海底観測による巨大地震発生機構の解明と津波早期予測の高度化
S

Estimation of the giant earthquake occurrence
based on seafloor observation andimprovement of prompt tsunami forecasting
藤本博己 Hiromi Fujimoto
東北大学大学院理学研究科 地震・噴火予知研究観測センター（災害科学国際研究所 災害理学部門）

震災1年後報告会 2012/03/11

固着域と大地震の震源域
プレート境界の固着域（GPS観測から推定）
Focal regions of large earthquakes
Slip deficit from GPS observation(10 years before)
Hashimoto et al. (2009)

2006-2010
Seismicity:
年のM4以上今回の地震の震源
inactive along
域では普段から地の地震の震震活動が活発
Japan Trench,
小繰り返し地震も央分布
活発
active along（深さ60kmNankai以浅） Trough 東海・東南海・南
海では普段の地震活動は低調

2

地震調査研究推進本部の予測と東北沖地震
東北地方太平洋沖地震の震源域（太線内部）と地震調査研究推進本部の地震区分（山岡耕春，2012, UP)

Tohoku-oki earthquake andestimated earthquakes
along the Japan Trench
10m tsunamis:
3 times / 400 yr
3

宮城県沖の海底地殻変動観測網
Observation array for seafloor crustal movement

海底GPS (GPS/A):
GJT4, GJT3海底圧力計(OBP)
その他の点

前震後の余効変動 Postseismic deformation (3.9-3.11)• 金華山における体積歪とGPSによる地殻変動– 前震後，余震が本震の震央域に接近，しかし滑りは加速せず
Afterslips of M7.3 approached to the epicenter of M9.0
No evidences for acceleration before the massive mainshock
3/09 M7.3
3/11 M9.0u(t)  a ln(1 t /  )5

海底GPS 観測による地震時地殻変動
変位は宮城沖に集中

Coseismicmovement
by GPS/A

海溝軸に近づくと変位が増大
圧力計上下変位も合せてすべり量の推定

Sato et al. (2011)

Kido et al. (2011)

海底圧力計で捉えられた津波
Tsunami waveform observed byan ocean bottom cable system
海溝付近の大きなすべりによる高い津波

Pulse

Broad

幅180km程度の幅広い震源域による継続時間の長い津波⇒ 浸水が内陸奥まで及ぶ

東大地震研（2011）
7

巨大なすべりと津波の発生機構（山岡耕春，2012, UP）

Miyagiken-oki Eq.

Tohoku-oki Eq.

8海陸の地殻変動データによる地震時滑り分布Estimated slip distribution

・主破壊域 (すべり量 > 20 m)– 長さ 160 km （海溝軸沿い）– 幅 120 km– モーメント解放量: 2.44×1022 Nm（Mw 8.86）– 深さ 30 km 以下 （上盤は地殻）

・/・極大すべり域 (すべり量> 50 m)– 長さ 120 km– 幅40 km– モーメント解放量: 6.84×1021 Nm（Mw 8.49)– 深さ 15 km 以下 （上盤は上部地殻）

・スケーリング則から逸脱– 断層面積に対してすべり量が極端に大きい
Iinuma et al. (Submitted)

プレート境界の地震活動との比較（空白域） （松澤，私信）
2003

1994

Seismicity on theplate boundary
海陸の測地データに基づく2011年東北地方
太平洋沖地震のすべり分布（飯沼・他，2011）

1984‐2010.4.8のデータに基づく小繰り10
返し地震の分布（内田・他，2011）

今後の課題 Ongoing works
１．地震発生機構を解明する調査観測 Seafloor surveys
・余効変動の観測と解釈が重要 Afterslip
沿岸域の沈降の回復が遅い
歪を解放したはずの大きな滑り域で東向きのすべり
・大きく滑ったと推定されるプレート境界の掘削調査 Driling
２．観測の空白域であった海溝軸近傍における海底地殻変動観測
Seafloor geodetic surveys near the trench axis
３．早期津波予測の高度化 Improvement of prompt tsunami forecast
・リアルタイムGPS解析と海底圧力データの利用 RTK-GPS +OBP
・東北域の地震・津波観測網 Extensive seafloor cable system
４．地震等の予測情報の社会への還元 Outreach11

日本海溝緊急掘削 Japan Trench drilling
国際統合掘削計画(ＩＯＤＰ)
文部科学省(MEXT, Japan)（独）海洋研究開発機構（JAMSTEC）

今後の課題 Ongoing works
１．地震発生機構を解明する調査観測 Seafloor survey
・余効変動の観測： なぞの多い余効変動の解明 After slip
沿岸域の沈降の回復が遅い
歪を解放したはずの大きな滑り域で東向きのすべり
・大きく滑ったと推定されるプレート境界の掘削調査 Driling
２．観測の空白域であった海溝軸近傍における海底地殻変動観測
Seafloor geodetic surveys near the trench axis
３．早期津波予測の高度化 Improvement of prompt tsunami forecast
・リアルタイムGPS解析と海底圧力データの利用 RTK-GPS +OBP
・東北域の地震・津波観測網 Extensive seafloor cable system
４．地震等の予測情報の社会への還元 Outreach
13

海底GPS観測の強化（暫定案）○：既存観測点△：宮城・福島沖に２０点を新設

海底局は深度6000mまで
保安庁互換型

GPS/A Observation PlanMEXT, JapanTohoku Univ.
Nagoya Univ.

今後の課題 Ongoing works
１．地震発生機構を解明する調査観測 Seafloor survey
・余効変動の観測： なぞの多い余効変動の解明 After slip
沿岸域の沈降の回復が遅い
歪を解放したはずの大きな滑り域で東向きのすべり
・大きく滑ったと推定されるプレート境界の掘削調査 Driling
２．観測の空白域であった海溝軸近傍における海底地殻変動観測
Seafloor geodetic surveys near the trench axis
３．早期津波予測の高度化 Improvement of prompt tsunami forecast
・リアルタイムGPS解析と海底圧力データの利用 RTK-GPS +OBP
・東北域の地震・津波観測網 Extensive seafloor cable system
４．地震等の予測情報の社会への還元 Outreach15

RTK-GPSによる津波予測
沖合観測点

地震後6分

初期水位分布

等値線：1 m

観測／予測

Tsunami forecast: Tohoku Univ. / JMA / GSJ

沿岸観測点

大規模システムの設置• 25観測点システムを5海域に設置（観測点間隔30km）• 太平洋プレート側に31観測点システムを設置（観測点間隔40km）• ケーブルは両端陸揚• 観測点には、3成分加速度を複数セットと精密水圧計を２台を搭載
Cabled seafloor observatory
MEXT / NIED

配置計画案

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今後の課題 Ongoing works
１．地震発生機構を解明する調査観測 Seafloor survey
・余効変動の観測： なぞの多い余効変動の解明 After slip
沿岸域の沈降の回復が遅い
歪を解放したはずの大きな滑り域で東向きのすべり・大きく滑ったと推定されるプレート境界の掘削調査 Driling
２．観測の空白域であった海溝軸近傍における海底地殻変動観測
Seafloor geodetic surveys near the trench axis
３．早期津波予測の高度化 Improvement of prompt tsunami forecast
・リアルタイムGPS解析と海底圧力データの利用 RTK-GPS +OBP
・東北域の地震・津波観測網 Extensive seafloor cable system４．地震等の予測情報の社会への還元 Outreach
地震調査研究推進本部，災害科学国際研究所

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まとめ
• 2011年東北地方太平洋沖地震– 予期した場所で起きた，予期せぬ超巨大地震– 超巨大地震を海陸の観測網で初めて捉えた– 海底地殻変動観測の成果・前震から本震に至る過程を捉えた（滑りは加速せず）
・宮城県沖に大きなすべり・海溝軸近くで例外的に大きな滑り
・余効変動の観測と解釈が重要– 今後に備えて• 最も重要な海溝軸近くが観測の空白域  観測の強化• 正確な津波警報： 海底津波計 + リアルタイムGPS解析

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災害科学国際研究所 災害理学研究部門
目的：巨大地震・津波や異常気象など地球規模の自然災害発生メカニズムの解明
特徴・構成： 自然災害は，太陽からのエネルギーと地下のエネルギーにより活動している惑星地球の変動現象の一部であり，自然災害による損害を軽減するためには，その発生機構を明らかにし，短期的および中長期的にそのハザードを予測する研究が重要である．本研究部門は，巨大地震やそれによる津波をはじめ，火山噴火，異常気象，宙空災害まで，地球規模のさまざまな自然災害の発生メカニズム解明に取り組む．

宙空災害
地震・津波・噴火・内陸地震①海底地殻変動研究分野：超巨大地震・津波発生メカニズムの解明②地震ハザード研究分野：地震活動の素過程を解明し、ハザードを短期的・中長期的に予測③火山ハザード研究分野：火山活動の素過程を解明し、ハザードを短期的・中長期的に予測④地盤災害研究分野：断層・地殻力学の解明と内陸断層の活動状況の重点調査と活動予測⑤気象・海洋災害研究分野：温暖化や異常気象など大気海洋結合系におけるハザードの予測⑥宙空災害研究分野：宇宙環境のリスク分析、災害予測スキームの開発⑦国際巨大災害研究分野：低頻度・巨大災害の発生機構の解明

温暖化
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ご静聴ありがとうございました Thank you for atte

犠牲者のご冥福をお祈り申し上げるとともに，被災者の皆様にお見舞いを申し上げます．