３.１.８

伸張場におけるひずみ集中メカニズムに関する研究

目次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・154(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度
2) 平成２０年度
3) 平成２１年度
4) 平成２２年度
5) 平成２３年度
6) 平成２４年度(e) 平成２１年度業務目的(2)

平成２１年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・155(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 地殻変動観測a) 観測点設置の基本方針
ⅰ) 土地選定ⅱ) 設置b) 観測データ
2) 地震観測a) ボアホール地震観測点選定および設置b) 機動地震観測装置
3) 九州中部における応力場の推定(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 学会等発表実績(f) 特許出願、ソフトウエア開発、仕様・標準等の策定(3) 平成２２年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・159

153

(1) 業務の内容(a) 業務題目

伸張場におけるひずみ集中メカニズムに関する研究(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

准教授

松本 聡

matumoto@sevo.kyushu-u.ac.jp

同教授

清水 洋

shimizu@sevo.kyushu-u.ac.jp

同准教授

松島 健

mat@sevo.kyushu-u.ac.jp

同助教

植平 賢司

uehira@sevo.kyushu-u.ac.jp

国立大学法人九州大学大学

メールアドレス

院理学研究院(c) 業務の目的
日本海拡大による伸張とその後の圧縮によって形成されたひずみ集中帯の機構を解明するためには、圧縮場のみならず伸張場における応力の境界条件とこれに対する地殻の応答を比較することが重要であるため、現在日本列島の中でも顕著な伸張場を形成している別府島原地溝帯を含む九州地域において地殻の挙動を正確に把握する検知システム、及び局所的な構造を調べるための観測システムを整備し、詳細な地殻変動観測及び地震観測を行うことで、地殻活動の物理的メカニズムを考察し、ひずみ集中機構の解明を図る。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：現在日本列島の中でも顕著な伸張場を形成している別府島原地溝帯を含む九州地域においてひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を実施するための伸張場地殻活動検出装置、伸張場地震活動観測装置、伸張場機動地震観測装置を整備するとともに、伸張場における詳細な地表変形、地震活動、地震波速度構造を推定し、ひずみ集中機構の解明を図るために最も効果的な調査観測点配置等の検討を行った。
2) 平成２０年度：伸張場における地殻の活動を把握するため、19 年度経費によって整備した GPS 受信機（伸張場地殻変動検出装置）をひずみ集中の起こっている別府島原地溝帯へ展開する計画を決定すると共に一部展開した。また、地震発生後のひずみ変化に伴う地震活動変化を正確に把握するため、福岡県西方沖地震および警固断層地域に伸張場地震観測装置を設置する具体的な計画を策定し、一部設置した。既存の地震観測網を補完して分解能を向上させるための、機動的地震観測装置を設置できる状態に点検、処理プロセスを整備した。一方、ひずみ蓄積メカニズムを知る上で重要な応力場の情報を得るための予備的解析として、現有の地震観測網でのデータを用いたストレステンソルインバージョンを行った。
3) 平成２１年度：展開した GPS 観測データを解析し、地表変形の状態（地殻変動）を把握する。また地震観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。
4) 平成２２年度：地殻活動検出装置、地震活動観測装置による活動把握を継続する。また、速度等の物理定数把握を行うとともに、分解能向上のため、機動地震観測の移動、再展開154を行う。
5) 平成２３年度：上記測線の観測データを解析し、地殻変動を把握する。また地震観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。また、地表変形のデータから変形モデルの考察を行う。また、分解能向上のため、機動地震観測の移動、再展開を行う。
6) 平成２４年度：地表変形、地震活動、地震波速度構造等の解析結果を総合し、伸張場におけるひずみ集中機構の解明を目指す。
(e) 平成２１年度業務目的
平成 20 年度に別府島原地溝帯地域に設置した伸張場地殻活動検出装置から地表変形の状態（地殻変動）を把握するデータの蓄積を行うとともにこれらのデータ解析に基づき、解析精度向上のための GPS 観測点の再配置等を検討する。伸張場地震観測装置による 2観測点での観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。また、別府・阿蘇・雲仙などの火山を含む別府島原地溝帯の構造解明のため、15 台程度の地震観測装置を機動的に展開する。
(2) 平成２１年度の成果(a) 業務の要約
伸張場における地殻の活動を把握するため、平成 20 年度に別府島原地溝帯域に設置した GPS 受信機（伸張場地殻変動検出装置）のデータ蓄積を継続するとともに、解析精度向上のための観測点再配置を実施した。また、地震発生後のひずみ変化に伴う地震活動変化を正確に把握するため、福岡県西方沖地震および警固断層地域における伸張場地震観測装置による観測を継続し、詳細な地震活動データを得た。また、別府島原地溝帯の構造解明のため、既存の地震観測網を補完して分解能を向上させ地溝帯を横断するように機動的地震観測装置を 15 台配置し、観測を開始した。一方、ひずみ蓄積メカニズムを知る上で重要な応力場の情報を得るために、現有の地震観測網でのデータを用いた微小地震の再読み取り、発震機構の再決定、ストレステンソルインバージョン解析を行った。
(b) 業務の成果
1) 地殻変動観測a) 観測点設置に関する基本設計ⅰ) 土地選定
20 年度に伸張場地殻変動検出装置（GPS 受信機）を設置するための計画を詳細に検討し、設置位置を決定した。これらはひずみ集中を 1)大局的に把握する、2)変動が大きな位置において把握する方針であり、これに従い、別府島原地溝帯を横切る測線とひずみ速度が大きいと予想される位置を選定した。
ⅱ) 設置
GPS 受信機を設置するに当たっては、設置場所は堅牢な建物の屋上等とし、公共の建築物を重点的に選定した。設置地点を図 1 に示す。設置位置と関連する GPS 観測地点も図155

中に示した。

図1

九州における GPS 観測点。●：GEONET 観測点，赤丸：伸張場地殻活動観測装置

設置点b) 観測データ
設置した観測点においては、連続データ収録を試験的に開始しつつあり、現在システムを構築中である。図 2 に観測された GPS データを示す。

図2

GKRK 観測点（右図中の矢印で示す点）における観測記録

2) 地震観測a) ボアホール地震観測点選定および設置
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19 年度に整備した装置は、ひずみ集中メカニズムを解明する上で重要な要素である、地震活動を高い精度で観測する装置である。特に、地震後のひずみ集中を検出するために福岡県西方沖地震震源域南東部、警固断層周辺に設置することが適切であると判断した。今年度は警固断層沿いの高宮地域・高宮浄水場内にある、既設の地震観測地点に導入した。
この地点はすでに掘削されたボアホールがあるため、これを洗浄、確認作業を行った後、整備したセンサーが軽量であることにより、手動で設置をおこなった。
b) 機動地震観測装置
福岡県西方沖地震の被害が大きかった玄界島において、6 月から 9 月の約 3 ヵ月間、地震計アレイ観測を行った。地震計は約 40m 間隔で、3 成分 2Hz 地震計を用いた。これらは現在整理・解析中であるが、良好な自然地震の記録が取得できた。さらに、アレイ観測後、11 月から別府島原地溝帯を横断するように機動観測装置 15 点の臨時地震観測を開始した。観測点の分布を図 3 に示す。

図 3

九州内陸に展開されている地震観測点（九州大，京都大，鹿児島大，防災科研，気象庁）（左図）および今年度展開された臨時観測点（右図）。
3) 九州中部における応力場の推定
今までに地震波速度トモグラフィーによって得られている別府島原地溝帯の大規模な構造は、別府島原地溝帯の浅部および深部では相対的に低速度になっており、ひずみが集中しやすい構造であることが示されている。そこで、現在得られている九州内の浅発地震の再験測を行い、ストレステンソルインバージョンを行った。これらの結果を図 4 に示す。
別府島原地溝帯内部においては他の地域に比べて正断層成分が卓越した応力が得られている。これは、別府島原地溝帯ではσ 1 σ 2 がほかの地域より近い、すなわち水平最大圧縮応力が相対的に小さいことが示している。この結果は水平最大圧縮応力が他に比べて小さいことを示している。これはせん断応力が小さいにもかかわらず、歴史地震や微小地震活動が活発であるということであり、別府島原地溝帯の地震活動状況、速度構造も不均質が強いことを鑑みると、この地域は強度が小さいか間隙水圧が大きく、破壊が起こりやすいと考えられる。

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0.1 0.5 1.0

図 4

ストレステンソルインバージョン結果。主応力軸の方向（左）と応力比(σ 1 - σ 2 )/( σ 1 - σ 3 ) （右）を示す。左図中で青，緑，赤はそれぞれσ 1 ， σ 2 ， σ 3 の方向を示す。
右図中で円の大きさは応力比を示す。
(c) 結論ならびに今後の課題
今年度は、19 年度に整備された装置を 20 年度に引き続いて設置すると共にデータの蓄積を開始した。GPS 観測点は現在オンラインおよびオフライン収録をしており、オンライン収録システムの整備構築しつつある。また、ボアホール地震観測点 2 点は収録が開始され、地動ノイズが地表に比べて軽減されていることが確認できた。これらによりひずみ集中メカニズムの解明がより詳細に行えると考えられる。機動型地震観測装置は玄界島におけるアレイ観測と別府島原地溝帯を横断するように展開して、データを蓄積している。一方、従来得られた結果およびデータの解析によって、別府島原地溝帯においては応力に空間的不均質があることを見出し、速度トモグラフィの結果と合わせた考察から、地殻がこの地域において強度が小さいか間隙水圧が大きいために地震発生可能性が高いことが明らかになった。今後の観測データの蓄積によって、さらに詳細な構造推定が期待できる。一方では、観測データが増加することによってその処理を迅速に行うべく、効率的な処理プロセスの設計と処理のマンパワーの充実することが極めて重要である。
(d) 引用文献なし(e) 学会等発表実績
学会等における口頭・ポスター発表
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なし
学会誌・雑誌等における論文掲載なし
マスコミ等における報道・掲載
なし(f) 特許出願、ソフトウエア開発、仕様・標準等の策定
1) 特許出願
なし
2) ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし(3) 平成２２年度業務計画案
平成 20-21 年度に別府島原地溝帯地域に設置した伸張場地殻活動検出装置から地表変形の状態（地殻変動）を把握するデータの蓄積を行うとともにこれらのデータ解析に基づき、解析精度向上のための GPS 観測点の再配置等を検討する。伸張場地震観測装置による 2観測点での観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。また、21 年度に阿蘇地域を中心とする別府島原地溝帯へ地震観測装置を 15 台設置したが、構造解明のため、解析を行うとともに機動的に再配置し、把握できる空間を拡張する。特に、図 5 に示すように、現在展開されている観測点はせん断ひずみの大きい領域をほぼ横切っている。構造解明のため、この領域で十分なデータを確保する必要があることから、解析状況鑑みてより効果の高い観測点配置を検討する。

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図5中尾・他（2005）によるせん断ひずみ分布と観測点分布。＋は九大，鹿児島大，防災科研，気象庁による地震観測点。▼は今年度展開した機動地震観測点。

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