不均質すべり分布モデルに基づく国内外の海溝型プレート間地震の震源パラメータの地域性および深さ依存性郭雨佳1)，宮腰研2)，入倉孝次郎3)
1) （一財）GRI財団，研究員 博士（理学）E-mail: guo@geor.or.jp
2) （株）大崎総合研究所，副所長 博士（理学）E-mail: ken@ohsaki.co.jp
3) 愛知工業大学地域防災研究センター，客員教授 理学博士
E-mail: irikura@geor.or.jp

要 約
国内外の海溝型プレート間地震について，多数の地震（8地域のMW 6.8–9.1の74地震）デー
タが利用できる米国地質調査所の震源インバージョン解析による不均質なすべり分布から，地震の巨視的震源パラメータを抽出し，その地域性および深さ依存性について検討した．
その結果，断層破壊領域の面積がMurotani et al. (2008) のスケーリング則とほぼ整合する東北日本（太平洋プレート）の地震に比べて，South America（ナスカプレート）の地震の面積が大きいという地域性が存在していると考えられる．また，地域性につながる要因の一つとして，比較的小さい地震規模（MW 7.5未満）において，断層破壊が沈み込み帯の浅部に及ぶ地震ほどその破壊領域の面積が大きいという深さ依存性が示唆された．

キーワード： 海溝型プレート間地震，震源スケーリング則，地域性，深さ依存性

1. はじめに沈み込み帯で今後の発生が想定されている海溝型プレート間地震の特性化震源モデルを設定するにあたり，国内のみならず国外で発生した地震の震源特性や発生機構などを踏まえ，震源パラメータの地域性を考慮すること1)が重要である．また，沈み込み帯の地震発生層の深さ範囲は内陸の場合に比べて大きく，深さ10 km以浅の海溝軸付近から沈み込み帯によっては50–60 kmの深さまでプレート間地震が発生しており，地震の震源の深さ依存性が指摘されている例えば2)．
震源インバージョン解析によって得られる断層上の不均質なすべり分布から，断層破壊領域の面積や平均すべり量などのパラメータを推定する手法は大変有効であり，海溝型プレート間地震においても，
このような手法に基づく震源パラメータのスケーリング則の提案3)–9)や地域性の同定の試み8), 10)–12)が数多く行われている．その一方で，震源の深さ依存性に関する議論はまだ少ない．また，宮腰ら13)はこのような検討を行う際，同質なデータセットを使用すること，すなわち，すべり分布に対して同一な規範を適用して震源パラメータを抽出することの重要性を指摘している．彼らはSomerville et al.14)の断層ト-1-

リミング規範（断層全体の平均すべり量の0.3倍以上の領域を破壊領域とし，0.3倍未満となる断層端部の小断層の行または列は削除する）を対象に検証し，日本国内の海溝型プレート間地震の破壊領域の面積のデータセットを良好に説明するのはMurotani et al.3)のスケーリング則であるとした．
本研究では，国内外の海溝型プレート間地震について，震源すべり分布から巨視的震源パラメータ（破壊領域の長さ・幅・面積・平均すべり量）を抽出し，パラメータの地域性および深さ依存性を検討する．
地域性の検討において，国内／外の違いの有無を明らかにすることがとりわけ重要である．そのため本研究でも，地震の破壊領域の抽出はSomerville et al.14) の規範に従う．すべり分布は米国地質調査所(USGS) の震源インバージョン解析によって推定されたものを使用する．USGSは1990年以降に全世界で発生したモーメントマグニチュード (MW) が約6.5以上の地震のすべり分布モデルをウェブ上に公開しており，検討に使用可能な地震数が多いのが利点である．
2. すべり分布モデルの収集および断層破壊領域の推定
USGSから，Hayes et al.15)の地域区分に基づく8地域で1990–2022年の33年間に発生した74の海溝型プレート間地震 (MW 6.8–9.1) のすべり分布モデルを収集した（図1）．内訳は，太平洋プレートが北米プレートの下に沈み込むアリューシャン海溝 (Aleutians) の4地震および千島海溝から日本海溝にかけて(Kuril) の11地震，太平洋プレートがオーストラリアプレートの下に沈み込むトンガ・ケルマディック海溝 (Kermadec) の3地震，オーストラリアプレートがユーラシアプレートの下に沈み込むスマトラ・ジャ
ワ海溝 (Sumatra/Java) の11地震，オーストラリアプレートが太平洋プレートの下に沈み込むブーゲンビ
ル海溝 (Solomon Islands) の11地震およびニューヘブリデス海溝 (Vanuatu) の7地震，ナスカプレートが南米プレートの下に沈み込むペルー・チリ海溝 (South America) の16地震，およびココスプレートが北米プレート・カリブプレートの下に沈み込む中央アメリカ海溝 (Central America) の11地震である．Kurilの11地震のうち，本研究では，1994年三陸はるか沖地震 (MW 7.7)，2003年十勝沖地震 (MW 8.2)，2005年
8月宮城県沖の地震 (MW 7.1)，2011年東北地方太平洋沖地震 (MW 9.1) およびその最大前震 (MW 7.3)，
2021年3月宮城県沖の地震 (MW 7.0) の6地震を東北日本 (Northeastern Japan) として扱う．MWの内訳は，7.5未満が28地震，7.5以上8.0未満が31地震，8.0以上が15地震である．収集したほとんどの地震のすべり
分布は遠地波形インバージョンによって推定されたものであるが，一部の地震は遠地波形およびGNSS
データによるジョイントインバージョンの結果である．

図1 収集した74海溝型プレート間地震の震央．括弧内の数字は各地域の地震数を表す．

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収集した各地震のモデルに対してSomerville et al.14)の規範を適用し，断層破壊領域を抽出した．抽出された破壊領域の巨視的震源パラメータを，国内の海溝型プレート間地震の平均像に近いとされる
Murotani et al.3)のスケーリング則と比較した．Murotani et al.3)のスケーリング則が対象としたMWの範囲は
6.7–8.4である．MW 8.4より規模の小さい，いわゆる第1ステージの地震では断層幅が断層長さに比例する
自己相似則が成り立つ．一方で，MW 8.4以上について，田島ら5)は国内外の6地震に対する検討から，断層幅の飽和により自己相似則から乖離するモデル，すなわち第2ステージを提案している．本研究では，
MW 8.4以上の地震は田島ら5)のスケーリング則と比較するとした．
3. 震源パラメータに関するスケーリング則の検討結果
3.1 各パラメータの結果
全74地震のSomerville et al.14)の規範に基づく断層破壊領域の長さ・幅・面積・平均すべり量と地震モーメントの関係を図2に示す．なお，以降では，トリミング操作で残った破壊領域の地震モーメントの値を使用する．
破壊領域の面積は，MW 7.5付近を境に特徴が異なるように見える（図2c）．MW 7.5以上のデータはスケーリング則に比べて大きく，MW 7.5未満ではスケーリング則と整合的であるがデータのばらつきがやや大きい．平均すべり量はMW 7.0付近でスケーリング則に比べて大きいデータも見られるが，全体的にはスケーリング則に比べて小さい（図2d）．破壊領域の幅に関しては約200 kmで頭打ちをしているように見え（図2b），この値は田島ら5)と整合的である．本研究のデータセットに含まれるMW 8.4以上の6地
震（2001年ペルーArequipa地震MW 8.4，2004, 2005, 2007年スマトラ島沖の3地震MW 9.1, 8.6, 8.4，2010年チ
リMaule地震MW 8.8，2011年東北地方太平洋沖地震MW 9.1）は田島ら5)の検討対象地震と同じであるが，すべり分布のモデル（USGS；主に遠地波形データ）は田島ら5)が使用したもの（複数文献；近地波形・
遠地波形・GNSS・津波波形データ）と異なる．モデルが異なるにもかかわらずほぼ同じ検討結果が得られることから，すべり分布モデルによるバイアスは小さいと考えられる．

図2 破壊領域の (a) 長さ (b) 幅 (c) 面積 (d) 平均すべり量と地震モーメントの関係
3.2 破壊領域面積の地域性
本研究では，断層破壊領域の面積をスケーリング則と比較することで地域性について検討する．図3-3-

に，面積と地震モーメントの関係を地域ごとに示す．定性的に見ると，データのMWの分布およびスケー
リング則との関係の分布から，South AmericaとSumatra/Javaの2地域は互いに類似している．また，MW 8.0
以下に限定した場合，Central AmericaとKurilもデータの分布の仕方が互いに近いように見える．

図3 破壊領域面積と地震モーメントの関係（図2c）を地域ごとに示したもの
次に，面積データのスケーリング則との残差（常用対数）を指標として，定量的な評価を行う．残差は全地域74地震の平均が+0.11であり，Murotani et al.3)が対象としたMW 8.4以下に限定しても+0.11（68地震）であった．すなわち，全世界の主要な沈み込み帯での地震の面積のスケーリング則は，国内の地震の平均像を表しているとされるMurotani et al.3)のスケーリング則に比べてやや大きいことが示唆される．
ここで，地域性を判定するため，地域ごとの残差の95%信頼区間を計算した．なお，計算では，本研
究のデータに加え，同じくSomerville et al.14)の規範を使用したMurotani et al.3)の東北日本，および田島ら
5)の東北日本・South America・Sumatra/Javaのデータも使用した．図4から，South Americaの地震の破壊領域の面積が東北日本に比べて大きいという特徴が示された．本研究，Murotani et al.3)および田島ら5)のデータセットを図5にプロットする．なお，Murotani et al.3)のデータには東北日本だけでなく，本研究の対象外である西南日本（南海トラフや日向灘）などの地震データも含まれているが，このデータセットからは東北日本とそれ以外の地域の間に明瞭な違いは認められず，国内データはスケーリング則と整合しているように見える．それに対して，South Americaのデータはスケーリング則よりも大きく，国内デー
タのばらつきの上半分に位置している．

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図4 破壊領域面積のスケーリング則に対する残差（常用対数）の95%信頼区間．横軸には地域名および地震データ数を示し，丸は残差の平均値を表す．なお，東北日本・South America・Sumatra/JavaにはMurotani et al.3)および田島ら5)の検討データも含まれている．

図5 東北日本を含む国内とSouth Americaの地震の破壊領域面積の比較．なお，Murotani et al.3)や田島ら5)の検討データも含まれている．1地震につき複数のすべり分布モデルのデータがある場合は，それらの幾何平均と標準偏差で表現する．
東北日本およびSouth America以外の各地域は全地域 (All areas) に比べて有意な差がなく，地域性がな
いと考えられるが，データの数がまだ少ないAleutiansやKermadecに関しては地域性の判定は困難である（図4）．今後，地域性に関するより明確な結論を導き出すには，より多くの地震に対して震源インバー
ジョン解析を実施し，震源パラメータのデータを蓄積していくことが不可欠である．
3.3 破壊領域面積の深さ依存性
図6に，断層破壊領域の上端深さ，下端深さ，およびすべり分布のセントロイド深さについて示す．図6a, 6dの上端深さを見ると，MW 7.5以上の地震は基本的に20 km程度より浅く，断層破壊が海溝軸もしくはそれに近い場所まで及んでいると言える．これらの地震のほとんどは，スケーリング則に比べて破壊領域の面積が大きい．一方，MW 7.5未満では，上端深さが浅い地震のほかに，20–40 km程度の深い地震も比較的多い．MW 7.5未満の面積データはばらつきの幅がMW 7.5以上に比べて大きく，また，ほぼ同じ地震規模で見た場合，上端深さの浅い地震の面積は大きく，深い地震の面積は小さいという傾向（図6dの色付きプロットの右上がりトレンド）が見られる．一方，セントロイド深さ（図6b, 6e）もしくは下端
深さ（図6c, 6f）で見た場合，深さに依存するような特徴は認められない．したがって，断層破壊が沈み込み帯の浅部に及ぶ地震ほど，その破壊領域の面積は相対的に大きいと言える．

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図6 全地震の (a–c) 破壊領域面積と地震モーメントの関係（プロットの色：深さ）および (d–f) スケ
ーリング則に対する残差と深さの関係（プロットの色：MW）．(a, d) は破壊領域の上端深さ，(b,e) はセントロイド深さ，(c, f) は下端深さの図である．
4. 議論
4.1 東北日本とSouth Americaの比較
先述のように，現状のデータセットでは，東北日本とSouth Americaの2地域間にのみ地域性が存在している（図4, 5）と考えられる．ここでは両地域間の違いについて考察する．
図7に，両地域の全地震の断層破壊領域の上端深さ・面積（スケーリング則に対する残差）とMWの関係を示す．MW 7.5未満における地域性として，South Americaに比べて，東北日本の地震は上端深さが相対的に深く，面積が地震規模のわりに小さい特徴が見てとれる．さらに，図8は両地域のMW 7.5未満の各
地震の上端深さ・下端深さ・セントロイド深さ（破壊領域の及ぶ深さ範囲）を比較したものである．この図から，東北日本はSouth Americaに比べて全体的にやや深い場所で地震が発生しているようにも見えるが，破壊領域の深さ範囲が大きいもしくは小さい地震ほどスケーリング則に対する残差の程度が大きく，そのうち，深さ範囲が大きく上端深さが浅い地震はスケーリング則に比べて大きな面積となっている．このことから，地域性の要因として重要なのは，断層破壊が沈み込み帯の浅いほうへ進むかどうかであると考えられる．
一方で，MW 7.5以上に目を向けると（図7），東北日本における最大規模である東北地方太平洋沖地震
は，断層破壊が深さ10 km以浅の海溝軸付近まで及んでいるにもかかわらず，スケーリング則に比べて面積がやや小さくなっている．本研究では地域性および深さ依存性を検討したが，東北地方太平洋沖地震の例から，深さはあくまでも地域性を特徴づける指標の一つに過ぎない可能性がある．
深さ以外の沈み込む海洋性プレートの物理的特性を表すパラメータとして，プレートの年齢および沈み込む速度や幾何形状（傾斜角やその変化率）などが挙げられるが，ここに特筆すべきは両地域におけるプレートの年齢の違いである．South Americaで沈み込むナスカプレートは約4千万年前に誕生した比較的新しいプレートであるのに対して，東北日本で沈み込む太平洋プレートは1億3千万年とかなり古い．年齢は沈み込み帯付近の温度場，ひいては海洋性プレートの脱水反応をコントロールし，地震の発

16)

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生機構に影響を及ぼすと考えられている例えば17)．例えば，近年，温度が冷たいほど震源における高周波放射が強い傾向を示唆する研究結果2)もある．今後は，深さという指標のみならず，より幅広い物理的特性の観点から，海溝型プレート間地震の震源特性の地域性を解明していくことが重要である．

図7 東北日本とSouth Americaの地震の破壊領域の上端深さとMWの関係．プロットの色は破壊領域面積のスケーリング則に対する残差を表す．

図8 東北日本とSouth AmericaのMW 7.5未満の地震の破壊領域の深さ範囲．プロットの色は破壊領域面積のスケーリング則に対する残差を表す．
4.2 断層破壊領域と余震域の比較
2012年中米El Salvador地震 (MW 7.3) および2017年チリValparaiso地震 (MW 6.9) の2地震のすべり分布を図9に例示する．El Salvador地震の場合，断層破壊が破壊開始点付近に留まらずに浅部にも大きく広がり，結果的に大きな断層破壊領域（赤枠）となっている．一方のValparaiso地震は，すべり量の比較的大きい領域が断層中央部付近に集中しており，
破壊領域の面積も地震規模のわりにやや小さくなっている．
すべり分布から抽出されたこれらの破壊領域を，破壊領域とほぼ同等な広がりを持つことが多い余震域と比較した．比較には，USGSの地震カタログで公開されている本震発生から24時間以内18)の余震デー
タを使用した．El Salvador地震は破壊領域が余震域をおおむねカバーしているのに対し，Valparaiso地震
は破壊領域が余震域に比べて小さい．Valparaiso地震のような，比較的大きなすべりが震源インバージョ
ン解析で設定した断層の端部にほとんど及んでいない特徴を持つすべり分布に対してSomerville et al.14)の規範を適用すると，断層端部では多数の小断層の行または列が平均すべり量の0.3倍未満となって削除され，結果的に余震域に比べて小さい破壊領域が得られるケースがある．
すべり分布から推定される破壊領域に対して図9のような余震域を使用した検証は重要であるが，島しょ部の沖合では地震カタログが必ずしも充実でない場合や，余震活動自体が低調な場合もある．
実際，
本研究が収集した地震のうち，この2地震のような利用可能な余震数が比較的多い地震の数は少数であった．そのため，余震域のみならず，内陸地殻内地震で実施されている，震源スペクトルのコーナー周
波数から決まる断層面積（クラックサイズ）を利用した検証例えば19)も今後期待される．

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図9 2地震の断層トリミングの例．赤枠はSomerville et al.14)の規範に基づく破壊領域を表す．
検証が課題として残る海溝型プレート間地震に対して，内陸地殻内地震では良質なデータセットを使用した検証がこれまでに行われ，Somerville et al.14)の規範に基づく破壊領域の抽出の妥当性は確認されている20)．しかしながら，今後は，内陸地殻内地震と海溝型プレート間地震のすべり分布の特徴を比較分析し，海溝型プレート間地震におけるSomerville et al.14)の規範の適用限界について調査する必要はあると考える．また，地震規模ごと（MW 7.5未満とMW 7.5以上）のデータのばらつき度合（例えば，図6）の精確な把握など，スケーリング則に対するより定量的な評価ができるようにするには，先述した検証作業がまず重要である．
5. まとめ国内外の海溝型プレート間地震の震源スケーリング則の地域性および深さ依存性について検討した．
本研究，および本研究と同じ断層トリミング規範を使用した既往研究3), 5)のデータセットに対する分析か
ら，South Americaの地震は東北日本の地震に比べて，断層破壊領域の面積が大きい傾向にあることが示唆された．MW 7.5未満の地震はMW 7.5以上に比べてデータのばらつきが大きかったが，これは断層破壊
が沈み込み帯の浅部まで到達しているかどうかが関係していると考えられる．今後，地域性や深さ依存性に関する議論をより深めるには，震源パラメータのデータを引き続き蓄積していくとともに，震源インバージョン解析のすべり分布から抽出されたこれらのデータに対して検証を行うことが重要である．
また，地域性の要因の解明へ向けて，深さの情報だけでなく，沈み込み帯の物理的特性にも着目すべきである．
謝 辞
USGSによる震源すべり分布のモデル21), 22) (https://earthquake.usgs.gov/data/finitefault/) を使用しました．
記して御礼申し上げます．
参考文献
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2)

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Regional and depth dependences of source parameters
for interplate earthquakes in global subduction zones
based on heterogeneous slip models
GUO Yujia1), MIYAKOSHI Ken2) and IRIKURA Kojiro3)
1) Researcher, Geo-Research Institute, Dr. Sc.
2) Deputy Director, Ohsaki Research Institute, Inc., Dr. Sc.
3) Visiting Professor, Disaster Prevention Research Center, Aichi Institute of Technology, Dr. Sc.
ABSTRACT
We collected a large number of heterogeneous slip models for interplate earthquakes (74 events with MW 6.8–9.1 in
8 subduction zones) estimated by USGS’s source inversions and investigated the regional and depth dependences ofouter source parameters for these events. We found a regional dependence where the rupture areas of the events off
South America (along the Nazca Plate) are larger than those of the events off northeastern Japan (along the PacificPlate). We suggest that one of the factors contributing to such regional dependence is that, in the small MW (<7.5)
range, the events rupturing up-dip of the subduction zone have larger rupture areas than predicted by the scaling
relationships.
Keywords: Interplate earthquake, Source scaling relationship, Regional dependence, Depth dependence- 10 -