2022 年 3 ⽉ 22 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学

地震時の破壊伝播の⾮常識は常識になるか？
〜2010 年 El Mayor-Cucapah 地震で観測された逆破壊伝播〜
地震は震源から破壊が開始し、震源から遠ざかるように断層⾯上で破壊が伝播する。これが地震学の常識でした。しかし近年、破壊が震源から遠ざかった後、震源⽅向に破壊が逆伝播（逆破壊伝播）する地震の存在が確認されるようになりました。これには、本研究チームが開発した新⼿法「ポテンシー密度テンソルインバージョン」が⼤きく貢献しています。複雑な断層帯で発⽣する地震を的確に解析できるためで、地震学の常識を覆す、震源に向かうように逆破壊伝播する地震の発⾒が相次いでいます。この⼿法は、断層の形状と破壊伝播過程の同時推定も可能としたため、断層形状の不連続な変化が不規則な破壊伝播に影響を与えることも明らかになりつつあります。
2010 年 El Mayor-Cucapah 地震は 2010 年４⽉、アメリカ・メキシコ国境付近で発⽣した地震です。現地では、地震の破壊が逆⽅向に伝播したとの証⾔がありました。本研究チームは、当時の観測データにポテンシー密度テンソルインバージョンを適⽤し、本地震の断層形状と破壊伝播過程を同時推定しました。その結果、地震発⽣から 15 秒間、震源から遠ざかるように初期破壊が伝播した後、主破壊が震源に向かっていく様⼦を捉えることに成功しました。地表に現れた断層と整合的な断層形状の情報を取り出すことにも成功しました。さらに、断層形状が不連続に変化する領域で破壊がいったん押しとどめられ、その後急加速する様⼦も捉えることができました。
本研究の結果は、地震学者の常識だった、破壊は断層に沿って震源から離れる⽅向に伝播するという考えはもはや時代遅れであり、将来発⽣する恐れがある⼤地震の地震動を予測する際には逆破壊伝播も考慮に⼊れる必要があることを⽰しています。
⼀⽅、本研究が⽰すように、断層形状と破壊伝播過程の関係性を地震波解析によって捉えることができるようになってきました。震源断層は予め調査することができます。新⼿法による地震波解析の結果と活断層調査の結果を統合することで、地震動予測の精度を⾼められる可能性も⽰しています。

研究代表者
筑波⼤学⽣命環境系／⼭岳科学センター
⼋⽊ 勇治 教授

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研究の背景地震は、震源から破壊が断層⾯に沿って伝播する現象で、短時間に莫⼤なエネルギーが解放されます。
持続的な⼈間活動を⾏う上で、地震現象を理解し、将来の発⽣に備えることが極めて重要です。
近年、地震観測網が発達し、データの質と量は向上しましたが、これらのデータをうまく説明できない地震が増えてきました。筑波⼤学では、向上したデータの質と量に⾒合うデータ駆動型の解析⼿法「ポテンシー密度テンソルインバージョン注 1)」を開発しています。この⼿法は登場と共に多くの地震に適⽤され、さまざまな現象の発⾒を⽣み出してきました。本研究は、複数の断層を破壊してマグニチュード（M）７を超える巨⼤地震に成⻑したことで知られる 2010 年 El Mayor-Cucapah 地震にポテンシー密度テンソルインバージョンを適⽤し、破壊伝播過程と断層形状の関係を詳細に調べました。
研究内容と成果
本研究の解析には、2010 年 El Mayor-Cucapah 地震発⽣時に世界中で観測された地震波形データを使⽤しました。解析に⽤いるモデル断層平⾯は、地表⾯破壊に沿って北⻄―南東⽅向に鉛直に配置しました（参考図上段）。解析の結果、震源付近で始まった初期破壊は、15 秒間、震源から遠ざかるように北⻄⽅向へ伝播した後、震源北⻄部 20 km で主破壊を⽣じさせ、再び 15 秒間、今度は震源に向かって伝播する様⼦が捉えられました（参考図下段）。このような、震源から遠ざかった破壊が再び震源の⽅向に戻ってくる現象は、これまで地震学者の暗黙の了解であった、地震の破壊は震源から遠ざかるように伝播していくという前提を覆すものです。
また、本研究の解析は、震源北⻄部 20 km で⽣じた主破壊は北⻄⽅向へも伝播し、震源北⻄部 30 kmで 21 秒まで停滞した後、急加速する様⼦を捉えました（参考図下段）。本研究の地震波形解析により、この破壊の停滞と加速は、断層形状の折れ曲がりによって制御されていることが明らかになりました。破
壊停滞が⾒られた震源北⻄部 30 km は、現地のフィールド調査で地表⾯破壊の不連続性が確認された領域に対応しており、地下の断層形状の変化が複雑な地表⾯破壊をもたらした可能性があります（参考図）。
本研究は 2010 年 El Mayor-Cucapah 地震における、震源から遠ざかってから再び震源に戻ってくる破壊の存在と、断層形状の屈曲による破壊の停滞および加速を明らかにしました。これらの震源過程は、従来の、モデル化に伴う誤差を無視していたためにデータの持つ特性を活かしきれなかった震源過程解
析ツールでは再現が困難な現象です。本研究成果により、複数の断層とそれらの形状の不連続性は、従来想定されていた以上に複雑な地震の破壊伝播過程をもたらし得ることが明らかになりました。
今後の展開
本研究チームは今後も、複雑な破壊過程を持つ地震をデータ駆動型のアプローチで研究する取り組みを進めていきます。本学で開発されているポテンシー密度テンソルインバージョンは、今まで解析が困難であった地震を安定に解析することを可能とし、さまざまな新知⾒をもたらしつつあります。新⼿法で解析する地震を増やすと同時に、⼿法の更なる⾼度化を図り、⼤地震の実像に迫っていきます。

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参考図33°00'N

115°30'W

115°00'W

10200.18

0.09−60−300300.00

すべり速度 (m/s)

深さ (km)

32°40'N

距離 (km)
図 本研究の解析対象地と解析結果（上段）2010 年 El Mayor-Cucapah 地震周辺地域の地形図。図中の⽔平線は解析で⽤いた鉛直モデル断層⾯の上部を表す。星印は震央、⿊点は本震から 3 ⽇以内に発⽣した余震、破線はアメリカとメキシコの国境、⾚線はフィールド調査で得られた地表⾯破壊、⻘線は地表⾯破壊が不連続な場所をそれぞれ⽰す。挿⼊図は研究対象地域の広域図を表す。
（下段）本研究で得られた 2010 年 El Mayor-Cucapah 地震のすべりの速度のスナップショット。星印は震源、⽮印は破壊の伝播⽅向、⻘い影はモデル断層平⾯に投影した地表⾯破壊が不連続な領域をそれぞれ⽰す。

3⽤語解説注１）

ポテンシー密度テンソルインバージョン

地震時の破壊伝播を調べるには、断層⾯上のすべりを推定すればよい。すべりを推定するには断層⾯を設定する必要がある。複雑な断層帯で発⽣した震源断層を正確にモデル化するのはほぼ不可能であることが起因して、解析を安定に⾏うことが困難になっていた。ポテンシー密度テンソルインバージョンは、断層⾯上のすべりをテンソルで表現することにより、断層の形状の情報と破壊伝播過程を同時推定することを可能にした⼿法である。
研究資⾦
本研究は、JSPS 科研費 (19K04030）、研究⼤学強化促進事業 (国際テニュアトラック制度) などの⽀援で実施されました。
掲載論⽂【題名】Irregular rupture propagation and geometric fault complexities during the 2010 Mw 7.2 El
Mayor-Cucapah earthquake（2010 年 Mw 7.2 El Mayor-Cucapah 地震における不規則な破壊伝播と断層幾何形状の複雑性）【著者名】 Shinji Yamashita (⼭下 真司)1, Yuji Yagi (⼋⽊ 勇治) 2, & Ryo Okuwaki (奥脇 亮) 2,3,4
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筑波⼤学 地球科学学位プログラム、2 筑波⼤学 ⽣命環境系、3 筑波⼤学 ⼭岳科学センター、

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University of Leeds【掲載誌】 Scientific Reports【掲載⽇】 2022 年 3 ⽉ 17 ⽇
【DOI】

10.1038/s41598-022-08671-6

問合わせ先【研究に関すること】
⼋⽊ 勇治（やぎ ゆうじ）
筑波⼤学⽣命環境系／⼭岳科学センター 教授
URL: https://www.geol.tsukuba.ac.jp/~yagi-y/index.html【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

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