２０２３年１２⽉２６⽇

国⽴⼤学法⼈新潟⼤学
国⽴⼤学法⼈東京海洋⼤学
⻄オーストラリア⼤学
国⽴研究開発法⼈海洋研究開発機構
デンマーク超深海研究センター

東日本大震災で日本海溝底に生じた断層崖を世界で初めて発見− 有⼈潜⽔艇による超深海での観察 −新潟⼤学⾃然科学系（理学部）の植⽥勇⼈准教授、東京海洋⼤学の北⾥洋客員教授、⻄オーストラリア⼤学、海洋研究開発機構、デンマーク超深海研究セン

ター の研究者などで構成される国際研究グループは、2011 年東北地⽅太平洋沖地震（以下、「東⽇本⼤震災」という。）の震源域にある宮城県沖の⽔深約7,500m の⽇本海溝において有⼈潜⽔艇による海底調査を実施しました。その結果、同地震で隆起した海底に⾼さ 26m（7~8 階建てのビルに相当）の断層崖（ 注 1）を発⾒しました。現地で計測した地形を詳しく調べた
結果、地震が発⽣した際に⽇本海溝底では、断層に沿って海底が⽔平に 80~120m 動いたことにより先端部がおよそ 60m 持ち上げられ、その⼀部が崩壊して断層崖になった過程が⽰唆されました。

図 1. 有⼈潜⽔艇リミッティング・ファクター号【本研究成果のポイント】
 東⽇本⼤震災によって⽇本海溝の底に⽣じた隆起地形と断層崖を、有⼈潜⽔艇によって世界で初めて現地で観察・記録しました。
 観察された断層崖は、地震をおこした断層のズレが⽇本海溝の海底⾯にまで到達したと推定するこれまでの観測結果を⽀持しています。
 現地で計測した地形の解析から、地震発⽣時に震源域の少なくとも⼀部では、これまでの⾒積もりより⼤きい 80~120m もの海底の動きがあったと推定されます。

Ⅰ．研究の背景
東⽇本に甚⼤な被害をもたらした東⽇本⼤震災は、東北⽇本の地盤と、その下に沈み込む太平洋プレートとの境界で発⽣しました。震災直後から実施された様々な観測により、海溝の⻄⽅約 100km の震源（海⾯下 24km の地下）で発⽣した断層の破壊（ズレ）が、地震の揺れが続いたおよそ 2 分間のうちに⽇本海溝の海底にまで達し、付近の地盤を東に 50m 以上動かしたと推定されています。津波は海底地形の急激な変化によって発⽣するため、震災時に海溝でおこった地形変動を正確に知ることは⼤変重要です。しかし、⽇本海溝の海底が⽔深 6,500m を超える超深海（ 注 2）にあり、陸上や洋上の遠隔地から観測する以外に現地を調査する⼿段がなかったために、震災後 10 年以上経った今⽇まで、地震時に海溝で何がおこったのか詳しく把握されていませんでした。

図 2. 東⽇本⼤震災による宮城県〜東⽅沖での断層の動き（Ueda et al., 2023 の第 8 図の⼀部を加筆修正）。図中の数値は断層沿いに地盤がずれた距離(m)を表わす。A:震災時の地盤の動きから推定された地下の断層のズレ。B:今回の潜航調査から推定された⽇本海溝での断層の動き。

Ⅱ．研究の概要
2022 年 8~9 ⽉に⾏われた「プレッシャー・ドロップ号・環太平洋⽕⼭帯 2022 ⽇本航海（Ringof Fire Expedition 2022 Japan）」では、無⼈海底観測機（ランダー）と有⼈潜⽔艇を⽤いて⽇本周辺の海溝の地質と深海⽣物を調査しました。⺟船や潜⽔艇は⺠間企業によって保有・運航（ 注 3）され、潜⽔艇リミッティング・ファクター号は地球上のあらゆる深海底に到達可能な⽔深11,000m の潜航能⼒（いわゆるフル・デプス仕様）を備えています。このプロジェクトの第２次航海（Leg2）では、⽇本海溝への潜航調査が 3 回⾏われ、うち 1 回（第 123 潜航）では東⽇
本⼤震災の震源域である宮城県沖⽇本海溝の⽔深約 7,500m の海底を訪れ、地形・地質を調査しました。
Ⅲ．研究の成果
本潜航調査では、地震で隆起した地形を横断しながら海底の状況を観察・ビデオ撮影するとともに、距離と⽔深を測りながら海底地形を記録しました。その結果、⾼さ 59m と計測された隆起地形の東の縁に落差 26m の垂直に近い崖（7~8 階建てのビルに相当）があり、その下⽅斜⾯は崖から崩落したとみられる多量の岩塊で埋め尽くされていることが判明しました。隆起地

形は地震前には存在せず、地震の 11 ⽇後には観測されていたことから、今回発⾒された崖も地震時の隆起に伴って形成されたと考えられます。⼀般に内陸部でおこる地震で現れる断層崖の落差が数⼗センチから数メートルであることを考えれば、東⽇本⼤震災に伴うこの断層崖が破格の規模だったことがわかります。地形の詳しい解析から、断層によって東に 80~120m 動いた地盤の先端が急激に約 60m 持ち上げられ、断層沿いに崩落したことによってこの崖が形成されたと推定されます。⽇本海溝以外の地域も含めて、海洋プレートが沈み込む境界がずれることで発⽣した地震（海溝型地震）で現れた断層崖を海底で観察・記録した報告は、世界で初めてです。

図 3. 潜航調査で撮影した、東⽇本⼤震災の震源域における⽇本海溝の海底の様⼦。左：ほぼ垂直な断層崖の⼀部。右：断層崖の下⽅斜⾯に広がる泥の崩落岩塊。それぞれ，Ueda et al., （2023）の第 6 図および第 5 図の⼀部を簡略化）。

図 4. 潜航調査で得られた地形・地質断⾯（Ueda et al., 2023 の第 4 図の⼀部を加筆修正）。

Ⅳ．今後の展開
⽇本は排他的経済⽔域内に 5 つの海溝（千島海溝、⽇本海溝、伊⾖―⼩笠原海溝、南海トラフ、琉球海溝）があり、将来にわたってこれらの海溝域で巨⼤地震や⼤規模な津波が発⽣することが予測されています。2024 年秋には今回の調査と同じ宮城沖⽇本海溝近傍において地球深部探査船「ちきゅう」よる深海掘削（IODP 第 405 次航海：JTRACK）が⾏われ、震災直後から現在までの地下における断層の状態の変化が詳しく調べられる予定です。⼀⽅で、これまで実現できなかった海溝を含む超深海における詳細な地形調査や現地における潜航調査を多くの地点で実施することができれば、津波をおこした海底の地形変化の詳細を広域的に把握できるため、より⾼精度の災害予測に役⽴つことが期待されます。今回の有⼈潜⽔艇での断層崖の発⾒により、フル・デプス有⼈潜⽔艇が海溝での科学調査に⼤変有⽤であることが実証されました。現在、⽇本国内に超深海の海溝底に到達できる探査機や潜⽔艇はありませんが、巨⼤地震を発⽣させる海溝の近くで暮らしていく⽇本⼈にとって、超深海探査の重要性は増していくものと思われます。今後もフル・デプス有⼈潜⽔艇を含む外国の研究船による⽇本周辺の海溝の調査が複数計画されており、これらの調査によって超深海の研究が格段に進むことが期待されます。
Ⅴ．研究成果の公表
本研究成果は、2023 年 12 ⽉ 26 ⽇、科学誌「Communications Earth & Environment」に掲載されました。
論⽂タイトル：The submarine fault scarp of the 2011 Tohoku-oki Earthquake in theJapan Trench
著者：植⽥勇⼈, 北⾥洋, Alan Jamieson, Pressure Drop Ring of Fire Expedition 2022
Japan Cruise Leg2 science team（プレッシャードロップ号環太平洋⽕⼭帯 2022 ⽇本 第⼆次航海科学チーム）
doi: 10.1038/s43247-023-01118-4
Ⅵ．謝辞
本航海は Caladan Oceanic / Inkfish LLC が運航経費を負担し、⻄オーストラリア⼤学のAlan J. Jamieson 教授と東京海洋⼤学の北⾥洋客員教授が共同研究主席を務める航海として実施されました。⽇本およびオーストラリアの関係諸機関のご理解とご⽀援に感謝いたします。なお、参加各研究者の参加経費は、論⽂中に記載してあります。
【⽤語解説】（注 1）断層：地盤のズレを伴う割れ⽬。断層崖：断層によって地表がずれた際に現れた崖。
（注 2）超深海：⽔深 6,000m、あるいは 6,500m より深い海。6,500m より深い⽔深は海溝にしか存在しない。
（注 3）⺠間企業によって保有・運航：本潜航調査実施当時は Caladan Oceanic 社が保有、後に Inkfish 社へ売却され、引き続き運航されている。