３ .１ .４

活断層集中域および火山等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
目次
(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・95(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度
2) 平成２０年度
3) 平成２１年度
4) 平成２２年度
5) 平成２３年度
6) 平成２４年度(e) 平成２１年度業務目的(2)

平成２１年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・97(a)業務の要約(b)業務の成果
1) 高精度の震源分布と地震メカニズム解の決定
2) 桜島・姶良カルデラ周辺における震源分布と地震メカニズム解の決定
3) 阿蘇カルデラにおける地殻変動および地震観測(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 学会等発表実績(f) 特許出願、ソフトウエア開発、仕様・標準等の策定(3)

平成２２年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・101

94

(1) 業務の内容(a) 業務題目

活断層集中域および火山等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(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス教授

飯尾 能久

iio@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同教授

西上 欽也

nishigami@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

准教授

片尾 浩

katao@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同准教授

澁谷 拓郎

shibutan@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同准教授

大見 士朗

ohmi@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

准教授

竹内 文朗

takeuchi@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同助教

加納 靖之

kano@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp同

技術職員

中尾 節郎

nakao@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

藤田 安良

fujita@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

三浦 勉

tsumiura@t01.mbox.media.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

西村 和浩

kazu1974@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

澤田 麻沙代msawada@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

米田 格

yoneda.itaru@ks7.ecs.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

多田 光宏

tada@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

非常勤職員

平野 憲雄

hirano@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同准教授

井口 正人

iguchi@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同助教

山本 圭吾

yamamoto@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同助教

為栗 健

tamekuri@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同助教

神田 径

kanda@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

非常勤職員

福井 美佳

fukui@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

研究員

相澤 広記

aizawa@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

近藤 和男

kondo@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

冨阪 和秀

tomisaka@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

山崎 友也

yamazaki@adm99.dpri.kyoto-u.ac.jp

同教授

大志万 直人osman@eqh.dpri.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

髙山 鐵朗

takayama@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

同非常勤職員

市川 信夫

同

技術職員

園田 忠臣

同教授

鍵山 恒臣

kagiyama@aso.vgs.kyoto-u.ac.jp

同准教授

大倉 敬宏

bonkura@aso.vgs.kyoto-u.ac.jp

同助教

宇津木 充

utsugi@aso.vgs.kyoto-u.ac.jp

国立大学法人京都大学防災研究所

95

同

技術職員

吉川 慎

shin@aso.vgs.kyoto-u.ac.jp

同

技術職員

井上 寛之

hiroyuki@aso.vgs.kyoto-u.ac.jp(c) 業務の目的
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や流体の蓄積に起因してひずみ集中が発生し、地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、ひずみ集中帯の機構解明にとって非常に重要である。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。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：琵琶湖西岸の活断層集中域や桜島火山等のひずみ速度の速い地域における稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行うための活断層集中域稠密地震観測装
置及び活火山地域高品位データ観測装置を整備するとともに、不均質構造やマグマ蓄積に起因するひずみ集中帯の機構解明のための観測点配置等の検討を行った。
2) 平成２０年度：地殻や上部マントルの不均質構造を捉えるため、琵琶湖西岸活断層集中域に稠密地震観測点を設置し、定期的にデータの回収と電池の交換を行った。桜島・姶良
カルデラ周辺の既設の観測坑道を利用して機動的に観測機器を設置しモニタリングを開始した。
3) 平成２１年度：稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、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から活断層の深部構造を推定する。桜島・姶良カルデラ周辺においても震源分布とメカニズム解を求め、マグマ蓄積と周辺応力場との関係を考察する。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ルデラ内外にも地震観測点と GPS 観測点を設置する。
4) 平成２２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の推定するとともに、精細なレシーバー関数解析を行い、琵琶湖西岸の活断層集中域での不均質構造の推定を試みる。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、阿蘇カルデラ内外において機動的地震観測及び GPS 観測を実施する。
5) 平成２３年度：稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、精細な地震波トモグラフィーを行い、琵琶湖西岸の活断層集中域での不均質構造の推定を試みる。桜島・
姶良カルデラ周辺においても地震波トモグラフィーを行い、当地域における不均質構造を推定し、不均質構造が応力分布に与える影響を考察する。
6) 平成２４年度：得られたデータを総合して、琵琶湖西岸の活断層集中域および桜島・姶
96

良カルデラ周辺の歪速度の速い地域における歪蓄積と地震発生メカニズムの解明を目指す。
研究成果をまとめ、公表する。ひずみ集中帯の陸域の観測で用いる機動的地震観測装置を整備するとともに、新潟県を中心とするひずみ集中帯の活断層及び活褶曲等の活構造の全体像を明らかにするための効果的な地震観測点配置等の検討を行う。
(e) 平成２１年度業務目的
稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、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から活断層の深部構造を推定する。桜島・姶
良カルデラ周辺においても震源分布とメカニズム解を求め、マグマ蓄積と周辺応力場との関係を考察する。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ルデラ内外にも地震観測点とGPS 観測点を設置する。
(2) 平成２１年度の成果(a) 業務の要約
琵琶湖西岸活断層集中域の稠密地震観測を継続するとともに、観測データを解析し、高精度の震源分布と地震メカニズム解を求め、当該地域の応力場とその形成に関係する不均質構造を推定した。桜島・姶良カルデラ周辺においても、震源分布等を求め、マグマ蓄積と周辺応力場との関係を考察した。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、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、阿蘇カルデラ内の 5 カ所において地震観測を開始するとともに、阿蘇カルデラ内の GPS 観測点を 1 つ増設し計 11カ所での GPS 観測を行った。
(b) 業務の成果
1) 高精度の震源分布と地震メカニズム解の決定
図 1(P102)に示すように、近畿地方中北部、琵琶湖西岸地域において、45 点からなる活断層集中域稠密地震観測網を運用している。半年毎に電池と CF カードの交換を行い、地震データを蓄積している。定常観測点のデータもマージした連続波形データファイルを用いて、トリガーをかけ、イベント波形ファイルを作成した。図 2(P103)に、2008 年 11 月17 日から 2009 年 3 月 31 日までの自動処理による震源分布を示す。空間的に集中した地震分布があちこちに見られ、観測点数の増加により震源決定精度が上がっていることがよく分かる。
図 3(P104)に 2009 年 3 月 8 日に京都・大阪府境、近畿地方中北部の微小地震活動が活発な地域の西端付近で発生した M3.8 の地震の波形およびメカニズム解を示す。この地震は横ずれ型を示しているが、観測点数が従来に比べておよそ 4 倍になっているため、メカニズム解の精度が非常に高くなっていることがよく分かる。図 4(P105)には、2009 年 1 月19 日に、京都市北部で発生した M1.4 の地震の波形とメカニズム解を示す。M1.4 と小さいにも関わらず、メカニズム解が非常に良く決まっている。3 月 8 日の地震は横ずれ型だったが、この地震は逆断層的なメカニズム解を示している。
97

この例のように、近畿地方中北部の微小地震活動が活発な地域では、西部では横ずれ型、東部の琵琶湖西岸地域では逆断層型のメカニズム解が卓越する。応力インバージョンによっても、花折断層付近を境に、逆断層型から横ずれ型に応力場が変化することが推定されている(藤野・片尾,2009)。地表の活断層のタイプを見ても、琵琶湖西岸断層帯、奈良盆地東縁断層帯、上町断層帯など、東部には逆断層が多い。この付近では、最大圧縮応力は東西であることが知られているため(Iio, 1996)、逆断層型の応力場ということは、南北圧縮応力が鉛直応力より大きいということである。深部の不均質構造の変形により、直上の上部地殻で平均応力が増大し、逆断層的な応力場となっている可能性がある。
2) 桜島・姶良カルデラ周辺における震源分布と地震メカニズム解の決定
桜島島内には既設の観測点が多数設置されているが、姶良カルデラ周辺の南九州には常設の地震観測点が他の地域に比べて少ない。本年度は、図 5(P106)に示すように、姶良カルデラ周辺を中心とした南九州に 17 地震観測点を設置した。南九州地域の東部は花崗岩や四万十層が露出している場所も多いが、研究対象としている姶良カルデラ周辺は火砕流が厚く堆積している場所や安山岩質火山岩の露出している場所であり、地震観測には必ずしも適した場所が多いわけではない。なるべく人家から離れたノイズの少ない場所を地震観測点に選定した。使用した地震計とデータロガーは近畿地方中北部、琵琶湖西岸地域において使用されているものと同じであり、低消費電力で長期間の観測が可能となるものである。一部の観測点では固有周期 1 秒の地震計を使用した。CF カードは 3 枚（12GB）を使用している。
地震観測点の設置は 2009 年 8 月から 2010 年 2 月にかけて行った。図 6(P107)に鹿児島県曽於市に設置した観測点の例を示す。火山噴出物で地表は覆われており、50cm 程度掘削して、地震計を埋設した。データロガーに使用した電源は車用のバッテリーであり、データロガーの記録媒体である CF カードの交換時にバッテリーも交換することとした。データロガーは低消費電力であるために、バッテリーの電圧低下は小さく、繰り返し充放電を繰り返しても問題はないと考えている。2 か月程度を目安にコンパクトフラッシュカードを交換している。
2003 年から 2007 年にかけては桜島および姶良カルデラ周辺の地震活動が活発であったが、2009 年は桜島の南岳直下および北岳において少数の地震が発生しているだけであり（図 7、P108）、地震観測点を南九州に展開してから姶良カルデラ内部および周辺の地震活動は極めて低い。姶良カルデラから東に 10km 程度離れた場所において発生した地震の波形を図 8(P109)に示す。M2.1 と地震の規模は小さいがノイズの小さい明瞭な地震波形が得られた。
3) 阿蘇カルデラにおける地殻変動および地震観測
阿蘇カルデラ周辺は、九州地方において最もひずみ速度の大きい地域の一つである。国土地理院の GPS 連続観測では、1999 年から 2008 年の間に 5×10 -6 の東西圧縮が観測されている。カルデラ近傍における GPS 観測や水準測量の結果、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。深さ 6km(浅部)の収縮力源は、走時トモグラフィーにより98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が、深部（深さ 16km）の収縮力源の実体は、近傍での深部低周波地震の発生により流体の存在が示唆されるものの、未だ不明である。そこで、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、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、阿蘇カルデラ内で地震観測および GPS による地殻変動観測を行った。
安部 (2009)は、阿蘇カルデラ内外の既設地震観測点の波形データから遠地地震のレシーバー関数(RF)を作成し、それを遺伝的アルゴリズムによりインバージョンすることにより、阿蘇カルデラ周辺の上部マントルから地殻までの S 波速度構造を求めた。その結果、阿蘇カルデラ西部の地殻深部（深さ 15.5〜21.5km）に S 波の低速度層 (Vs=2.3km/s)があること、カルデラ南部には低速度層が存在しないことが明らかになった。しかし、深部変動源や深部低周波地震が位置するカルデラ東部の構造は、地震観測点の不足により明らかにはされなかった。そこで、2009 年 7 月より、阿蘇カルデラの東部 5 カ所において、1Hz 速度型地震計（Sercel 社製

L4C-3D）と データロガー（近計システム社製 EDR-X7000）を用いた現地収録方式による連続観測を開始した。これらの観測点は、遠地地震の波線を考慮し、カルデラ東部の地殻変動源を取り囲むように配置されている（図 9、P110）。
図 10(P111)には、2009 年 11 月 24 日にトンガで発生した M6.8 の地震の観測波形が示されている。他の観測点においても S/N の良い波形が得られ、RF を作成することができた（図 11、P112）。これらの RF には、表層の低速度層による初動の遅れや、下部地殻内の低速度層によると思われる負のピークが見られている。観測が継続され、大量の波形データが蓄積されれば、阿蘇カルデラ東部の構造が明らかにされると期待できる。
地殻変動観測に関しては、2003 年に設置された GPS 観測点（10 カ所）で引き続き連続観測をおこなった。このうちの 1 カ所には新規導入した GPS 受信機（ライカ社製 GMX902）を設置した。また、カルデラ内に 1 観測点を増設し、新規導入した GPS 受信機を用いて1Hz サンプリングによる観測を開始した。国土地理院の 3 点と合わせ、阿蘇カルデラ内では 14 カ所での GPS 観測がおこなわれている（図 12、P113）。2010 年度には防災科学技術研究所による火山基盤観測点が完成し、さらに稠密な観測網となる予定である。浅部ソースと深部ソースによる地殻変動を分離することや、これらのソースでの変動が周辺の布田川・日奈久断層などの活断層のひずみ蓄積におよぼす影響を定量的に評価できると考えられる。
(c) 結論ならびに今後の課題
琵琶湖西岸活断層集中域の稠密地震観測を継続するとともに、観測データを解析し、高精度の震源分布と地震メカニズム解を求めた。その結果、これまでメカニズム解を精度良く求めることができなかった小さな地震まで高精度の解を得ることが出来た。得られたデータは、花折断層付近を境に逆断層型から横ずれ型に応力場が変化するというこれまでに当該地域で推定されていた結果と調和的であった。今後、さらに精度良く応力場を推定するとともに、その形成に関係する不均質構造の実体を明らかにすることが今後の課題である。桜島・姶良カルデラ周辺においても、震源分布等を求め、マグマ蓄積と周辺応力場との関係を考察した。2009 年度は地震活動が低く、歪速度も小さかった。2010 年 1 月ごろ
から姶良カルデラを中心とする地盤の膨張が検出されるようになった。3 月までの歪量は99

1×10 -7 であり、これまでの平均的歪速度 1×10 -7 /年の約 4 倍の速度となっている。平成22 年度は姶良カルデラ周辺に GPS 観測点を設置する予定であり、今後、地震活動が活発化するとなれば、歪速度や歪パターンと破壊源との対応関係が明らかになろう。また、周辺の地震データが蓄積されれば、歪を発生させている原因となる地殻内構造を明らかにすることが出来る。阿蘇火山では、カルデラ周辺の地殻や上部マントルの不均質構造を捉え、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、阿蘇カルデラ内の 5 カ所において地震観測を開始するとともに、阿蘇カルデラ内の GPS 観測点を 1 つ増設し計 11 カ所での GPS 観測を行った。平成 22 年度には地震観測点と GPS 観測点を増設する予定であり、また、防災科学技術研究所による火山基盤観測点がカルデラ内の 2 カ所に完成する。
より稠密な観測により、地殻内や上部マントルの不均質構造を明らかにするための地震波形データが得られていく予定である。
(d) 引用文献
1) 安部祐希: レシーバ関数を用いた阿蘇カルデラの地殻構造解析、京都大学大学院理学研

究科地球惑星科学専攻修士論文,20092) 藤野宏興，片尾浩：琵琶湖西岸断層帯周辺の微小地震のメカニズムと応力場，地球惑星関連学会 2009 年度合同大会予稿集，T224-P004, 2009.
3)

Iio,Y. ： Depth-dependentchangein

thefocalmechanismof

shallow

earthquakes:Implications for brittle-plastic transition in a seismogenic region, J.
Geophys. Res., Vol.101, pp.11209-11216, 1996.

(e) 学会等発表実績
学会等における口頭・ポスター発表
発表成果(発表題目、口発表者氏名

頭・ポスター発表の別)

発表場所(学会等名)

発表時期

三浦勉、飯尾能久、片尾

京都市(防災2010 年 2る臨時地震観測（口頭） 浩、中尾節郎、米田格、

研究所研究

月

藤田安良、近藤和男、西発表講演会)

近畿地方中北部におけ

国際・国内の別国内

村和浩、澤田麻沙代、多田光宏、平野憲雄、山崎友也、冨阪和秀、辰己賢
一、加茂正人、澁谷拓郎、大見士郎、加納靖
桜島火山の3 次元P

京都市(防災2010 年 2波速度構造と震源再決

研究所研究

月

定発表講演会）

為栗健・井口正人

学会誌・雑誌等における論文掲載なし
100

国内

マスコミ等における報道・掲載
なし(f) 特許出願、ソフトウエア開発、仕様・標準等の策定
1) 特許出願
なし2) ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし(3) 平成２２年度業務計画案
稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、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から活断層の深部構造を推定する。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 、 G P S
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ルデラ内外にも地震観測点と GPS 観測点を設置する。

101

図1

活断層集中域における稠密地震観測点(黄)と定常観測点(赤)の分布

102

図2

2008 年 11 月 17 日から 2009 年 3 月 31 日までの自動処理による震源分布図103

図32009 年 3 月 8 日京都・大阪府境 M3.8 の地震の波形およびメカニズム解

104

図4

2009 年 1 月 19 日京都市北部 M1.4 の地震の波形とメカニズム解

105

図 5

姶良カルデラ周辺・南九州の地震観測点の位置図（稠密地震観測点(黄)と定常観測点(赤)の分布）

106

図6

鹿児島県曽於市に設置した地震観測点の例

107

図7

桜島島内の火山性地震の震源分布（黒：半無限構造，赤：三次元構造）。桜島から半径 15km 以内では顕著な地震活動がなかった。

108

図8

姶良カルデラから東に 10km 離れた地点において発生した地震の波形

109

図9

阿蘇カルデラ内の地震観測点分布図

110

図 10

2009/11/24 21:47:16.60 のトンガで発生した地震の波形（手野観測点）

20.7S 173.4W 60.0km M6.8111

図 11

図 10(P111)の地震の RF（全観測点）

112

図 12

阿蘇カルデラ内の GPS 観測点分布図113