的観測網
防災科学技術研究所地震観測網 国土地理院GEONET 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 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陸のプレート くっついている 引きずり込まれる
プレート境界固着の証拠
http://mekira.gsi.go.jp/JAPANESE/crstanime9604 9912v.html 国土地理院GEONET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
引きずり込みが大きい
固着が強い領域
M7地震発生
海洋プレート 沈み込み 上盤プレートが 引きずり込まれる (Suwa et al., 2006) （1997-2001の国土地理院GPSデータ使用） 2005 2003 コンター間隔： 2cm/yr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
Yamanaka and Kikuchi (2004)
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 コンター間隔：0.5m 余震 破壊開始点 アスペリティ 地震性 すべり域
アスペリティモデル（概念図）
海洋プレート の沈み込み 定常すべり 定常すべり 周囲は地震を起こさず に定常的にゆっくり すべる 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 アスペリティのみが固着して いるため応力集中する 定常すべり域の応力 は常に解放されているプレート境界
＝ 固着域（アスペリティ） ＋ 定常すべり域
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まわりに大地震なし
アスペリティモデル（繰り返し地震）
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 定期的に破壊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 ◎観測される波形が相似 発生場所・発震機構が全く同じ http://www.aob.gp.tohoku.ac.jp/zisin/images/s1-2.jpg±
1年程度で次の地震発生
予測が可能
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 1800 1900 2000 7 8 9 37.1年間隔 マ グニ チ ュ ード
東北地方太平洋沖の地震に関する評価（
2011以前）
宮城県沖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 時間 地震時すべりのみ を積算 ［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 ［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 余効すべりを 考慮東北地方太平洋沖地震
Maeda et al., 2011 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 海底津波計 TM1 海底津波計 TM2 釜石 推定滑り量分布（単位：m） 黒：観測データ 赤：モデル計算値津波データ 津波高さ [m ] 0 200 400 600 800 1000 1200 地震発生後の経過時間［秒］ TM1 TM2 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最大すべり量28m 最大変位（牡鹿） 水平：5.4m東に移動 上下：1.2m沈降
東北地方太平洋沖地震
上下変位 水平変位 海溝付近の海底地形調査結果 （JAMSTEC） 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）） http://www1.kaiho.mlit.go.jp/KIKAKU/press/2011/H230406_miyagi.pdf http://www.aob.geophys.tohoku.ac.jp/wp-content/uploads/2013/07/sympo_130730.pdf http://www.jamstec.go.jp/j/kids/press_release/20110428/ コンター： 単位m東北地方太平洋沖地震
・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。 定常すべり 強アスペリティ 大すべり域 小アスペリティ （宮城県沖） 特徴２．M7級宮城県沖地震（1978年）震源域でも10m近いすべり 1~2 m 37年 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 上 盤 プ レー ト 引 きず り 込み累積量 (m ) (Satake, 2011)東北地方太平洋沖地震
Furumura (2014) (浅部) (深部) 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：高周波強震動生成 過去のM7地震震源域 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 ・「複合的・多様性」 (Furumura, 2014)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) スマトラ 地震 (2004) 十勝沖 地震 (2003) 巨大地震発生前にb値低下し、その後に回復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
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
前兆的現象：前震とスロースリップ
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) Ito et al. (2012) 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
NHKスペシャル「MEGAQUAKE」Ⅲ(2013年9月1日)
謎の振動＝スロー地震
スロー地震とは？
通常の地震 スロー地震 超スロー地震（スロースリップ） 断層運動 揺れの記録 はやい ゆっくり とてもゆっくり 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」西南日本の多様なスロー地震
南海トラフ 付加体 深部遷移領域 短期的スロースリップイベント（SSE) 深部低周波微動 深部超低周波地震 特徴的時間 (tc) 1000sec 10sec 0.1sec 1day 100day 長期的スロースリップイベント（SSE) 長期的SSE (tc:20sec） 短期的SSE 深部超低周波地震 深部低周波微動 南海トラフ近傍 浅部 超低周波地震 (tc:10sec） GPS 傾斜計/ ひずみ計 長周期地震計 短周期地震計 (tc:0.5~5years) (tc:2~5days) (tc:1.5~5Hz) 観測機器 我々のグループで 発見した現象深部低周波微動
通常の地震
通常の地震＝P波・S波が明瞭震源決定可能
深部低周波微動の特徴
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 TBEH KWBH 隣接観測点間でエンベロープ形状が相似 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 南海地震 東南海地震 東海地震 想定震源域
世界最初の深部低周波微動源分布(2002年)
プレート境界付近の
深さ30kmで発生
（巨大地震発生域深部）
Obara (2002, Science)深部低周波微動の分布
四国 UWAH OOZH 傾斜変化 微動活動 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 逆断層のすべり
微動に伴う短期的スロースリップイベント［
SSE］の発見
Obara and Hirose (2006) 5日
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
1997 episode GEONET GPS 2003 episode 2010 episode 2010年SSEすべり分布 深部低周波微動源(2010/1/27-3/26)
Hirose, Obara et al.(2010)
豊後水道長期的
SSE
長期的SSEの特徴 短期的SSE Mw 6.7~6.8 5.5~6.0 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 傾斜計超低周波地震
1000s 100s 10s 1s 0.1s 1000d 100d 10d 1d 0.1d 浅部超低周波地震浅部（南海トラフ近傍）
深部（固着域深部遷移領域）
長期的 SSE 短期的SSE 深部 超低周波地震 微動 (0.5~5years) (2~5days)西南日本に発生するスロー地震の時定数
Ito, Obara et al.(2007, Science)
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 に成功メカニズム= 逆断層型 深さ = 30~40km これらのスロー地震がプレート境界 現象である証拠
深部超低周波地震
長周期波動 微動や短期的SSEと も同期して発生浅部超低周波地震震央分布（
2003-2004）
南海トラフ
Obara and Ito(2005)
海洋プレート
の沈み込み
南海トラフ巨大地震
（間隔：約100~150年）
（時定数：数分）
深部スロー地震
（間隔：約半年～10年）
（時定数：数日～数年）
スロー地震と巨大地震
浅部スロー地震
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Cascadia 西南日本
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 フィリピン海プレート横方向の広がりが一致
巨大地震との類似性
巨大地震の発生様式：繰り返し性と連動性
http://www.jishin.go.jp/main/chousa/13may_nankai/nankai2_shubun.pdf 2年の差で連動 32時間の差で連動 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 ↓ 発生様式の多様性深部スロー地震の発生様式：繰り返し性
2 6 6 3 3 3 4 6 6 8 セグメントの広がり 平均再来間隔(月) 2 4 6 8 各セグメントで周期的に 発生 時空間的ゆらぎも大きい 微動 深部超低周波地震 Obara et al.(2010)VLF earthquake Tremor Tilt
伊勢湾を挟む連動・非連動
通常、愛知側と紀伊側は 別々に半年毎に活動 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 微動 深部超低周波地震 NE SW Kii 紀伊東海への連動 わずかに連動 非連動 2006/1月深部スロー地震の発生様式：連動性
Ito, Obara et al.(2007, Science) Obara(2011)
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
1968 M7.5 破壊域 活発化した浅部 超低周波地震 長期的SSE 推定震源域 浅部超低 周波地震 活発化した 上端側微動 定常的な下端側微動
（Hirose et al., 2010, Science)
スロー地震間の相互作用
1997 2003 2010 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？1968 M7.5 破壊域 活発化した浅部 超低周波地震 長期的SSE 推定震源域 浅部超低 周波地震 活発化した 上端側微動 定常的な下端側微動
（Hirose, Obara et al., 2010, Science)
スロー地震すべり特性の時間変化
1997 2003 2010 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 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結果（2次元断層モデル）
長期的SSE
•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.長期的・短期的SSEと巨大地震
の再現実験
すべり速度弱化 すべり速度 強化 すべり速度弱化->強化Matsuzawa, Obara et al.(2010)
短期的SSE
巨大地震
Nadeau and Guilhem(2009) 2004年Parkfield地震M6.0（San Andreas断層）における観測事実 ◎直前に微動移動パターンが変化 ・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 (Shelly, 2009)
大地震発生前後の微動活動変化
◎直前に付近の微動活動が活発化南海トラフ巨大地震との関係
http://www.bousai.go.jp/jishin/nankai/model/pdf/chukan_matome.pdf
●深部低周波微動域まで拡大最大規模M9
●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？
