3GPS 観測による詳細なひずみ分布の解明

3 GPS 観測による詳細なひずみ分布の解明
鷺谷威 （名古屋大学大学院環境学研究科）

3. 研究成果の概要
図 2 は、本研究で得られた観測点（0241：上越市大潟, MKYS：十日町市名ヶ山）の 1 日毎の座標値の変化を表しています。この変化は、富山県入善市の電子基準点 0052 に対する相対的なものです。これを見ると、2008 年から 2010 年までの間、各観測点は少しずつ西向きに動いて短縮変形が蓄積していましたが、2011 年
3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震で各観測点は 10〜20cm も東へ移動し、この地域は東西方向に大きく引き延ばされました。また、この東西に延びる動きは地震の後も継続し、地震後に 10cm 近く東へ動いています。
東北沖地震の前に生じていた東西方向の短縮変形は、新潟県の岩盤に加わる力を徐々に増し、2004 年中越地震や 2007 年中越沖地震のような大地震を起こす原動力になったとみられます。2004 年と 2007 年の地震
は、どちらも岩盤に加わる東西方向の圧縮力で地殻が壊れて断層が生じました。この東西短縮は 2010 年までほぼ一定の速度で続いていましたが、その様子を矢印で示したのが図 1 です。上越・中越地域では、糸魚川市と南魚沼市の間で、年間約 1cm の短縮が生じていました。この短縮変形が起きている範囲が「ひずみ集中帯」と呼ばれているものです。
図 1 の結果を詳細に調べると、東経 138.5〜138.8 度付近の東頸城丘陵（上越市と十日町の境界付近）でさらに顕著な変形集中が見られます。ここでは、東西方向に 20km 程度の距離の中で年間 5mm 程度の短縮が起きていました。この縮みをひずみに換算すると、1 年間に 400 万分の 1 縮んでいることになりますが、これはひずみ集中帯の平均的な値よりも 2 倍以上大きな値です。
大地震は、地殻にたまったひずみ・応力により岩盤が壊れる現象です。地殻がためることができるひずみは100ppm（1ppm は 100 万分の 1）程度と言われています。
１ 年 間 に 0.1ppm の ひ ず み が 生 じ る と 、 1000 年 で100ppm になるので、年間 0.1ppm のひずみがたまる場
所では 1000 年に 1 度くらい大地震が起きる計算になります。2004 年中越地震や 2007 年中越沖地震はそのように起きた地震と考えられます。また、周辺では 1828 年三条地震や 1847 年善光寺地震も起きていますが、これらもそれぞれの場所で 1000 年に 1 度といった低頻度で起きる地震と考えることができます。
一方、東頸城丘陵では 1 年間のひずみが0.2~0.3ppm たまっています。上の考えを当てはめると、300~400 年に 1 度大地震が起きる計算になりますが、1. はじめに新潟県を含む日本海東縁部では、東西方向の短縮変形が日本列島の中で最も活発な地域であることが国
土地理院の GPS 観測（GEONET）により見出されていました。2004 年中越地震や 2007 年中越沖地震の発生に伴い、この変形集中と多発する大地震の関係の解明が重要な課題となってきました。名古屋大学では、ひずみ集中帯における変形の詳細な分布を稠密な GPS 観測によって明らかにし、変形集中メカニズムや将来発生する地震の規模や頻度の推定に寄与することを目指して研究を実施してきました。
2. GPS 観測の概要
本研究では、変形集中帯を東西方向に横切るように、糸魚川市、上越市、十日町市、南魚沼市にまたがる全長約 80km の線上に観測点を 42 ヶ所新設しました。既存の観測点と合わせて計 50 の観測点で繰り返し測定を行うことにより、変形の詳細分布の解明を試みました（図 1）。本研究で用いた観測点の間隔は 3〜5km 程度で、平均間隔が 20km 程度の GEONET と比較すると空間密度が数倍です。本研究の観測点は、公立学校を初めとする鉄筋コンクリート製の建物の屋上にアンテナを固定用のボルトを埋設することで設置しました。新潟県は全国でも有数の豪雪地帯のため、アンテナを冬期も設置したままにしておくと、積雪の影響でボルト、アンテナや建物を破損する恐れがあります。そのため観測は 9 月から 11 月を基本とし、年度によっては一部の観測点でより長期の観測を実施しました。
2011 年 3 月 11 日に東北地方太平洋沖地震が発生しました。この地震の影響によって新潟県でも最大 50cmを越える顕著な地殻変動が生じ、それまで東西に短縮していたひずみ集中帯は逆に東西方向に引きのばされ、本研究の対象地域においても地殻変動パターンが大きく変化しました。こうした地殻変動は地震後も続いています。そのため、ひずみ集中帯における短縮変形の詳細な空間分布を調べるという目的は 2010 年までの3 年分のデータにのみ頼ることになり、当初想定していたデータの高精度化は期待できなくなりました。一方、この巨大地震に対するひずみ集中帯の反応に注目することで、ひずみ集中帯の成因の本質に迫ることが可能となりました。2011 年と 2012 年は、一部の観測点において雪解け直後の 4 月から観測を実施し、東北地方太平洋沖地震後の地殻変動のより詳細な時間変化の検出を試みました。
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GPS 観測による詳細なひずみ分布の解明が顕著な地域であり、地震に対しては備えを怠らないことが大変重要です。

東頸城丘陵では中越地震クラスの大地震は知られていません。これはどういうことでしょうか。蓄積したひずみが大地震で解消されるという考え方では、地殻がバネの性質（専門用語では弾性体と言います）を持つと仮定しています。バネに力を加えて縮めたところで手を離せば、バネは反発して元の長さに戻ります。実は、地殻にはバネのように振る舞わない場所もあります。その一つがずるずるとずれを起こす断層（これを専門用語で断層クリープと言います）です。断層がずるずると動き続けている場所は外国では知られていますが、日本国内では知られていませんでした。我々は、GPS の観測結果から、顕著な短縮変形が生じている東頸城丘陵では、地下で断層クリープが生じているのではないかと考えました。ただ、この地域では海底でたまった軟らかい地層が表面を 5km 以上の厚さで覆っているため、地下で断層クリープが起きても地表で明瞭なずれが見える訳ではありません。この地域では、元々水平だった地層がぐにゃぐにゃに曲げられる活褶曲と呼ばれる構造が知られており、GPS で検出された短縮変形は、深部の断層クリープに伴うこうした構造の発達過程を見ていると考えられます。こうした短縮変形は、必ずしも将来の大地震の準備過程ではなく、地層を変形により圧縮力を解消する過程と考えられます。
こうした考えは、東北地方太平洋沖地震に伴う地殻変動の検討からも支持されます。この地震に伴い、本研究の観測地域全体にわたって比較的一様な伸びの変形が見られました。このことは、東頸城丘陵などで地震前に見られた顕著な短縮変形が弾性的な変形ではなく、例えば、はちみつにパチンコ玉をぶつけた時のような、粘性的な変形と考えられます。この粘性の性質を明らかにするには、地震後の地殻変動の様子を詳細に調べることが必要ですが、それは今後の課題として残されています。
一方、変形が集中している東頸城丘陵の外側も日本列島の中では顕著な短縮変形が生じている場所であり、そこには弾性的なひずみの蓄積もあると考えられます。
そこには六日町断層帯、十日町断層帯、高田平野断層帯などの逆断層型の活断層が存在しており、過去には、1751 年高田地震（M7~7.4、死者 1500 以上）、1666年越後高田地震（M6.8）などの地震もありました。十日町断層帯や六日町断層帯の南側は歴史上大地震の記録が無い空白域であり、今後も大地震発生に対して十分な注意が必要です。
東北地方太平洋沖地震の地殻変動でこの地域は東西方向に引き延ばされ、大地震を起こすひずみが数十〜数百年分減少した可能性があります。単純に考えれば大地震の危険は遠のいたことになりますが、2011 年
3 月 12 日に新潟・長野県境付近で M6.8 の長野県北部地震が発生したことからも、単純な予想は難しいと言えます。この地域は日本列島の中でも特別に地殻変動

4. 今後の課題
ここまで述べてきたように、ひずみ集中帯がどんな性質を持ち、将来の地震に対してどのような意義を持つのかが少しずつ明らかになってきました。現時点では、東北沖の巨大地震の余効変動が継続中であり、これが次第に終息して地震発生前の状態に戻っていく様子を調べることが重要だと考えられます。そのためには 10
年単位の時間が必要になる可能性がありますが、そのためにも、これまでの観測を継続し、その時空間的な変化を把握することが重要と考えられます。また、この地域で見られる地殻のひずみのすべてが将来の大地震につながるものでない、という重要な知見が得られまし
たが、では地表で見られるひずみのうちどれだけが将来の地震につながるものかを定量的に明らかにしていくことが防災上大変重要です。

図 1 2008 年から 2010 年の地殻変動速度の分布（糸魚川を基準）。

図 2 0241（上越市大潟）、MKYS（十日町市旧名ヶ山小）における座標変化

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