ひずみ22 –1-1-4

１－４．活断層集中域や火山等の歪速度の速い地域における地震発生 カ ズ
発生メカニズムの解明
解
京大防災
京大防災研
飯尾能久 井飯尾能久・井口正人・大倉敬宏
人 大倉敬宏
研究目的：
ひずみ集中帯では地殻や上部マントル中の顕著な不均質構造 流体 蓄積 起因
構造や流体の蓄積に起因してひずみ集中が発生し、地震活ず 集中 発、 震活動を引き起こすと考えられるため、活断層集中域や火山等のひずみ速度の速い地域における地殻活動の調査観測研
究は究は、ひずみ集中帯の機構解明にとって非常に重要である。
ずみ集中帯 機構解明にと非常に重要 ある
そのため、日本列島で最も活断層が集中している地域のひとつである琵琶湖西岸の活断層集中域及び火山の中でも特にひずみ速度の大きな桜島・姶良カルデラおよび阿蘇カル震
震
デラにおいて稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行い、ひずみ蓄積に影響を及ぼす不均質構造を検出し、ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を明らかにする。

成果の目標及び業務の方法H22年度
琵琶湖西岸活断層集中域の稠密地震観測を継続し、観測デ タを解析して、高精度の震源分布と地震メカ ズム解等をデータを解析して、高精度の震源分布と地震メカニズム解等を求め、これらの精細な空間変化等による活断層の深部構造を推定するとともに，精細なレシーバー関数解析を行い，琵琶湖西岸 活断層集中域西岸の活断層集中域での不均質構造の推定を試みる。
均質構造 推定を試みる
桜島・姶良カルデラ周辺においても、マグマ蓄積による不均質構造を推定するとともに，GPS観測により精密なひずみ速度を求め，その関係を考察する。
阿蘇火山周辺の地殻や上部マントルの不均質構造を捉えるため、またマグマ蓄積と周辺応力場との関係を明らかにするため 阿蘇カ デ 内外 おため、阿蘇カルデラ内外において機動的地震観測及びＧＰＳ機動的地震観測及び観測を実施する。

高精度の震源分布とメカニズム解期間
期間 :: 2008年12月20日〜2009年2月6日
2008/12/20〜2009/2/6
イベント数
イベント数 :: 300
300

震源決定 : hypomhyp((Hirata and Matsu’ura,, 1987))
速度構造 : JHD法 (渋谷・竹内, 2005大大特)

稠密地震観測によるメカニズム解への効果

P軸方位と断層の型について?

P軸のazimuthの分布
東西方向に卓越→近畿地方北部の東西方向の圧縮場に一致● 逆断層
T軸のplunge ≧ 60°● 横ずれ断層
Null軸のplunge
ll軸の l≧ 45°°
● 正断層
P軸のplunge ≧ 60°○ 中間型?

Katao et al. (1997)

高精度のメカニズム解により，逆断層型が卓越する地高精度のメカニズム解により逆断層型が卓越する地
期間 : 2008/12/20〜2009/2/6
域と横ずれ型が卓越する地域の境が明瞭になってきた．
イベント数 : 300

レシーバ関数解析

赤：本研究による観測点．
防災科学研究所のHi-net，気象庁，産業技術総合研究所，大学の定常観測点，および地震及防災科学研究所のHi-net
気象庁 産業技術総合研究所 大学の定常観測点 および地震及び火山噴火予知のための観測研究計画の臨時観測点で収録されたデータを使用しました。記して感謝致します．

レシーバ関数解析結果
H

IH’

H
I

H’II’

H
I

H’
II’

I’

レシーバ関数解析結果
HH’

傾斜:およそ30°
傾斜:およそ30II’

傾斜:およそ30°

H
I

H
H’
I’

Hirose et al., 2008
(一部改変)

レシーバ関数解析結果
FF’
F
G

G

F’
G’

G’

16/25

レシーバ関数解析結果
FF’稠密地震観測データのレシーバー関数解析により，当地域のフィリッピン海プレートの形状が明らかになってきた域のフィリッピン海プレートの形状が明らかになってきた．
傾斜:およそ20°
傾斜:およそ20G

F
G

F’
G’

G’
F
GF’G’

傾斜:およそ30°

Hirose et al., 2008
(一部改変)

レシーバ関数解析 モホ面の形状
G G’
G

本研究

GG’G’

先行研究

G G’

U
Uenoett al.,l 2008(一部改変)
18/25

レシーバ関数解析 モホ面の形状
稠密地震観測データのレシーバー関数解析により，当地
稠密地震観測デタのレシ バ 関数解析により 当地域のモホ面の形状が明らかになってきた．
G

本研究

GG’G’
G

先行研究

150200

Ueno et al., 2008(一部改変)

モホ面の形状

HG’

GH’

モホ面深度のコンター図
モホ面深度のコンタ
図
II’

琵
琶
湖

GG’

HH’
II’

単純

複雑 モホ面の形状

H’

複雑

モホ面深度のコンター図
モホ面深度のコンタ
図
I単純G

琵
琶
湖

複雑G’

HH’
I

複雑HG’

G

単純I’I’

レシーバ関数解析結果 主要な活断層直下付近でモホ面モホ面の形状がでこぼこしているように見えるがでこぼこしているように見える．
活断層は地殻全体の不均質構造を反映している可能性．

モホ面深度のコンター図複雑単純琵
琶
湖
先行研究

花折断層帯
有馬高槻断層帯

Ueno et al., 2008

桜島・姶良カルデラに関する研究
地震観測点分布
観測点：17点
本プロジェクト
2Hz：12点
2H
12点
1Hz： 5点SVO定常点：17点
桜島島内
カルデラ周辺Hi-NET：21点
桜島
1992年以降 姶良カルデラ周辺の地盤の隆起 膨張が続いており1992年以降、姶良カルデラ周辺の地盤の隆起・膨張が続いており、姶良カルデラ下約10kmの位置にマグマの蓄積が進んでいると考えられる。
2003年以降桜島および周辺の地震活動が活発化している．マグマの蓄積が周辺の地殻に歪を蓄積させていると考えられる。

桜島
震源分布

1997 2009 (N=521)
1997-20092010 (N=27)

N

火山性地震は2003年以降増加している．
火山性地震は2003年以降増加している
南岳火口直下に多く発生するが，2003年11月以降桜島の南西部や若尊火山周辺での活動が高まった．

若尊

M 0 1 2

南岳5km0若尊

0510深深度(km)2010年は7月に桜島の南西部の浅い場所で南岳多発した．

5深度(km)10

GPS観測により検出された圧力源の体積増加と地震活動との関係
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

体積積増加量（×106m3)

月別別爆発回数

A型地地震回数40

圧力源の体積増加速度が大きい時期にA型地震の活動も活発
特に2003年以降

3020
100160140120100806040
200120100
806040200

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 年

3次元トモグラフィーによるP波速度構造解析
トモグラフィーインバージョンはOnizawa et al.（2007）の方法を使用し、
姶良カルデラ領域のP波速度構造を解析した
１次元速度構造（初期構造）
初期構造

初動読み取り誤差による重みがけ

P波速度(km/s)
00

深さ(kmm)24681234567

ランクA： ±0.01s
ランクB： ±0.03s
ランクC： ±0.10s

逆数をかける2008年構造探査 読み取り値：
読み取り値 2425
臨時観測データ 読み取り値： 834
南九州の内陸地震
カルデラ内火山性地震
ブロックサイズはブズ
水平方向 4km×4km
深さ方向 1km,, 2km,, 4km,, 8km,, 12kmに仮定した

姶良カルデラ領域のP波速度構造
深さ 1km

深さ 4km

深さ 8km姶良カルデラ東縁部から南縁部にかけて高速度

桜島南部、姶良
桜島南部、姶良カルデラ
ラ
東縁部の一部に高速度

カルデラ内は低速度

桜島北部にやや低速度が見られる

姶良カルデラ中心部から北西にかけて低速度姶良カルデラ北東―南西、桜島の北西方向にかけて
高速度

P波速度構造と地震の震源分布●

深さ 8km8k●●

2001年～2010年に深さ6～10kmで発生した地震
GPS連続観測から求めた
水平変動の膨張圧力源

地震は高速度領域内とその周辺で発生増圧圧力源は低速度領域に位置
マグマ蓄積による歪集中がマグマ溜まり周辺の高速度領域に発生し、地震が発生する 能性震が発生する可能性．

RFによる姶良カルデラの速度構造
震央分布図と観測点分布図

・Origin time
1996年8月 ～ 2009年12月((SVOdata 2001〜））・マグニチュード
5.5以上
・震央距離
震央距離30 ～ 90度
京大防災研桜島火山観測所（SVO、赤四角)、
Hi-net、鹿児島大学、九州大学（SVO以外は青四角）の地震観測点データを使用

RF断面図
SD<0.3SD<03
桜島直下の不均質

低速度
高速度

高速度
低速度

○印で示されているところにモホ面の不連続
これは姶良カルデラの低速度層によるもの
姶良カルデラの下のものがばらつきが大きい、
すなわち速度不均質が大きい

RF断面図SD<0.3
桜島直下の不均質

低速度
高速度

高速度
低速度

AIRH RF in order of back azimuth

GAインバージョン AIRH

Low-Vの存在深部低周波地震
20-30ｋｍ

全RFをスタックしてGAインバージョンにより構造を求めた。

GAインバージョン FUK

Low-V無し

カルデラ東縁では低速度層が存在していない

桜島島内観測点におけるRFの例姶良カルデラのマグマ溜まりに対応している可能性
今後詳細な解析をしていく予定

桜島まとめ
姶良カルデラの地下構造を明らかにするため、レシーバ関数による地震波速度構造解析に着手
バRF断面：
姶良カルデラ下でモホ面ピークの見かけ不連続地殻内低速度層の存在を示唆
桜島島内のRFは方位により大きく異なる
不均質性 大マグマ溜まりに対応か？ 今後の検討課題

GAインバージョン：
インジ ン
深さ15km、厚さ5km程度の低速度層今後も解析を継続し、低速度層とマグマ溜まりの関係を らか する関係を明らかにする。

火山などのひずみ速度の速い地域における地震発生メカニズムの解明

阿蘇カルデラに関する研究
阿蘇周辺 は大きな縮み
阿蘇周辺では大きな縮み
・阿蘇カルデラ周辺は、九州地方において最もひずみ速度 大き 地域
もひずみ速度の大きい地域の一つ
・5×10-6の東西圧縮が観測されている桜島周辺では大きな伸び

GEONETによる九州地方の水平歪(1999‐2008)（国土地理院,2008）

阿蘇カルデラ内の地殻変動
2004年4月〜2008年4月

GPS観測点配置図

この東西圧縮の大半は、中央火口丘下の深さ約6kmと約16kmに存在する二つの収縮力源により引き起こされていることが明らかになってきた。

シルAVL1

茂木ソース
・深さ6kmの収縮力源（茂木ソース）の位置は、走時トモグラフィーにより求められた低速度領域に対応し、この位置にマグマ溜まりが存在すると考えられている（Sudo andKong 2000）
Kong,・深部（深さ16km）の収縮力源（シル）の実体は、近傍での深部低周波地震の発生によ
観測値:2004年4月〜2008年4月
新規/機材更新観測点
り流体の存在が示唆されるものの、未だ不明である。
計算値:茂木ソース（深さ：6km,３million m3減）とシル（深さ：15 5km -00.35m）の両方を仮定（深さ：15.5km,35m）の両方を仮定
火山観測施設(NIED)
いずれもAVL1固定

GEONETRFによる阿蘇カルデラの速度構造解析

XX’

阿蘇カルデラの下ではピークは二つになる。
この２つのピークは、阿蘇カルデラの浅部に存在する速度異常によるものである

RF解析に用いた観測点(黒）と各地震からの波線が深さ20ｋｍを通る地点（赤）GAインバージョンによる地殻構造解析
阿蘇カルデラ西部の下部地殻に低速度層

南部:低速度層なし

RFのGAインバージョンによって求められた構造を波線にそって投影した図•カルデラ西部の地殻深部に低速度領域が見出された•最大で15%のメルトあるいは、30%の水が含まれていることで、速度低下が、速度低説明できる
・その低速度領域はカルデラの南東部分まで広がっていない•カルデラの東部の広い領域
デには観測点がないため、地殻構造が推定できていない

Abe et al. (2010,JVGR)

新規地震観測・カルデラ内に5カ所(1Hz地震計）
カルデラ内に5カ所(1H 地震計）
既設観測点でカバｰ出来ていないカルデラ東部
・2009年7月から連続観測・2010年11月までにM>5.5の163個の地震波形を記録

震央分布図と観測点分布図

黒丸は地震からの波線が20kmの深さとなる地点

RFの例
・カルデラ北東部の観測点で得られたカルデラ北東部の観測点で得られた波形からRFを計算。方位ごとにRFをスタックして表示
・低速度層に対応するピークがない？
→低速度層の東縁を規定できる○詳細な速度構造を求めるためにはさらに波形データが必要。
2011年度も観測を継続する

同時期の水準測量の結果も2つの変動源で概ね説明可能

cm

一部合わないところがあるので、今後も稠密なGPS観測を継続し、変動源の正確に求めていくとともに2012年度には阿蘇カルデラ内での水準測量を実施予定

青線:BM1885を固定としたときの水準点の上下変動（2004年ー2008年)
黒線:茂木ソース２のみ(4黒線:茂木ソス２のみ(4.2million
2million m3減）
赤線:茂木ソース２（３million m3減）とシル（-0.35m）の両方を仮定

cm

水準路線

国道57号路線

坊中線
赤水線国道57号路線

地獄ｰ吉田線

３年間の成果と今後の実施計画
ー琵琶湖西岸活断層集中域ー
レシーバー関数解析によりモホ面の形状を推定し，琵琶湖西レシ
バ 関数解析によりモホ面の形状を推定し 琵琶湖西岸および有馬高槻断層帯から離れた地域ではモホ面は平坦であるが これらの活断層直下ではモホ面が複雑であることを見あるが，これらの活断層直下ではモホ面が複雑であることを見出した．
平均変位速度の大きな活断層は地殻全体の不均質構造を反映している可能性が考えられる．
今後は，地震観測を継続してさらにデータを蓄積することによ
今後は地震観測を継続
さら デ タを蓄積する と より，不均質構造のイメージングの精度を向上するとともに，応力場の推定を行い ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を場の推定を行い，ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を明らかにする。

３年間のまとめと今後の実施計画－桜島・姶良カルデラ－• 姶良カルデラ・桜島の地盤の膨張速度の早い時期に前後して地震発生数が増加する．
• 桜島島内の火山性地震はマグマの姶良カルデラから山頂下への移動に対応していることが推定される．
• 姶良カルデラ10km以浅の高速度領域が地震発生帯に対応し，低速度領域に膨張圧力源が位置することが分かった．圧力源の膨張により地震が発生しやすい状態にあることが分かる．
• 観測を継続して桜島・姶良カルデラの深さ10km以深の不均質構造を検出し 地震発生との関連を検討する
質構造を検出し，地震発生との関連を検討する．

３年間の成果と今後の実施計画
ー阿蘇カルデラー
レシ バ 関数のGAインバ ジョンにより，阿蘇カルデラの地レシーバー関数のGAインバージョンにより阿蘇カルデラの地殻構造を推定した．その結果，モホ面深度はカルデラ内外で変化しないこと，阿蘇カルデラの西部・北西部の約15 km ~ 21 kmの深さにS波速度が約2.3 km/s の低速度層が存在することが明らかになった．
しかし 既存観測点のデ タのみでは阿蘇カルデラ東部の地
しかし，既存観測点のデータのみでは阿蘇カルデラ東部の地殻構造解析は不可能であった．そこで，この地域をカバーするように新規観測点を展開し 地震観測を開始した
うに新規観測点を展開し，地震観測を開始した．
カルデラ東部には低周波地震の震源や深部変動源が存在している．今後は，GPS観測や水準測量により，カルデラ内外の地殻変動を詳細にとらえるとともに，地震観測を継続してデータを蓄積し 東部の地殻構造解析を行い カルデラの不均質構造を蓄積し，東部の地殻構造解析を行い，カルデラの不均質構造が応力分布に与える影響を明らかにしていく．