活 断層・火山 研 究部門

Research Institute of Earthquake and Volcano Geology

2021 年

6 月号

IEVG ニュースレター
Vo l . 8 N o . 2

NEWSLETTER[ 新人研究紹介 ]数値シミュレーションによる大地震発生の力学条件の解明
浦田優美（地震テクトニクス研究グループ）

はじめにた．摩擦構成則のパラメータにはスケール依存性が地震とは，地下で断層がずれ，断層周囲に蓄積さあり，岩石実験と実際の地震での値は異なると考えれていたひずみが解消される現象です．断層の一部られています（Ohnaka, 2003）．実際の地震におけで断層のずれ（断層すべり）が始まり，そのずれがる摩擦パラメータは，地震波形記録から（Fukuyama広がっていきます．ずれが大きいほど，またずれが& Suzuki, 2016），また断層すべり伝播の数値シミュ

広範囲に広がるほど地震の規模が大きくなります．

レーションを用いて（e.g., Olsen et al., 1997）推定でどんな地震が起こるかは，断層に働く応力と摩擦にきる可能性が示されてきました．

よって決まります．そのため，地震発生時の応力と私は地震時の摩擦挙動に着目した数値シミュ

摩擦挙動の解明は，地震現象とその発生メカニズレーション研究に取り組んできました．本稿では，ムの理解，ひいては将来の地震予測へと繋がりま2016 年熊本地震について，前震 - 本震系列の再現す．応力場について，地震波の解析により主応力軸に必要な主応力の大きさと摩擦パラメータを同時の向きを推定することができます（e.g., Hardebeckに明らかにした研究を紹介します．

& Michael, 2006）が，主応力の大きさを得ることは難しく，その事例は少ないです（Hasegawa et al.,2011）．断層の摩擦挙動を表現する摩擦構成則の研2016 年熊本地震の再現シミュレーション：主応力の大きさと摩擦パラメータの解明

究は，岩石摩擦実験（e.g., Dieterich, 1978）や理論

2016 年熊本地震では，マグニチュード（以下 M）的研究（e.g., Ida, 1972）によって進められてきまし7.1 の本震が発生する前の 28 時間以内に，M6 級のContents01新人研究紹介

04

お知らせ

数値シミュレーションによる大地震発生の力学条件の解明 …… 浦田優美

地質標本館の展示リニューアルのご紹介：南海トラフ巨大地震の短期予測

05 地質標本館特別展のご紹介：日本列島ストレスマップ－地震観測と AI で読み解く全国の地殻応力場－
06 リサーチアシスタントの紹介
07 外部委員会活動報告 2021 年 4 月～5 月

1

数値シミュレーションによる大地震発生の力学条件の解明

前震が 3 回起こりました．それらの前震によって，力場の主応力軸の向きは，Yoshida et al. (2016) によ断層周囲に蓄積されていたひずみの一部は解消さる微小地震解析の結果を元に設定しました．未知れ，本震が起こりにくくなったと考えられます．そ数は，主応力の大きさ 2 つと摩擦構成則のパラメーのような状況で，なぜ M7 級の本震が起こったので

タ 2 つです．それら 4 つのパラメータについては，しょうか？その疑問に答えるため，3 回の前震の後考えられる範囲で多数の値を検討しました．シミュに本震が発生するのに必要な応力と摩擦の条件にレーションを行う前に，シミュレーションの実施数ついて調べることにしました．

を減らすため，理論的考察を行いました．前震によ

まず，前震および本震の断層面を推定するため，る応力変化と本震による応力解放に必要な力のバ余震分布を精密に求め，その時間発展を詳細に調べランスを考えることで，本震の断層すべりが実現しました．3 回の前震および本震の発生に伴い，面状ないパラメータの範囲を得ました（図 1 の灰色の部の余震分布の構造が順に現れました．得られた余震分）．それらの範囲を除き，約 150 ケースのシミュ分布の構造が，3 回の前震と本震それぞれの断層面レーションを行いました．大部分のパラメータで，に対応すると考えられます．

断層すべりは断層の途中で停止し，本震の断層すべ

次に，3 回の前震に対し，推定したそれぞれの断りを再現できませんでした（図 1 の＋と△）．わず層面上に断層すべり分布を仮定し，その断層すべりか数ケースのシミュレーション結果だけが，観測による本震断層面上での静的応力変化を推定しまされた本震の断層すべりの時空間発展や最終すべした．広域応力が小さい場合には，初めの予想通り，り分布などの特徴と整合的だった（図 1 の赤丸 ; 図

前震による応力変化が，本震の震源より浅い広い領2）ことから，広域応力の大きさと摩擦構成パラメー

域で本震の断層すべりの伝播を妨げた可能性が示

タを絞り込むことができました．

唆されました．一方，震源付近では，前震の応力変化が本震の断層すべりを開始させる駆動力となり得たことがわかりました．

この研究は，大地震発生の力学条件を明らかにしそして，前震による応力変化と広域応力の和を本たというだけでなく，大地震の発生前に現実的な地震発生直前の応力分布として，本震の断層すべり伝震シナリオ（どのような地震が起こりうるか）を播の数値シミュレーションを行いました．広域応想定する観点からも重要です．大地震が発生する前

1.5
10.50

理論的考察から棄却

摩擦パラメータ Dc

σ1=100MPa, σ3=50MPa
シミュレーションから棄却0.40.8

σ1=500MPa, σ3=290MPa
1.5

1.2

1.6

2や応力場などの情報をもとに，あり得るパラメータな地震シナリオを構築でき，それらの中に実際の地震に似たシナリオが含まれることを示しています．

0今後は，地球物理学・地質学などの幅広い知見を取
0.4

0.8

1.2

1.6

摩擦パラメータ S2

図 1 断層すべり伝播シミュレーションの実施例．未知数である，主応力の大きさ（σ1, σ3）と摩擦構成則のパラメータ（S, Dc）を変えて多数のシミュレーションを実施した．理論的考察から，灰色で示したパラメータ範囲では本震の断層すべりが実現しないと考えられる．シミュ
レーションの結果，断層すべりが開始しなかった（＋），
断層すべりが途中で停止した（△），断層すべりが断層全体に広がった（○）．○のうち，赤丸のパラメータのみで本震の断層すべりの特徴を再現できた．Urata et al.
(2017) を編集．
NEWS LETTER Vol.8 No.2に，さまざまな観測・調査研究から得られた断層面範囲で多数のシミュレーションを行うことで，多様10.5

本震を再現 摩擦パラメータ S

2

今後の展望り入れ，地震発生メカニズムの解明，地震シナリオの構築に向けた研究に取り組みたいと考えています．
引用文献
Dieterich, J. H. (1978). Time-dependent friction andthe mechanics of stick-slip. Pure and AppliedGeophysics, 116, 790–806. https://doi.org/10.1007/
BF00876539

新人研究紹介

Fukuyama, E.,&Suzuki, W.

(2016).

Near-fault

deformation and Dc″ during the 2016 Mw7.1
Kumamoto earthquake. Earth, Planets and Space,68(1),194.

https://doi.org/10.1186/s40623-016-0570-6

waveforms. Earth, Planets and Space, 68(1), 161.
https://doi.org/10.1186/s40623-016-0536-8
Ohnaka, M. (2003). A constitutive scaling law and a
uniﬁed comprehension for frictional slip failure,
shear fracture of intact rock, and earthquake rupture.

Hardebeck, J. L., & Michael, A. J. (2006). Damped
regional-scale stress inversions: Methodology and

Journal of Geophysical Research, 108(B2), 1–21.
https://doi.org/10.1029/2000JB000123

examples for southern California and the Coalinga

Olsen, K. B., Madariaga, R., & Archuleta, R. J. (1997).

aftershock sequence. Journal of GeophysicalThree-Dimensional Dynamic Simulation of theResearch: Solid Earth, 111(11), 1–11. https://doi.

1992 Landers Earthquake. Science, 278(5339), 834–

org/10.1029/2005JB004144

838. https://doi.org/10.1126/science.278.5339.834

Hasegawa, A., Yoshida, K., & Okada, T. (2011). Nearly

Urata, Y., Yoshida, K., Fukuyama, E., & Kubo, H. (2017).

complete stress drop in the 2011 Mw 9.0 oﬀ the3-D dynamic rupture simulations of the 2016

Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake. Earth, Planets

Kumamoto, Japan, earthquake. Earth, Planets andand Space, 63(7), 703–707. https://doi.org/10.5047/

Space, 69(1), 150. https://doi.org/10.1186/s40623-

eps.2011.06.007

017-0733-0

Ida, Y. (1972). Cohesive force across the tip of aYoshida, K., A. Hasegawa,T. Saito, Y. Asano,S.

longitudinal-shear crack and Griﬃth’s speciﬁc

Tanaka, K. Sawazaki, Y. Urata, and E. Fukuyama

surface energy. Journal of Geophysical Research,(2016), Stress rotations due to the M6.5 foreshock77,

and M7.3 main shock in the 2016 Kumamoto,

3796–3805.

https://doi.org/10.1029/

JB077i020p03796
Kubo, H., Suzuki, W., Aoi, S., & Sekiguchi, H. (2016).
Source rupture processes of the 2016 Kumamoto,

SW

Japan,earthquake

Res.

Lett.,

43,

sequence,10,097–10,104,

Geophys.
https://doi.

org/10.1002/2016GL070581

Japan, earthquakes estimated from strong-motion
断層すべりの時空間発展
130.8˚
130.6˚
33˚
0−2 s

0

2秒間のすべり量
3m

131˚

2−4 s

4−6 s

8−10 s10−12 s

32.8˚

32.6˚

33˚

6−8 s

32.8˚

32.6˚

図 2 断層すべり伝播シミュレーションの結果．2 秒間毎のすべり量を地図上に投影．
灰色の線が本震の断層面を示す．図 1 の赤丸のパラメータを仮定した．このシミュ
レーション結果は，地震波形記録の解析結果（Kubo et al., 2016）と整合的である．
Urata et al. (2017) を編集．
NEWS LETTER Vol.8 No.2

3

お知らせ

お知らせ

地質標本館の展示リニューアルのご紹介：
南海トラフ巨大地震の短期予測

地質標本館 2 階の第 3 展示室にある，南海トラフ

わずかな地殻変動や水位の変化が現れます．「ゆっ巨大地震の予測研究に関する展示をリニューアル

くりすべり」は普段でも起きていますが，巨大地しました（図 1）．産総研では，南海トラフで発生震の前にはそれが起きる場所や頻度が変わると考する巨大地震の短期予測（数週間から数日前に発生えられています．24 時間連続観測されたデータは，を予測する）を目標に，東海地方から四国にかけ産総研と気象庁にリアルタイムで送られています．ての地域（16 地点）で地殻の「ひずみ観測」を行っ気象庁ではこれを「南海トラフ地震臨時情報」などています．南海トラフの巨大地震は 100～200 年にの発表に利用します．

1 回発生しており，最近では 1944 年と 1946 年に発新しい展示では観測の仕組みや，観測データが社生しました．巨大地震の発生を事前に知ることがで会にどのように利用されるのかを紹介しています．

きれば被害を抑えることができます．

ボーリング孔に設置しているものと同じ仕組みの各観測地点では，外界からのノイズを避けるため超高感度ひずみ計のデモ機も展示しています（図に，深いボーリング孔を掘って，その中に観測機器

2）．1 辺約 20 cm 花崗岩の立方体にボーリング孔をを設置し，海洋プレートが日本列島の下に沈み込むあけ，その中にひずみ計が固定してあります．説明

ことで生じる地殻のわずかな「ひずみ」を観測して員がいるときには，実際にデモ機に触ることができいます．その精度は日本とアメリカ大陸の距離（1ます．花崗岩を手で押すと，わずかなひずみが生じ万 km）が 1 cm 変わったことを検知できるほどです．て，それがモニターに表示されます．花崗岩が「ひこの観測は，巨大地震の発生に関係すると考えらずむ」とは不思議な気もしますが，そんな極小の変れているプレート間で発生する「ゆっくりすべり」化を観測する技術が地震の予測に使われています．

を捉えることを目的としています．「ゆっくりすべみなさんも巨大地震予測の研究に使われている技り」が起きても地表付近ではゆれが発生せず，ごく術を体験しに来ませんか？

図１（左） リニューアルされた南海トラフ巨大地震に関する研究の展示．
図２（右） 超高感度ひずみ計のデモ機．孔の中に設置されたひずみ計が見えるように，デモ機の上に鏡がついています．

4

NEWS LETTER Vol.8 No.2

地質標本館特別展のご紹介お知らせ

地質標本館特別展のご紹介：日本列島ストレスマップ－地震観測と AI で読み解く全国の地殻応力場－

2021 年 4 月 27 日から 8 月 1 日まで表題の特別展

や地殻にかかっているストレスと活断層の関係なを行っています．ここで言うストレスとは，日本列どについても分かりやすく解説しています．パンフ島の地殻にかっている力のことです．日本列島とそレットは下記からダウンロードできます．の周辺は世界でも地震が多いところで，人が揺れを感じる地震だけでなく，人が感じない小さな地震が毎日 500 個も起きています．地震は岩盤が押したり引いたりする力を受けて壊れることで起こります．

https://www.gsj.jp/Muse/exhibition/archives/2021/2021_
spring.html
標本館は新型コロナ対策のため予約制となっています．https://www.gsj.jp/Muse/

地震の起こり方を調べると，どういう向きに力が働いたかが分かります．2005 年から 2019 年の間に日本中で起きた約 6 万 7 千の地震の起こり方を調べて，日本列島にどういう力が働いているのかを地図に示しました．大きく見ると，海洋プレートが日本列島の下に沈み込むことで生じるストレスが広く見られますが，それだけではない地域性もあります．標本館の床には日本中の地震の起こり方を示した約 4 m × 3.5 m の地図が貼ってありますので，この上を実際に歩いてに日本列島のどこにどんなストレスがかかっているかを確かめてみましょう（図3，4）．また，特別展では地震の起こるメカニズム

図３

図４ 日本列島のどこでどんな地震が起きているのか，地図の上を歩いて確かめてみましょう．

特別展の様子．パーティションの裏にも解説パネルがあります．

NEWS LETTER Vol.8 No.2

5

リサーチアシスタントの紹介

リサーチアシスタントの紹介

地質変動研究グループで 2021 年 4 月よりリサー得たデータをもとに数値計算により固有透水係数チアシスタント（RA）として勤務している細野日を推定し，過去の延岡衝上断層周辺の流体の移動を向子です．2020 年度は同グループで技術研修生と推定しました．

して岩石実験のノウハウを学んでいました．本年度

RA を務める 2 年間では今まで求めた固有透水係はフィールドワーク・数値解析・実験を並行して研数の値に加えて，岩石実験を行い，現地露頭から求究を行う予定です．現在は日本大学大学院総合基礎

める値と室内実験の値を繋げていきたいと考えて科学研究科博士前期課程に在籍しています．

います．さらに研究航海などで得られる地震波トモ

私は地震の発生メカニズムについて非常に興味グラフィーとの結びつけも検討していきたいと思があります．断層面の流体圧が高くなるほど，断います．また在籍している日本大学では，紀伊半層は滑りやすくなるため，地震発生前後の断層周島の泥岩を対象にイライト結晶度と反発硬度の関辺の流体挙動の理解が地震発生メカニズムの解明

係，それらの分布と熱変成過程についての研究に携につながると考えます．断層が動くことについて，わっています．産総研は幅広い分野の研究者が多く地面に置いた段ボールを横から押して動かす様子いらっしゃいますので，分野問わず多くの方と議論を想像してください．段ボールの中身が重い（垂直をしたいと思っています．どうぞよろしくお願いし応力：大）と，押すためには大きな力（剪断応力：大）ます．（産総研への出勤日：月曜と木曜）が必要になります．段ボールの中身を軽くする（垂直応力：小）と，押す力が小さくても（剪断応力：小）楽に滑り動かせます．これは地震を発生させる断層でも同様で，ここでの段ボールを軽くするのは流体の影響となります．
卒業研究は，過去の地震発生時の断層周辺の流体挙動を推定することを目的に，宮崎県延岡市の海岸で観察可能な延岡衝上断層を対象としました．延岡
衝上断層は巨大分岐断層の陸上アナログとして研究が進んでいます．母岩の透水係数が小さい場合，流体は亀裂を水みちとして移動します．亀裂内部を流体が移動する過程で流体から鉱物が晶出したものが，現在の露頭で観察できる鉱物脈です．そこで，この鉱物脈（石英脈）の幾何情報を現地で計測して6NEWS LETTER Vol.8 No.2

宮崎県の高千穂峡で柱状節理の見学をしている細野．

外部委員会等 活動報告

外部委員会等 活動報告（2021年4 月～5 月）

2021 年 4 月 7 日

2021 年 5 月 12 日

防災対策強化地域判定会（松本（則）出席 /Web

災対策強化地域判定会（松本出席 /Web 会議）

南海トラフ沿いの地震に関する評価検討会、地震会議）

南海トラフ沿いの地震に関する評価検討会、地震防

2021 年 5 月 14 日

2021 年 4 月 9 日第 357 回地震調査委員会（宮下出席 /Web 会議）

第 358 回地震調査委員会（岡村・宮下出席 /Web会議）

2021 年 4 月 23 日

2021 年 5 月 18 日

席は web 会議））

Web 会議）東京都環境影響評価審議会（宮越出席 / 都庁（出第 40 回 地震火山観測研究計画部会（田中出席 /2021 年 4 月 26 日

2021 年 5 月 18 日

Web 会議）よるオンライン会議）

地震調査委員会長期評価部会（岡村・宍倉出席 /東京都環境影響評価審議会総会（宮越出席 /web に

2021 年 4 月 28 日

2021 年 5 月 20 日

知研究協議会（田中出席 /Web 会議）（宮下出席 /Web 会議）

2021 年 4 月 28 日

2021 年 5 月 28 日出席））

ライン会議）

第 32 回（令和 3 年度第 1 回）地震・火山噴火予東京都環境影響評価審議会（宮越出席 / 都庁（web茨城県原子力安全対策委員会（令和 3 年度

第 1 回）

第 231 回地震予知連絡会（今西・松本出席 / オン

2021 年 5 月 12 日

東京都環境影響評価審議会第二部会（宮越出席 /web によるオンライン会議）

I E V G ニ ュ ー ス レ タ ー Vol.8 No.2 （通巻 44 号）
2021 年 6 月 発行
発行・編集
編集担当

国立研究開発法人 産業技術総合研究所
活断層・火山研究部門
黒坂朗子

問い合わせ

〒 305-8567

茨城県つくば市東 1-1-1 中央第 7

Tel: 029-861-3691

Fax: 029-861-3803

URL https://unit.aist.go.jp/ievg/index.html

NEWS LETTER Vol.8 No.27