国立大学附置研究所・センター長会議 第１部会シンポジウム「激変する地球環境の現状と未来像」

スロー地震の発見と巨大地震発生予測に対する貢献
地震研究所 小原一成
2014年10月9日 15:00~15:45@京王プラザホテル札幌プラザホール

「激変」

地震活動やプレートの動きが激変？
地震に対する理解が激変
東北地方太平洋沖地震
スロー地震講演内容

東北地方太平洋沖地震
それまでの地震観
新たな地震像

スロー地震多様なスロー地震の発見とその特徴
巨大地震との関連性

地震とは？
断層の急激なすべりによる地中の「ひずみ」解放現象
2つのケース・新たに断層面が形成される場合
・固着していた既存の断層面が食い違う場合
プレート境界海溝型(防災科学技術研究所高感度地震観測網Hi-netWEBサイト「地震の基礎知識」より)

プレート境界海溝型地震
東北沖 太平洋プレートが陸のプレートの下に沈み込む

プレート境界面が固着↓
上盤を引きずり込む↓
ひずみ蓄積

ひずみが限界↓上盤がはね上がる↓
地震→津波

東北地方太平洋沖地震はプレート境界型地震の典型http://www.bosai.go.jp/news/oshirase/20110323_01.pdf

従来の比較沈み込み帯学による分類
南海トラフ

上盤プレートの引きずり込み大上盤プレートの日本海溝（東北沖） 引きずり込み中

伊豆小笠原海溝

年代・固着度 プレート
傾斜

小規模
定常的
地震活動

最大
地震
規模

強

若い・
低角

非活発

M8~9

中

古い・
やや
低角

活発

M7~8

弱

古い・
高角

活発

~M7

上盤プレートの引きずり込み小海洋プレートの沈み込み

http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/yamaoka/nnsl/nnsl-notes/yamaoka-20010521.pdf

世界の地震活動

日本列島は世界的にも地震活動が活発基盤的観測網
阪神・淡路大震災を契機とした稠密地震・地殻変動観測網の整備
防災科学技術研究所地震観測網

国土地理院GEONET

Hi-net（高感度地震観測網）
F-net（広帯域地震観測網）
K/KiK-net（強震観測網）

 日本の固体地球科学を支える重要な研究基盤

プレート境界固着の証拠

国土地理院GEONET

引きずり込まれる

陸のプレートくっついている

http://mekira.gsi.go.jp/JAPANESE/crstanime9604 9912v.html

プレート境界固着の非一様性
上盤プレート引きずり込み量(固着度)の分布（1997-2001の国土地理院GPSデータ使用）

引きずり込みが大きい
固着が強い領域
2003

M7地震発生2005
コンター間隔：2cm/yr(Suwa et al., 2006)

上盤プレートが引きずり込まれる

海洋プレート沈み込みプレート境界地震時すべりの非一様性

大地震すべり域分布
過去の大地震波形記録を用いて断層面上のすべり量を推定
星印：破壊の開始点
塗りつぶし域：最大値の半分の滑り量を示す領域（＝アスペリティ）

異なる地震でもアスペリティは共通する
余震
破壊開始点
コンター間隔：0.5m

Yamanaka and Kikuchi (2004)

地震性
すべり域

アスペリティ

アスペリティモデル（概念図）
プレート境界 ＝ 固着域（アスペリティ） ＋ 定常すべり域
アスペリティ＝大地震間はプレート境界が強く固着し、大地震時に大きくすべる領域が点在

定常すべり

周囲は地震を起こさずに定常的にゆっくりすべる
定常すべり

定常すべり域の応力は常に解放されている

海洋プレートの沈み込み

複数アスペリティの連動破壊に
よって地震規模が大きくなる

アスペリティのみが固着しているため応力集中するアスペリティモデル（繰り返し地震）
釜石沖繰り返し地震（M4.8)◎5~6年の一定間隔で繰り返し発生

まわりに大地震なし◎観測される波形が相似
発生場所・発震機構が全く同じ

孤立したアスペリティが周囲のプレート±1年程度で次の地震発生
間定常すべりによって応力集中予測が可能定期的に破壊http://www.aob.gp.tohoku.ac.jp/zisin/images/s1-2.jpg

マグニチュード

東北地方太平洋沖の地震に関する評価（2011以前）
9

宮城県沖

8

37.1年間隔

7
1800

1900

2000

海域

予想されるマグニ
チュード

今後30年以内の発生
確率

平均発生間隔三陸沖北部

M8.0前後0.5~10%

約97年

三陸沖中部

（過去に大地震がなく評価不能）

三陸沖南部
海溝寄り

M7.7前後

80~90%

105年程度

宮城県沖

M7.5前後

99%以上

37年

福島県沖

M7.4前後7%以下

400年以上茨城県沖

M6.7~7.2

90%以上

約21年

房総沖

（過去に大地震がなく評価不能）

三陸沖北部
から房総沖の海溝寄り（津波地震）

M8.2前後20%程度

133年程度

地震調査研究推進本部より

東北地方太平洋沖の地震に関する従来からの課題
東北地方太平洋沖ではプレート運動に比べ地震が足りない［地震学的にわかっていたこと］・地震によるすべりはプレート間相対運動の2-3割程度

すべり量

余効すべりを考慮

地震時すべりのみを積算時間［GPS観測からわかったこと］
・地震前はほぼ固着・余効すべりが大きい［考えられるシナリオ（Kanamori et al.,2006）］
・GPSで検知できないほどゆっくりしたすべりで解消
・超巨大スロー地震が発生
・超巨大地震が発生

東北地方太平洋沖地震
特徴１．海溝付近で50m以上の巨大すべり  海溝付近が強く固着
三陸沖光ケーブル式海底地震・津波観測システム（東京大学地震研究所）による津波データ解析結果

津波高さ[m]

推定滑り量分布（単位：m）

TM1
TM2

黒：観測データ
赤：モデル計算値
津波データ

0200 400 600 800 1000 1200
地震発生後の経過時間［秒］

釜石

海底津波計
TM2

海底津波計
TM1
Maeda et al., 2011

東北地方太平洋沖地震
本震時地殻変動（陸域（国土地理院）＋海域（海上保安庁，東北大学））

水平変位

最大変位（牡鹿）
上下変位
水平：5.4m東に移動
上下：1.2m沈降
推定最大すべり量28m

http://www1.kaiho.mlit.go.jp/KIKAKU/press/2011/H230406_miyagi.pdf

海溝付近の海底地形調査結果（JAMSTEC）
コンター：単位m

http://www.aob.geophys.tohoku.ac.jp/wp-content/uploads/2013/07/sympo_130730.pdf http://www.jamstec.go.jp/j/kids/press_release/20110428/

東北地方太平洋沖地震

上盤プレート引きずり込み累積量(m)特徴２．M7級宮城県沖地震（1978年）震源域でも10m近いすべり
1~2 m
37年

スーパーサイクル(Satake, 2011)

アスペリティモデルの見直し
強アスペリティ

小アスペリティ（宮城県沖）

M7級地震で滑り残っていた分を1度に解放するためには、700年毎に巨大すべりが発生

・強アスペリティの固着によって周囲の小アスペリティ破壊は制限を受ける。
・強アスペリティが破壊するときには、周囲を巻き込んで一気に大きなすべりを生じる。

定常すべり

大すべり域

・小アスペリティでは、同一場所で異なるすべり量のイベントが発生することになる。

東北地方太平洋沖地震
特徴３．深さ依存の破壊特性
・浅部：長周期成分に卓越した大すべり 巨大津波を励起
・深部：高周波強震動生成
過去のM7地震震源域
(深部)

(浅部)

ここまでのまとめ・これまでの先入観を覆す
新たな地震像Furumura (2014)(Furumura,2014)

・「複合的・多様性」

前兆的現象：ｂ値変化
b値時間変化と大地震発生

低b値域と大すべり域
非常に良く一致

東北沖地震(2011)
巨大地震発生前にb値低下し、その後に回復

スマトラ地震(2004)
十勝沖地震(2003)
Nanjo, Hirata, Obara, and Kasahara, GRL, 2012

前兆的現象：前震とスロースリップ
特徴Z. スロースリップが巨大地震をトリガーした可能性
2回の前震活動（2月中旬、3/9）とも、M9本震に向かって移動する
スロースリップに伴って発生

海底圧力計で2回のスロースリップを検出(2008年,2011年)
Ito et al. (2012)

Kato, Obara et al. (2012,Science)

スロースリップ域では本震時は通常の高速すべりが生じる
複雑な摩擦特性

NHKスペシャル「MEGAQUAKE」Ⅲ(2013年9月1日)

謎の振動＝スロー地震（番組中ではスロークエイク）

スロー地震とは？
通常の地震より揺れの卓越周期が長い、または揺れを伴わず地殻変動だけを生じる「地震」

通常の地震

断層運動

揺れの記録
はやい

スロー地震
ゆっくり

超スロー地震（スロースリップ）
とてもゆっくり西南日本の多様なスロー地震
南海トラフ近傍

特徴的時間 (tc)

深部遷移領域観測機器

長期的スロースリップイベント（SSE)

浅部
超低周波地震(tc:10sec）

100day(tc:0.5~5years)

1day

短期的スロースリップイベント（SSE)(tc:2~5days)

1000sec
10sec
0.1sec

GPS
傾斜計/
ひずみ計

深部超低周波地震 (tc:20sec）

長周期地震計深部低周波微動

短周期地震計(tc:1.5~5Hz)

我々のグループで発見した現象

付加体

南海トラフ

長期的SSE

短期的SSE
深部超低周波地震
深部低周波微動深部低周波微動
通常の地震

通常の地震＝P波・S波が明瞭震源決定可能
深部低周波微動＝P波・S波が不明瞭，微弱振幅震源決定困難

深部低周波微動の特徴
エンベロープ（波形の輪郭をなぞったもの） 振幅の2乗平均
波形記録

隣接観測点間でエンベロープ形状が相似
TBEH

KWBH

よく見るとわずかなズレが存在＝微動源と観測点との距離の差
 新たな震源決定手法の開発

深部低周波微動の分布
世界最初の深部低周波微動源分布(2002年)
深部低周波微動
防災科研Hi-net
観測点

フィリピン海プレート内地震
等深度線

プレート境界付近の深さ30kmで発生（巨大地震発生域深部）

東海地震
東南海地震

想定震源域
南海地震
Obara (2002, Science)微動に伴う短期的スロースリップイベント［SSE］の発見
微動活動に同期して傾斜変化が複数観測点に出現短期的SSE
傾斜変化
OOZH

5日

UWAH

四国

短期的SSEの断層面

微動活動

Obara and Hirose (2006)

短期的SSE＝微動を伴って数日間継続するスロースリップイベント
長期的SSE＝数ヶ月～数年継続するスロースリップイベント

逆断層のすべり豊後水道長期的SSE
GEONET GPS
1997 episode2010年SSEすべり分布
深部低周波微動源(2010/1/27-3/26)

2003 episode

Hirose, Obara et al.(2010)2010 episode

長期的SSEの特徴

短期的SSE

Mw

6.7~6.8

5.5~6.0

すべり量

11~18 cm

1~2 cm

継続期間

0.5~1 年~1週間

再来間隔

6~7 年

0.5 年

検出機器

GPS

傾斜計

超低周波地震
西南日本に発生するスロー地震の時定数
浅部超低周波地震

浅部（南海トラフ近傍）
1000d 100d 10d

1d

0.1d
1000s 100s 10s

長期的SSE

短期的SSE(0.5~5years)(2~5days)

深部（固着域深部遷移領域）

1s

0.1s

深部微動
超低周波地震深部超低周波地震
長周期波動抽出フィルター震源から放射する方向に沿う振動成分の抽出

コヒーレントな長周期波動検出に成功

Ito, Obara et al.(2007, Science)深部超低周波地震
長周期波動メカニズム= 逆断層型
深さ= 30~40km
微動や短期的SSEとも同期して発生

これらのスロー地
震がプレート境界現象である証拠

Ito, Obara et al.(2007, Science)浅部超低周波地震
浅部超低周波地震震央分布（2003-2004）

南海トラフ

Obara and Ito(2005)

スロー地震と巨大地震
南海トラフ巨大地震（間隔：約100~150年）（時定数：数分）
浅部スロー地震
深部スロー地震（間隔：約半年～10年）（時定数：数日～数年）
海洋プレートの沈み込み
プレート境界での逆断層すべり
 巨大地震と同じメカニズム

巨大地震との類似性
深部低周波微動発生域と巨大地震想定震源域
・西南日本：政府地震本部の評価
・Cascadia：日本の津波堆積物から推定された1700年の震源域

横方向の広がりが一致
西南日本

フィリピン海プレート

Cascadia巨大地震の発生様式：繰り返し性と連動性

図中の数字は地震の発生間隔（年）発生間隔や場所は必ずしも一定ではない↓発生様式の多様性

32時間の差で連動2年の差で連動
http://www.jishin.go.jp/main/chousa/13may_nankai/nankai2_shubun.pdf

深部スロー地震の発生様式：繰り返し性
微動

深部超低周波地震

各セグメントで周期的に発生
時空間的ゆらぎも大きい

86
66
2

3

4

3

3
セグメントの広がり

6
Obara et al.(2010)

24

6

8

平均再来間隔(月)深部スロー地震の発生様式：連動性
伊勢湾を挟む連動・非連動
微動

深部超低周波地震

2006/1月

Kii

NESW

非連動

紀伊東海への連動

Obara(2011)

通常、愛知側と紀伊側は別々に半年毎に活動
2006年1月と2009年5月に伊勢湾を超えて紀伊側から愛知側に連続的に移動
わずかに連動Ito, Obara et al.(2007, Science)

VLF earthquake

TremorTilt

巨大地震とスロー地震の発生様式

繰り返し性・連動性の多様性
・やや規則的はあるが、ゆらぎが大きく多様
・サンプルが多ければ、統計的に有意な経験則を提示し、物理モデル構築につながる可能性
・巨大地震の発生間隔は100年以上と、非常に長い

スロー地震の利点
・巨大地震発生域との空間的類似性
・巨大地震発生様式との類似性（繰り返し性・連動性とその多様性）
巨大地震発生様式の理解の深化に役立つ可能性スロー地震間の相互作用
1997

2003

2010

（Hirose et al., 2010, Science)

３種類のスロー地震が連動
・豊後水道長期的SSE（GPS変化）
・深部低周波微動・浅部超低周波地震
長期的SSEによるトリガリング
南海地震震源域への影響？

定常的な下端側微動
活発化した
上端側微動
長期的SSE
推定震源域
1968
M7.5
破壊域
浅部超低周波地震活発化した浅部
超低周波地震スロー地震すべり特性の時間変化
1997

2003

2010

（Hirose, Obara et al., 2010, Science)

SSEが南海トラフまで延伸する可能性

定常的な下端側微動

Dip方向に連なるスロー地震群

活発化した
上端側微動

1946年南海地震の破壊をバリア？
1707年宝永地震の津波波源と一致
すべり特性が変化した可能性

長期的SSE
推定震源域
1968
M7.5
破壊域
浅部超低周波地震

SSE延伸域活発化した浅部
超低周波地震スロー地震と巨大地震との関連性（シミュレーション）
長期的・短期的SSEと巨大地震の再現実験

すべり速度弱化 すべり速度弱化->強化

Matsuzawa, Obara et al.(2010)
すべり速度強化

結果（2次元断層モデル）

長期的SSE

短期的SSE

巨大地震•5~10年間隔の発生が再現.

•3~6カ月間隔の発生が再現.

• 巨大地震の発生に近づくと間隔が短くなる.

•巨大地震の発生に近づくと間隔が短くなる.

大地震発生前後の微動活動変化
2004年Parkfield地震M6.0（San Andreas断層）における観測事実◎直前に付近の微動活動が活発化
Nadeau and Guilhem(2009)◎直前に微動移動パターンが変化(Shelly, 2009)

・通常時両方向
・Parkfield地震発生前3か月間
南向き（震源から離れる方向）のみ

南海トラフ巨大地震との関係

http://www.bousai.go.jp/jishin/nankai/model/pdf/chukan_matome.pdf●深部低周波微動域まで拡大最大規模M9●課題 ・スロー地震域は高速破壊を食い止めるか？
・スロー地震域も高速破壊するか？

まとめ（スロー地震と巨大地震の関連性）
スロー地震と巨大地震の類似性
・横方向の広がりが一致、セグメント毎の周期的活動、連動的活動
 頻発するスロー地震の理解は類似する巨大地震発生様式の解明に貢献
 大地震発生予測モデルの検証としての活用性

スロー地震が巨大地震をトリガーする可能性
・スロー地震間のトリガー作用の存在 スロー地震域に隣接する巨大地震域への応力集中？

東北地震

スロー地震が巨大地震切迫度を反映する可能性
・シミュレーションによる数値実験
・San Andreas断層における観測例

スロー地震域と高速破壊との関係
・スロー地震域は高速破壊を食い止めるか？
・スロー地震域も高速破壊するか？

スロー地震研究が巨大地震発生予測に貢献（？）

さいごに
地震に対する理解の激変
東北地方太平洋沖地震
スロー地震

すべりの多様性・複合性

今後に向けた取り組み
・質・量ともに増加するデータを真摯に使い尽くす新たな現象の発見
既知現象の見直し
・多様性の中から物理モデルを見出す
予測の可能性