M9.0超巨大地震の正体を探る―震源域で何が起こっていたか？―

ACROSS震源装置

生田領野
静岡大学理学部 地球科学科
サイエンスカフェ＠July. 21, 20111

1. 地震の基礎知識

1-1. 地震の規模

地震の規模；
マグニチュード
地表面の揺れの大地震(動) きさの指標；震度○時○分頃，東北地方を中心に震度5強の地震が発生しました．震源の深さは10km，地震の規模を示すマグニチュー
ドは6.2．念の為沿岸部では津波に注意してください．各地の震度は以下の通りです．

断層運動により放出されるエネ
ルギーの指標；マグニチュード

地震
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1. 地震の基礎知識

1-3. 破壊の開始と拡大

せん断応力

破壊の開始と拡大

間時

距離Matsuura et al. 1992

破壊の端には力が集中するのでいったん始まった破壊は簡単には止まらない
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1. 地震の基礎知識

1-3. 破壊の開始と伝搬破壊伸展の条件
もともと長さcの亀裂があったとき，σcを越える応力がかかると亀裂が自発的に伸展する．

「弾性エネルギーの減少＜表面エネルギーの増加」

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1. 地震の基礎知識

1-3. 破壊の開始と伝搬破壊の（すこしゆるい）条件

断層すべり
クーロンの破壊基準

せん断力＞断層の摩擦強度
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1. 地震の基礎知識

1-3. 破壊の開始と伝搬

ひずみの蓄積とすべり量

断層すべり

押された以上に滑ることはできない（グリフィスの破壊基準は“途中で止まれない”と言っている）
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2. 地震とアスペリティ

2-1. 強度のばらつき

アスペリティモデル
海溝型地震で強い地震波を放出する場所（アスペリティ）は予め決まっており，地震時以外は強く固着している．
海側のプレート
アスペリティ

アスペリティ

中間的な領域
ずる ずる
滑り続ける領 域
陸側のプレート

アスペリティ以外の場所は普段固着していない．
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2. 地震とアスペリティ

2-1. 強度のばらつき

アスペリティモデル

●M9クラスを起こせる●時々で規模が異なる●あまり大きな地震を起こせない●大きな地震がない

Lay and Kanamori（1981）
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2. 地震とアスペリティ

アスペリティ仮説→セオリーへ

予想された場所（アスペリティ）
・規模で起こった 2003年十勝沖地震

プレート沈み込
み速度

約10cm/年
×50年
約5m
地震時のすべり
Yamanaka & Kikuchi, 2003
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2. 地震とアスペリティ

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ精査された過去のアスペリティ
アスペリティの永続性

過去70年間のM7クラスの地震を調べると，「大きくすべる場所には再現性がある」ことが分かった．ただし連動することはある．
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Yamanaka & Kikuchi, 2003
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2. 地震とアスペリティ

小さなアスペリティ

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ

ほぼ同じ大きさの地震が約5.5年周期で繰り返す．
（2001年11月／2008年1月）

アスペリティの永続性
Matsuzawa et al., 2002

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2. 地震とアスペリティ

ごく小さなアスペリティ

繰り返し起こる非常によく似た波形の地震＝「微小繰り返し地震」

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ

Igarashi et al., 2002
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2. 地震とアスペリティ

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ

ごく小さなアスペリティ

微小繰り返し地震により断層面上でのすべり速度が推定できた．

・ごく小さなアスペリティにも永続性
・それらは地震すべりによってのみプレート間の食い違いを解消．
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Uchida et al., 2003

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2. 地震とアスペリティ

アスペリティ

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ

十勝沖～千島沖～M8
三陸沖～M7.5日向灘～M7

場所毎に特徴的なアスペリティサイズがある模様．
（ただし複数のアスペリティが連動することはある）

南海～関東
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～M814

2. 地震とアスペリティ

2-3. アスペリティ仮説→セオリーへ東北地方のアスペリティ

地震が解放したすべり量の時間換算

大地震のアスペリティは海溝沿いにほぼ万遍無く存在するが，その解放量は必ずしも一様ではない．「アスペリティでない
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場所はずるずるすべって解放している」
Yamanaka & Kikuchi, 2003

3. 常識を覆した巨大地震

M9.0巨大地震の発生
地震時の変位

最大5mの水平変位

最大90cmの沈降

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3. 常識を覆した巨大地震

3-1. 地震の長期予測

地震調査研究推進本部による長期予測
領域・地震名予想地震規模30年確率

三陸沖から房総沖海
溝寄り

津波地震

Mt8.2前後

20%

正断層型

8.2前後

4-7%

三陸沖北部

8.0前後

0.5-10%

宮城県沖

7.5前後

三陸沖南部海溝寄り

7.7前後

福島県沖

7.4前後（複数の地震が続発する）

7%程度
以下

茨城県沖

6.7-7.2

90%以
上連動
8.0
前
後

99%

80-90%

1897/1933
明治・昭和三陸津波
地震

地震調査研究推進本部（文科省）
地震調査委員会による長期評価（2011）
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Yamanaka Kikuchi 2004
を改変

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3. 常識を覆した巨大地震

既知のアスペリティと巨大地震のすべり域

Ide et al., 2011

八木, 2011

3-2. 既知アスペリティとすべり域

本研究
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3. 常識を覆した巨大地震

3-2. 既知アスペリティとすべり域

既知のアスペリティと巨大地震のすべり域

既知のアスペリティを複数含み，しかも前回地震後の引きずり込みよりもずっと大きくすべっている．
• 30年前にM7.1を起こした場所が20mすべっている（貯まっているのはせいぜい3mのはず）• 想定宮城県沖地震のアスペ
リティも10m以上（予想は2－3m）
19
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4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-1. 解析手法

解析手法；逆問題解析（インバージョン）
結果；地表jが変形した（uj）

食い違いmについて連立方程式を解く

mi
原因；微小な領域iで食い違いがあった（mi）
原因
結果←弾性体←原因
原因
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4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-2. すべり域の解明

3.11 地震のすべり域の解明
・未知数；プレート境界面上の700ｘ350kmの領域を35x18=630個に区切ったグ
リッド上のすべり．
・GPSデータ；290点分
連立方程式の数（データ数）
より未知数が多く解けない．
制約条件を入れて解を解く．
「分解能の無い場所の食い違い量は小さい」
21
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4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-2. すべり域の解明

3.11 地震のすべり域の解明

MW8.8；地震波の解析に比べ小さいが，沖合に分解能が無いことを思えば 22
妥当か．
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4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-3. 準備過程の解明

3.11地震の準備過程の解明
過去15年分のGPSの時系列
観測点間で共通？な変動

南北

地震による変動

観測点のメンテナンス
23
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4. 超巨大地震の震源域と準備過程
1996年
年1212月
月111－212日日
1996

4-3. 準備過程の解明

データの準備観測点間で相関のある短期の変動が邪魔

20mm

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24

4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-3. 準備過程の解明

3.11地震の準備過程の解明

過去15年分のGPSの時系列

観測点間で共通？な変動

南北

地震による変動

観測点のメンテナンス

サイエンスカフェ＠July. 21, 201125 25

4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-3. 準備過程の解明

地殻変動の経年変化

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4. 超巨大地震の震源域と準備過程

4-3. 準備過程の解明

プレート間の固着状態の変遷

27
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累積変位量5. M9.0の地震の正体

5-1. TP/SP/偶然？

タイムプレディクタブル

スリッププレディクタブル

前の地震の規模から次の地震の時刻が予測可能前の地震からの時間から，次の地震の規模が予測可能

タイムプレディクタブルがよく合う事例が多いといわれてきた．物理的にも「破壊基準」という考え方でよく説明できる．
※応力が下がりきらないのはなぜ？
時間
応力が強度を越えて（クーロンの破壊基準）破壊するが，応力は下がりきらない．

時間
何かのきっかけで破壊が始まるが，始まったすべりは応力をゼロにするまで止まらない．

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5. M9.0の地震の正体

5-2. 東北の地震

M9.0の地震は何だったのか？
「４つの想定域が連動するとは想定できなかった」（地震調査委員会委員長談話）

強度の強いアスペリティ
周辺のアスペリティの地震サイクルは，このアスペリティの固着により，実効的なプレート食い違い速度が遅くなることで支配されていた．

連動したから大きくなったのではなく，大きいから（そもそも支配していたから）連動した．
サイエンスカフェ＠July. 21, 201129