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

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松本聡 （九州大学大学院理学研究院）

1. 研究の目的
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ります。このため、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目指しました。

2.2 地震観測(1) ボアホール地震観測点
ひずみ集中メカニズムのうち一つは大きな地震による地殻の変化です。これを解明する上で重要な、地震活動を詳しく調べるために、福岡県西方沖地震震源域南東部、警固断層周辺に地震計を設置しました。設置
位置は地震断層と警固断層の境界近くに位置する西戸崎と警固断層沿いの高宮地域のボアホール（深さ 40～50m）で、このボアホール内に感度の高い地震計を設置しました。これらの観測地点からのデータを蓄積し、精度のよい震源、地震発生を引き起こした力の様子がわかりました。

2. データ取得
2.1 地殻変動観測
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えらんで国土地理院が展開する
GEONET 観測点の間を埋めて、別府島原地溝帯の地殻変動をより詳細に明らかにするため、21 点の連続的または定期的に観測する点を設置して、GPS 受信機によって観測を行いました。
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ました。設置地点を図 1 に示します。

図 2 九州における地震観測点。上図）九州大学、京都大学、鹿児島大学、東京大学、防災科学技術研究所、気象図 1 九州における GPS 観測点。●：GEONET 観測点、赤丸：庁による定常観測点。下図）本プロジェクトで設置した臨時本プロジェクトで設置した点。

地震観測点。
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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(2) 機動地震観測装置
九州内で最もひずみの蓄積する速度が大きい別府
島原地溝帯を横断するように 35 点の臨時地震観測点を展開しました。これらの位置を図 2 に示します。設置は地表に可搬型の地震観測装置をおいて、数か月に一度データを回収して回りました。この観測により蓄積されたデータによって、より精度の高い震源およびメカニズム解が得られることになりました。途中、大雨などによって地震計が壊れることがありましたが、本プロジェクトでそろえた地震計を用いてすばやく対処して安定した観測データを取得できました。

では間隙流体圧が小さく、福岡西方沖地震や日奈久断層周辺では大きくなっています。すなわち、地震活動の活発な活断層地域では高い圧力の流体が存在して強度がさがっていることを示しています。また、地震が断層のように線状に起こるのではなく、3 次元的に起こっている熊本地方では低い値となりました。これらは地震活動の空間的様式と間隙水圧が関連していることを示していると考えられます。
図 3 に上記で得られた結果の模式図を示します。別府島原地溝帯では東部で地震発生層が薄く、圧縮応力が西部よりも高くなっています。そのため、ひずみが集中します。また、地溝帯内部で地震活動が活発なことは、火山や地殻の深い部分から流体が供給され、強度がさがっていることにより引き起こされている可能性があります。また、断層帯では局所的に間隙流体圧が高く、地震活動が活発ですが、断層帯の他では必ずしも活発でありません。これは、断層帯に局所的にしか流体供給源もしくはその供給路が存在していないと考えられます。

3.

解析および結果
GPS による地殻変動データ解析は本研究の観測点と GEONET 観測点のデータを合わせて、1 時間毎に推定しました。地震データについては九州の地震波速度構造を用いて、震源決定を行いました。地震観測点の密度が高いため震源の深さの精度が 1km 以内まで向上しました。この震源から微小地震活動の下限（D90）や地震の発生を引き起こす力の解析（発震機構解）や九州全体の地殻にかかっている応力の変化を求めました。
GPS データを用い求められた、九州地域のひずみ変化は、別府湾から阿蘇カルデラにかけて最大せん断ひずみが大きい領域が見出されました。また、南北ひずみを見ても別府島原地溝帯地域では南北に引き伸ばされる領域が存在することが分かりました。この結果を微小地震深さ分布の下限（D90）と比較すると、D90 が浅い、すなわち地震発生層が薄い別府地方でひずみが大きく、厚い熊本地方ではひずみが小さいことがわかりました。これは、地震発生層が別府で薄くなることによって九州の外部からの圧縮力（ほぼ東西）を小さい面積で支えることになり、相対的に応力が大きくなったと考えられます。その結果として、ひずみが大きくなると解釈できます。熊本側で応力が低下することは、発震機構解から求められた九州の地殻の応力の東西成分が、熊本では別府よりも弱まっている結果が得られています。
これは、先の解釈を全く違うデータから支持しています。
これらのひずみ、応力、地震発生層の厚さの結果から、別府から阿蘇にかけてのひずみ集中帯は外部からの力を支える地震発生層の空間的違いによって生み出されていると結論付けることができました。
さらに、本研究で得られた発震機構解を用いて、地震発生域の強度（壊れにくさ）の推定を試みました。これは断層の破壊はクーロン・ナビエの破壊基準によると仮定して、地殻の強度を低下させる間隙流体圧の空間分布について検討しました。ここでは Terakawa et al.
(2010)1) の方法を用い、九州内の地震が起こっている地域での間隙流体圧推定を行いました。これによると、大局的傾向として、別府島原地溝帯西部の熊本地域

図 3 九州における地震発生の模式図。上段が別府島原地溝帯、下段が断層帯と地震活動のない地域を模式的に示しています。地 溝 帯 では流 体 の供 給 があるために地 震 活 動 が活 発で、地震のない地域では流体による強度低下が起こらず、地震発生に至らない可能性を表しています。

4.

まとめ
九州におけるひずみ集中メカニズムは、別府島原地溝帯において明らかにされました。本研究では、地震発生層との関係が重要であることを示し、他地域での考察に寄与することができると考えられます。一方では現在の結果は定性的な解釈であり、これを定量化するために有限要素法などの数値モデリングが必要です。
また、本研究によって地震活動様式と間隙流体圧との関連が見出されようとしています。これは地震発生場の特徴を理解する上で重要な意味をもっています。発震機構解を精度よく推定することが推定法の検証や細かい空間変化推定を可能にすることから、機動的な観測研究を進めることが大切です。一方では、観測デー

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Miller (2010), High pressure fluid at hypocentral depths
in the L’Aquila region inferred from earthquake focal
mechanisms,
Geology,38(11),
995–998,
doi:10.1130/G314

タを迅速に行うべく、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が求められています。
参考文献
1) Terakawa, T., A. Zoporowski, B. Galvan, and S. A.

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