科学研究費助成事業（特別研究促進費） サブテーマ 1:陸域地震観測による群発地震発生メカニズムの解明
調３８４－（３）ー６

石川県能登半島北東部の群発地震:陸域地震観測による群発地震発生メカ
ニズムの解明吉田圭佑(東北大・理学研究科附属 地震噴火予知研究観測センター)
謝辞：珠洲市、能登町、輪島市、石川県の行政・住民、データ提供いただいた関係者の皆様の本調査に対するご理解とご協力に感謝します。

能登半島北東部で 2020年末頃から活発な群発地震活動
これまでの最大地震：2022年6月19日M5.4地震 (緑)- 過去には 1993年にM6.6の地震、1729年にM~6.6-7.0の地震⇒ 今後の活動推移を考える上で発生原因の理解が重要

過去事例：地殻内の群発地震は，スラブ起源，火山活動に関係する流体に関係して発生したようにみえることが多い (e.g., Yukutakeet al., 2011; Kosuga et al., 2014)△：第四紀火山、十：観測点、●：気象庁一元化震源 (2003-)
今回の活動域は，火山フロントより北側に位置し，第四紀火山や既知のカルデラは見られない

Hypocenter relocations

Examples of waveformYoshida &Hasegawa (2018a)

Take advantage of waveform cross correlation
to obtain the differential arrival time data•

•
•
•
•

Events: 10950 events in the JMA catalogue (2003/3-2022/9)• 𝑀𝐽𝑀𝐴 ≥ 1
Quadratic Interpolation from 100 msec sampling to 10 msec
Threshold of correlation coefficient: 0.8
Number of obtained differential arrival times• P-wave: 280915 , S-wave: 282817
Number of catalogue-derived differential arrival time data
• P-wave: 26545802 , S-wave: 19922017

Examples of modificationof S-P times based on thecross-correlation derived
differential timewithoutwith

We apply the double-difference hypocenter
relocation technique (Waldhauser & Ellsworth,2000) to the differential arrival time data.

Blue：arrival times listed in the JMA unified catalogue
Red： arrival times modified by cross-correlation

震源再決定の結果
10950 𝑀𝐽𝑀𝐴 ≥ 1 eventsin the JMA catalogue(2003/3-2022/9)• カタログ :• P-wave: 280915• S-wave: 282817• 波形相関 :• P-wave: 26545802• S-wave: 19922017

初期震源
では雲状の分布再決定後、平行や共役に配列する微細な面構造が見られるように

震源域は，各クラスターで，全体として深部側から浅部側へ拡大

Cluster Sでは，2018年頃からz=13 km程度で活発化。今回の活発化前まで継続。

クラスタ
Sの過去の活動はより浅部。
そこでも更に浅部に拡大傾
向Cluster Sでは，2018年頃からz=13 km程度で活発化。今回の活発化前まで継続。

震源域北部の拡大図
複数の面を用いて震源が深部側から浅部側に移動
M5.4地震は，西側と東側のクラスタの間で発生

震源分布は個々の地震のメカニズ
ム解とも調和的黒： F-net moment
tensor解
赤：F-net解との振幅比に基づき推定(方法：Yoshida etal., 2019, Tectono.)M5.4地震の震源西側は直前まで空白域。同じ断層帯で東側クラスタが徐々に M5.4震源付近まで拡大していた
M5.4地震の断層帯上の活動のみ取り出し (薄色は面外)

流体拡散や非地震性すべり (流体誘発 / 核形成過程)に起因する可能性
・近年までに、群発地震活動中に地殻変動が生じたという報告が蓄積してきている(e.g., Lohman & McGuire, 2007; Takada & Furuya, 2010; Wicks et al., 2011; Himematsu & Furuya, 2015; Wei et al., 2015; Ruhl etal., 2016; Gualandi et al., 2017; Jiang et al., 2021; Martínez-Garzón et al., 2021; Sirorattanakul et al., 2022; Yukutake et al., 2022)

・主として、非地震性滑りと解釈されている。間隙圧増加に起因する非地震性すべりに注目が集まっている (e.g., Cornet et al., 1997; Guglielmi et al., 2015; Wei et al., 2015)

M5.4地震の震源西側は直前まで空白域。同じ断層帯で東側クラスタが徐々に M5.4震源付近まで拡大していた

黒：全地震 (MJMA ≥ 2)
赤：背景地震 (MJMA ≥ 2)

・Frontより後ろ側でも地震は起こり続けている。
・背景地震活動度 (赤)は、M5.4地震直前での地震活動の加速は示さない。
・b値は本震前に低下しているようにも見える。
- e.g., 差応力が高かった M5.4地震破壊域に地震活動が入ってきた？

M5.4地震破壊は更に西側に伝播。
クラスタ Eと Nの間の領域を破壊
余震は主に破壊域の端付近で発生

Haskell model (1964)でも同様の結果; 破壊伝播方位：260°，破壊域 1.9 km

f < 2 Hz再掲

震源域は，各クラスターで，全体として深部側から浅部側へ拡大

Cluster Sでは，2018年頃からz=13 km程度で活発化。今回の活発化前まで継続。

東北沖地震後の流体移動により発生した東北日本
Crossの誘発地震活動と非常に良く似る
sectionalview

S wavereflector
Yoshida & Hasegawa(2018 JGR)

• Earthquakes moved along the planar structures
to the shallower• Source area is located above S-wave reflectors
and the low velocity region(Umino et al.,2002)

Yoshida & Hasegawa (2018 Tectono.) after
Nakajima et al. (2004)

地震波反射面の検出
クラスタ Nを近傍観測点(N.SUZH)で調べると、孤立した反射波がみえる

短期平均エンベロープ (黒; 0.33 s)と長期平均エンベロープ(灰; 2.67s)の差を用いて反射波を強調 (青)。
周波数帯域: 8- 16 Hz

日本では反射波を用いた構造推定が活発に行われている (Inamori et al., 1992; Matsumoto &Hasegawa, 1996; Doi & Nishigami, 2007; Kosuga,2014; Aoki et al., 2016)

SxS反射を仮定して、back projectionにより反射点を探索 (Kosuga, 2013)
クラスタ Nの1203個 (𝑀JMA)の再決定震源を使用

赤三角：推定した点で反射が起こった場合の反射波の到着時刻

一連の地震活動が開始したクラスタ S最深部付近に反射点
クラスタ Sでは他クラスタよりも深部で地震が発生しており、直径４km程の特徴的な環状分布⇒ マグマ貫入に関係した構造？

灰色：S波初動付
近の到着のため推定ができなかった領域

一連の地震活動が開始したクラスタ S最深部付近に反射点クラスタ Sでは他クラスタよりも深部で地震が発生しており、直径４km程の特徴的な環状分布⇒ マグマ貫入に関係した構造？

一連の地震活動が開始した
クラスタ S最深部付近に反射点
クラスタ Sでは他クラスタよりも深部で地震が発生しており、直径４km程の特徴的な環状分布⇒ マグマ貫入に関係した構造？

(Rich, 2016)

群発地震の開始地点で環状構造をなすクラスタ S直上に局所的な負の重力異常域・深部に低速度域
Nakajima &AISTによるブーゲー異常 (地殻密度2,670 km/m3 )Hasegawa(2007)の S波
速度偏差(z=25 km)

厚い中期〜後期中新世海成層に覆われているため認知されていなかった埋没カルデラ構造または新しいマグマ活動起源構造が存在する可能性。
- 前期〜中期中新世（15-20Ma）の日本海拡大期には，活発な珪長質火山活動 (Shimazu et al., 1993;
尾崎、2010)。最後の火山活動は，中期中新世（15.6Ma）粟蔵層の流紋岩質火山活動- 周辺域には温泉や，高ヘリウム同位体比 (3He/4He)の領域も存在 (Umeda et al., 2009)

臨時観測アレイを用いた流体を起源とする地殻内反射面の推定 (東大・蔵下さんら)
観測点配置
17S15S

1715P

P稠密アレイ観測点設置状況(東北大学，東京大学)

臨時テレメータ観測点設置状況

PxP波を仮定した時の反射点位置

青：深さ15㎞，水色：深さ17㎞

反射面が深さ15kmから17kmに存在する可能性を示唆

震源域に卓越する低角な南東傾斜断層：日本海拡大時に形成されたリストリック断層の深部付近を反映?

浅部で高角傾斜になっているとすると逆断層地震は起こりづらいことになるが，高間隙水圧下では地震が発生できる可能性も (e.g., Sibson, 1985)

Sato et al. (2006)

結論
能登半島北東部で発生している群発地震の震源の時空間変化および S波反射面を調べた。その結果，(1) 地震活動は概ね 4つのクラスターに分かれ，複数枚の面構造に集中して発生しており，大局的に深部から浅部に向かって migrationしていること，(2) 最大地震 (M5.4)は，北部東側クラスターが西側へ拡大する中でフロント付近で発生し，更に西側伝播して，西側のクラスターとの間の領域を破壊したこと，(3) 最初に活動が活発化した局所的に深い地震群 (z ~ 18km）のすぐ近くにS波反射面が分布しており，更にその深部には地震波の低速度域が分布していること，(4) S波反射面近傍の震源分布が特徴的な環状構造を示しており，直径２０km程の環状の重力正異常域に囲まれた負の重力異常域の分布と良く対応していることが分かった。
クラスター Sの最深部直下に過去あるいは新たなマグマだまりが存在し、この非火山地域での流体供給源になっている可能性⇒ そこから流体が深部から浅部へ移動することにより，群発地震活動が発生するとともに、非地震性の変形も生じさせ，地殻変動・地震発生の原因にもなった可能性

速度状態摩擦構成則に基づくシミュレーション: pore pressure
migrationに伴い非地震性滑りが加速し、両方の効果が地震発生と(Yoshida, Noda et al., 2021; Tectono.)
migrationを促進
間隙水圧増加により速度強化域での滑り速度が増加し、速度弱化パッチの応力を増加。間隙水圧のみの効果よりも地震を促進

Elapsed time (days)

仙台の群発
地震
(Yoshida &Hasegawa,2018)

震源域は，各クラスターで，全体として深部側から浅部側へ拡大
Cluster Sでは，2018年頃からz=13 km程度で活発化。今回の活発化前まで継続。

反射点の推定
SxS反射を仮定して、back projectionにより反射点を探索

クラスタ Nの1203個 (𝑀JMA )の再決定
震源を使用
日本では反射波を用いた構造推定が活発に行われている(Inamori et al., 1992;
Matsumoto & Hasegawa,
1996; Doi & Nishigami,
2007; Kosuga, 2014; Aokiet al., 2016)