１２－２

地震の初期破壊フェーズに関する観測研究のレビュー
Review of observational studies about the initial phase of seismograms
京都大学防災研究所
Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University

１．はじめに地 震 に は ，2004 年 ス マ ト ラ 地 震 の よ う に 断 層 の 長 さ が 千 km に も 達 す る 巨 大 な も の か ら ，数m 程 度 の 小 さ な も の ま で 存 在 す る こ と が 知 ら れ て い る ．驚 く べ き こ と に ，そ の 大 き さ の 範 囲 が ，断層の長さにして 6 桁にも及ぶにも関わらず，地震は互いに相似であることが定説となっている．相似とは，例えば，断層の長さと断層面上のすべり量の比が地震の大きさによらず一定であるということである．応力降下量が地震の大きさに寄らず一定であるということもできる．
相似であるなら，大きな地震と小さな地震は，単に大きさが違うだけである．そうだとしたら，地震の大きさはどのように決まるのだろうか？
一方の極端な考えは，大きな地震は小さな地震がたまたま大きくなったものであるというものである．他方の極端な考えは，大きな地震は大きな破壊の「種」を持っており，小さな地震とは最初から異なるというものである．破壊の「種」とは，高速破壊に至るまでに準静的に形成される破壊核のことを指している．
大きな地震は小さな地震がたまたま大きくなったものであるならば，波形の始まりの部分は，大きな地震も小さな地震も似たようなものであると考えられる．一方，大きな地震が大きな破壊核を持っているならば，始まりの波形は，大きな地震と小さな地震で異なっている可能性がある．
そこで，地震波形，特に，初期破壊フェーズと呼ばれる始まりの部分を精細に調べて，大き な 地 震 と 小 さ な 地 震 の 違 い を 明 ら か に し よ う と い う 研 究 が 行 わ れ て き た 1)2)3) ． 本 報 告 で は重要であるがこれまであまり知られていなかったものを簡単に紹介する．

２．大きな地震と小さな地震の始まりの波形比較
震源位置とメカニズム解が同一である大小の地震の波形を比較することが，大きな地震と小さな地震の違いを明らかにする上で最も直接的なやり方である．第１図左に，長野県西部
地 域 の 10kHz サ ン プ リ ン グ 地 震 観 測 網 4) で 得 ら れ た 一 例 を 示 す 5) ．震 源 位 置 お よ び メ カ ニ ズ ム
解 が 同 一 で あ る こ と は 現 実 に は あ り 得 な い の で ，M3 ク ラ ス の 地 震 に 対 し て ，震 源 位 置 が 500m
以 内 の 地 震 を 選 び 出 し て 波 形 を 比 較 し た ．マ グ ニ チ ュ ー ド の 範 囲 は 0 か ら 最 大 で 4 弱 で あ る ．
1996 年 か ら 2003 年 ま で の デ ー タ か ら 合 計 21 個 の ク ラ ス タ ー が 抽 出 さ れ た が ， そ の う ち の 約半数のクラスターはぎくしゃくした複雑な波形を示し，残りは，第１図左のようになめらかな速度波形を示した．ぎくしゃくした複雑な波形は取り扱いが難しいので，ここでは，なめらかな波形を示すクラスターについてのみ議論を行う．
第１図右に，円形断層モデルによる合成波形を示した．左に示された観測データと同程度のマグニチュード範囲の波形が示されている．相似則から応力降下量は地震の大きさによらず 一 定 と 仮 定 し た ．震 源 距 離 は M3 ク ラ ス の 地 震 と 同 じ と 仮 定 し ，一 番 小 さ な 地 震 の 観 測 波 形
㪄㩷㩷㪌㪋㪐㩷㩷㪄

を再現できるように，応力降下量とＱ値を決定した．
小さな地震については観測波形と合成波形はよく似ているが，大きな地震については，合成波形が直線的であるのに対して，観測波形は下に凸で傾きが時間とともに大きくなっている．また，おのおのの地震の合成波形は，そのピーク近くまで，より大きな地震の合成波形と 同 一 の 曲 線 を た ど る の に 対 し て ， 観 測 波 形 に お い て は ， 最 初 の 1ms 程 度 は い ず れ の 地 震 も同じような波形を示すが，その後，大きな地震は早い段階から上方に外れて行くことが分かる ．こ れ ら こ と か ら ，0 か ら 4 程 度 の マ グ ニ チ ュ ー ド の 地 震 に お い て ，小 さ な 地 震 は 単 純 な 破壊過程を示すのに対して，大きな地震は，最初は小さな地震と同様の破壊過程を示すが，少し 経 過 し た 後 に は ， よ り 急 激 な 破 壊 過 程 (主 破 壊 )を 示 す も の と 考 え ら れ る ．
なめらかな波形を示すクラスターはいずれもこのような特徴を示している．大きめの地震と小さめの地震は，早い段階で違いが表れており，大きな地震と小さな地震は相似ではないと考えられる．また，小さな地震でも破壊伝播速度は十分高速となっていることが，より精
細 な 波 形 の モ デ リ ン グ か ら 推 定 さ れ て い る 6) ． し た が っ て ， 大 き な 地 震 の 観 測 波 形 が 下 に 凸
で傾きが時間とともに大きくなるということは，破壊伝播速度が加速するのではなく，断層の す べ り 速 度 が 加 速 す る こ と を 反 映 し て い る と 考 え ら れ て い る 6) ． ま た ， 小 さ な 地 震 の 破 壊伝播速度が既に高速であることから，小振幅の初期破壊フェーズはゆっくりした破壊を反映しているのではないと考えられる．つまり，主破壊は，初期破壊よりも大きな応力降下量を伴う破壊であると推定される．
同様の現象はより大きなスケールでも起こっており，大地震のアスペリティの破壊とその前の前駆的な破壊の関係と同じ現象である可能性がある．地震の初期破壊フェーズに関するスケーリング則は，アスペリティが大きいほど初期破壊の断層も大きいことを反映している可能性が考えられる．
大きな地震と小さな地震の波形が最初から異なっているかどうかという問題であるが，10kHz サ ン プ リ ン グ デ ー タ に よ り 精 細 に 波 形 が 比 較 で き る ，0 か ら 4 程 度 の マ グ ニ チ ュ ー ド の地 震 に お い て ，波 形 の 立 ち 上 が り か ら 数 ms 後 の 早 い 段 階 で 既 に 異 な っ て い る の だ が ，そ れ 以
前については違っているとしてもそれは微妙であり，より精細な解析を行う必要がある．
（飯尾能久）

㪄㩷㩷㪌㪌㪇㩷㩷㪄ෳ⠨ᢥ₂
1) Iio, Y., Slow initial phase of the P-wave velocity pulse generated by microearthquakes, Geophys.Res.Lett,
19, 477-480, 1992.
2) Umeda, Y., High-amplitude seismic waves radiated from the bright spot of an earthquake,
Tectonophysics, 175, 81–92, 1990.
3) Ellsworth, W.L. and Beroza, G.C., Seismic evidence for an earthquake nucleation phase, Science, 268,851-855, 1995.
4) Iio, Y., S. Ohmi, R. Ikeda, E. Yamamoto, H. Ito, H. Sato, Y. Kuwahara, T. Ohminato, B. Shibazaki, andM. Ando, Slow initial phase generated by microearthquakes occurred in the Western Nagano prefecture,
Japan -the source effect-, Geopys. Res. Lett., 26, 13, 1969-1972, 1999.
5) ਃᶆብ৻࡮㘵የ⢻ਭ࡮ⴕ┻ᵗᐔ࡮㜞੗㚅㉿࡮ၳౝ⨃ᧁ㧘㐳㊁⋵⷏ㇱ࿾ၞߢ⊒↢ߒߚᓸዊ࿾㔡ߩᵄ
ᒻ⸥㍳ߦ⷗ࠄࠇࠆೋേߩ․ᓽ㧘ᣣᧄ࿾㔡ቇળ⻠Ṷ੍Ⓜ㓸⑺ቄᄢળ㧘P103㧘2005.
6) 㘵የ⢻ਭ࡮ၳౝ⨃ᧁ࡮ᄢ⷗჻ᦶ࡮દ⮮ਭ↵࡮᪀ේ଻ੱ࡮ጊᧄ⧷ੑ࡮ዊ᧛ஜᄥᦶ࡮ਃᶆᶈ৻࡮⦼ፒ
ᢥ৻㇢࡮૒⮮ᤐᄦ, ࿾㔡ߩᆎ߹ࠅߩᆎ߹ࠅ࡯ౣ߮࡯,ᣣᧄ࿾㔡ቇળ⻠Ṷ੍Ⓜ㓸⑺ቄᄢળ, A048, 2006.


Observed waveforms of cl9 at OT02-5x 10

Synthesized waveforms by circular fault-5x1022.521.5
10.5
0-0.5
-1-1.5-2-2.5

1velocity[m/s]velocity[m/s]

980325.015413 M3.1
980325.021534 M2.4
970606.141438 M1.8
960616.164113 M1.1
990118.041258 M0.5

0-1-2
-3

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

-4

0.1

0.12

0.14

-6x 104332

2velocity[m/s]velocity[m/s]

4

0.16

0.18

0.2

0.22

Time [s]Time [s]

10x10

-6

M2.5
M2.0M1.5
M1.0
M0.5
M0.0

10-1-1-2-200.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.1

0.105

0.11

0.115

0.12

0.125

0.13

0.135

Time [s]Time [s]╙㧝࿑ ᷹ⷰᵄᒻ(Ꮐ)ߣวᚑᵄᒻ(ฝ)ߩᲧセ㧚ਅ஥ߩᵄᒻߪ㧘਄஥ߩᵄᒻߩೋേㇱಽࠍ᜛ᄢߒߚ߽ߩ㧚
Fig.1

Comparison of observed (left) and synthesized (right) waveforms for events of an earthquake clusterthat show a smooth shape of waveforms.

㪄㩷㩷㪌㪌㪈㩷㩷㪄

0.14