2013/2/19

ひずみ24-2-1-5⽐抵抗構造調査

⾼密度⾃然地震観測←ひずみ集中帯→
精密な⽐抵抗構造

精密な震源分布

地震・電磁気データ
全国の研究者

歪集中と⽕⼭活動の関連性機構解明データサーバー（東京⼤学地震研究）

ひずみ集中における地下構造と震源分布との関連性の解明

１－５．歪集中帯発⽣にかかわる地殻構造の研究

石狩低地帯の地質構造形成過程
構造的不均質の原因

古第三期末期～中新世の古地理（川上、2010）
地質構造発達史（国安・山田、2004）

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石狩歪集中帯での歪集中のメカニズムについて
石狩地域では、東北日本弧と千島弧との衝突の影響によって歪集中が生じているが、低地帯の形成以来の複雑なテクトニクスにより生じた地殻構造の不均質性も局所的歪集中に関与している。本研究では、この地域におけるひずみ集中帯の発生メカニズムを解明するため、稠密な自然地震観測やマグネトテルリク法による電磁気観測を実施し、それにより得られる詳細な震源分布や地殻比抵抗構造等により、地震活動と地殻不均質構造との関係や地震発生に大きく関わっていると考えられている地殻流体分布等を推定し、ひずみ集中発生メカニズムに関する新たな知見を得る。

地質平面図と構造区分、地層発達概念図（国安・山田、2004）

東北日本弧と千島弧との衝突． （伊藤､1999)

自然地震観測結果(2008年12月 - 2012年3月）

・本プロジェクト観測点＋北大既存点＋気象庁データ一元化：1541個の震源を決めた。
・石狩平野東縁断層：中、南部でやや活発、北部で低調。札幌付近と苫小牧東方に活動の活発な地域が見られる。
・2010年12月2日北広島地震(M4.6)が発生した。

北広島地震
2010年12月2日6:44
M4.6（最大震度5弱）

自然地震観測網により得られた震央分布．

深さ40km以浅の震源分布．

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P波トモグラフィーによる速度構造
42°N～43°38’N，141°E～143°38’E,d<40kmの範囲に発生した地震836個から得られたＰ波走時9638個を使用

東西方向の断面での速度構造

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南北方向断面での速度構造

石狩低地帯のＰ波トモグラフィーによる速度構造
１．石狩低地帯は、西部の高速度域と東部の低速度域の間の明瞭な構造境界に位置している。地震波速度構造の相違は、表層地質においても西部の新第三系火山岩類と東部の新第三系堆積岩類として認められ、このような構造境界がひずみを集中させる機構の大局的な地学的背景であると考えることができる。
２．東部にみられる低速度域は舟状の形状を呈しており、日高山脈下への東北日本弧の押し下げにより形成された厚い新第三紀堆積層に相当するものと考えられる。この地域の地震活動は、この低速度層の下部で活発であり、深さ20km以深でも地震が発生している。Iwasaki et al (2004)によると、この低速度層の下部は東北日本弧の地殻に相当する部分と考えられており、低速度層に比べP波速度が10%以上早く推定されていて、明瞭な構造境界をなしていることが推定される。
３．札幌市付近では、2010年12月2日のM4.6の地震をはじめ浅い地震活動が周辺部と比較して活発である。地震波速度構造モデルによると、札幌市の平野部付近
では低速度で特徴付けられる堆積層が深さ約5kmまで認められ、その下部には西部から伸びている高速度域が認められる。2010年の地震は低速度域と高速度域の境界付近で発生した。

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MT法による3次元比抵抗構造

WSINV3DMTによる3次元インバージョ
ン：50観測点の広帯域データおよびそのうち20観測点の⻑周期データから、
40 〜0.00012 Hz (0.025〜8197 sec.) 間の16周波数を使⽤した。

測点分布と図⽰した断⾯の位置

南北⽅向断⾯での⽐抵抗構造
東⻄⽅向断⾯での⽐抵抗構造52013/2/19

石狩地域の比抵抗構造
１．深さ7km程度までは低地帯の堆積層に対応して10Ωm以下の低比抵抗層が分布している。低比抵抗層の下は、10～100Ωm 程度の比抵抗となり、白亜系の基盤に相当すると考えられる。
２．観測地域南側では、断層帯の東側で基盤が深くなる傾向があり、本研究の速度構造と調和的である。
３．7 km 以深は、観測地域西側および北側では100～1000Ωm程度、南東部で10～100Ωmとなっており、大規模な構造境界をなしていると考えられる。
４．この境界および断層帯直下（C1）があり、10km程度の深さに帯状に分布している。メルトが火山・地熱地帯ではない場所の比較的浅い地殻内に分布するのは考え難い。したがって、水の存在による低比抵抗であると考えるのが現実的である。
５．南西部の支笏カルデラ付近（C2）に局所的に低比抵抗の箇所が見られる。
C2は数Ωm 以下の比抵抗で、支笏カルデラの直下10～30kmに位置する。支笏カルデラは第四紀の火山で、3つの後カルデラ火山は現在でも活動的である。C2はモホ面付近の地下深部からのマグマ性流体（熱水、メルト）の移動経路を示していると考えられる。

比抵抗構造と速度構造との比較（東西断面）

62013/2/19比抵抗構造と速度構造との比較（南北断面）

速度構造と比抵抗構造の比較
１．西側は、高速度域、高比抵抗域、東側は低速度域、低比抵抗域が主として分布しており、石狩低地帯は明瞭な構造境界である。
２．東側では低速度域、低比抵抗域が深くまで伸びる傾向にある。
３．この構造境界付近の深さ10～15kmのところに低速度域、低比抵抗域がある。
流体の存在域を示すと考えられる。
４．支笏カルデラ直下に明瞭な低比抵抗域があり、火山活動に伴うマグマ性流体の移動経路を示すものと考えられるが、速度構造ではこの地域に異常は見られない。

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石狩地域のひずみ集中メカニズムのまとめ
１．石狩低地帯は、白亜紀に前弧海盆として形成され、その後、中新世の日本海、オホーツク海の拡大に伴う横ずれ断層運動に伴い、プルアパート構造が形成され、基盤岩に不均質な起伏が形成された。
２．後期中新世に千島弧の西進により東西性の応力を受けるようになり、石狩平野東縁断層帯などが形成された。
３．地震観測により，南部は微小地震は多く発生していているが、北部では少ないことが示された。
４．本研究で得られた速度構造や比抵抗構造によると，石狩低地帯は構造境界であり，それが歪集中の構造的背景となっている．
５．石狩平野東縁断層帯や石狩低地帯西部にも南北性の活断層が推定され，その直下に低速度域や低比抵抗域で示される流体域が存在している。
６．支笏カルデラ直下には，明瞭な低比抵抗域で示唆される深部からのマグマ性流体の移動経路が存在すると考えられる．

樽前山での地震観測

2008年～2012年にかけて樽前山周辺で発生した地震の震源分布。樽前山の山頂溶岩ドーム付近の地下1km深を中心として、火山性の微小地震が発生している。また、頻度は低いものの、樽前山の北西約3 kmに位置する風不死岳の地下6 km深付近でも、時々M1～2クラスの地震が発生していることが明らかになった。

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2009-2012年度に樽前山周辺、十勝岳周辺での繰り返しGPS観測から得られた水平ベクトル図。
■は解析に用いた基準点を示す。
a) 樽前山。b) 十勝岳。
変位方向および変位量にはマグマ蓄積のパターンは表れておらず、また、各年で変位方向が大きく変化することから、得られた変位が地下のマグマ活動によるものだとは考えられない。変位量の特に大きな点は樹高が5mを超える林の中に位置しており、上空の視界が確保できないために誤差が大きいと考えられる。

StaMPSを用いたSAR時系列解析の結果。▲は山頂の位置を示す。a) 樽前山。b) 十勝岳。
ALOS/PALSARデータを用い、PS-InSARによる時系列解析を行った。PS (Permanent/Persistent Scatter)-InSARとは、植生などの観測時期によって変化するターゲットからの後方散乱を排除し、常に後方散乱パターンが一定であるターゲットのみを用いて干渉処理を行う技術である。解析には
StaMPSを利用した。図に得られた視線方向変位量の分布を示す。繰り返しGPS観測の結果と同様に、マグマ蓄積のパターンは確認できない。

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検出能力の評価
繰り返しGPS観測、干渉SAR解析共にマグマ蓄積のパターンが得られなかったことから、現在両火山は静穏期にありマグマ活動による地殻変動は検出限界以下であると考えられる。
従って観測された変位を全て誤差として扱い、それを基に検出能力の評価を行った。
火山活動のステージとしてマグマ蓄積ステージとダイク貫入ステージを想定し、干渉SAR解
析では計算された変位量が解析結果から計算した標準偏差を超えた場合、また繰り返しGPS観測では観測数が少ないため観測された最大変位量を超えた場合に検出可能とする。
下表に現在検出可能な体積変化量/ダイク開口量を示す。

樽前⼭

⼗勝岳

ステージ（観測⼿段）

検出可能な体積変化/
ダイク開⼝量

マグマ蓄積（SAR）

3x107m3

マグマ蓄積（⽕⼝直下、GPS）

2x107m3

マグマ蓄積（⽀笏湖下、GPS）

3x107m3

ダイク貫⼊（SAR）

0.5m

ダイク貫⼊（GPS）

1m

マグマ蓄積（SAR）

3x107m3

マグマ蓄積（GPS）

3x107m3

ダイク貫⼊（SAR）

1m

ダイク貫⼊（GPS）

0.8m

火山での地震、地殻変動観測データを総合的に解析
まとめ
１．ひずみ集中と火山活動との関連性を明らかにすることをめざし、樽前山
および十勝岳地域において、地震観測，地殻変動を調べるための繰り返しGPS観測および干渉SAR解析を行った。その結果、本研究期間中には目立った地震活動やマグマ蓄積のパターンが得られなかったことから、現在両火山は静穏期にありマグマ活動による地殻変動は検出限界以下であると考えられる。
２．現在の観測での検出能力の評価を行ったところ、マグマ貫入のステージにおいては干渉SAR解析と繰り返しGPS観測の検出能力は同程度であるが、ダイク貫入ステージでは干渉SAR解析の方が検出能力に優れることがわかった。
３．ダイク貫入による地殻変動は局所的であり、GPS観測網で検出能力を上げるためには、観測点配置を偏りなく置くことが有効である。

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