３−３

東北地方の地殻変動
Crustal Movements in the Tohoku District
国土地理院
Geospatial Information Authority of Japan［水準測量新発田市〜酒田市］

第 1 図は，新潟県新発田市から秋田県酒田市に至る南北の路線の水準測量結果である．最上段のグラフについては，今回の観測が 2015 年 8 〜 9 月，前回の観測は 2002 年であり，東北地方太平洋沖地震の地震時変動と余効変動を含んでいる．鶴岡市北部から酒田市にかけて沈降が見られる．
［GNSS

地震後の変動ベクトルおよび等変動量線図］

第 2 〜 6 図は，東北地方太平洋沖地震後の期間における水平・上下の地殻変動について，全期間の累積及び最近 3 ヶ月間の変動を，福江観測点を固定局として示したものである．第 2 〜 4 図に示す地震後の累積の図には，2011 年 4 月 7 日宮城県沖の地震（M7.2，最大震度 6 強，深さ約 66 km，逆断層・スラブ内地震，地殻変動 GNSS で水平約 3 cm 西南西と約 5 cm の隆起），2011 年 4 月 11日福島県浜通りの地震（M7.0，最大震度 6 弱，深さ約 6 km，正断層，地殻変動 GNSS で約 30 cm
水平と約 50 cm の沈降，SAR で約 2 m），2011 年 4 月 12 日長野県北部の地震（M5.6，最大震度 5 弱，深さ約 0 km，横ずれ，地殻変動北東へ約 2.6 cm），2011 年 4 月 12 日千葉県東方沖の地震（M6.4，最大震度 5 弱，深さ約 26 km，右横ずれ，地殻変動約 1 cm），2011 年 6 月 23 日岩手県沖の地震（M6.9，最大震度 5 弱，地殻変動東方向に約 1.5 cm），2011 年 7 月 10 日三陸沖の地震（M7.3，深さ 34 km，最大震度 4，地殻変動西方向に約 5 mm，左横ずれ），2011 年 9 月 17 日岩手県沖の地震（M6.6，最大震度 4，プレート境界逆断層，地殻変動東方向に数 mm）等の影響が震源近傍の観測点で見られる．
第 2 図は地震後の全期間における水平変動の累積を示す．東日本全体で東北地方太平洋沖地震の震源域に向かう余効変動が観測されている．最大の変動量は，岩手川崎 A 観測点における約130 cm である．
第 3 図及び第 4 図は，地震後の全期間における上下変動の累積を，それぞれ，変動ベクトル図及び等値線図で示したものである．岩手県三陸沿岸と奥羽脊梁山脈付近で沈降が見られる一方，宮城県から千葉県の太平洋沿岸では隆起傾向が見られる．M 牡鹿観測点の約 46 cm の隆起のうちの約5 cm は，2011 年 4 月 7 日の宮城県沖の地震によるものである．
第 5 図の最近 3 ヶ月間の水平ベクトルには，東日本全体で東北地方太平洋沖地震の震源域に向かう変動が見られ，余効変動が継続していることがわかる．この期間における岩手川崎 A 観測点の変動量は 2.2 cm となっている．
第 6 図に最近 3 ヶ月間の上下変動を示す．牡鹿半島周辺にわずかな隆起が見られるが，その他の地域では上下変動は小さくなってきており，3 ヶ月間の変動ではノイズとの見分けがつきにくくなっている．
［GNSS連続観測

地震前後］

第 7 〜 12 図は，東北地方太平洋沖地震後の東日本における GNSS 連続観測時系列である．第 7− 75 −

図に示した太平洋岸の観測点 10 点と，その西側の観測点 10 点の合計 20 観測点について，第 8 図以降に東北地方太平洋沖地震後の期間の時系列を示す．各成分の縦軸は，本震直前の値をゼロとしており，地震時及び地震後の累積の変動量を表している．そのため，沈降した地盤が地震前の高さに戻るかどうかは，上下成分がゼロに回復するかどうかで判断できる．
第 8 〜 12 図の各観測点の時系列では，東北地方太平洋沖地震の余効変動が減衰しながらも継続している様子が見られる．また，第 7 図に示した各地震の影響が，震源近傍の観測点で見られる．
第 8 〜 10 図上段に示す太平洋岸の 10 観測点では，（2）岩泉 2 観測点と（3）山田観測点を除き，地震直後から隆起が継続している．なお，岩泉観測点及び山田観測点についても，2013 年以降はそれまでの沈降傾向が反転し，隆起となっている．
第 10 図下段から第 12 図の西側の観測点 10 点では，地震直後からの沈降，または隆起が減衰しながらも継続している．
［GNSS

東北地方太平洋沖地震後の地殻変動速度］

第 13 〜 18 図は，三隅観測点に対する宮古，山田，矢本，相馬 1，銚子，皆瀬観測点の変位と変動速度を時系列で示したものである．どの観測点についても，水平変動速度は徐々に減衰しつつあるが，地震前のレベルには戻っておらず，余効変動が継続していることがわかる．上下変動速度は，銚子観測点については元の速度に戻りつつあるが，その他の宮古，山田，矢本，相馬 1 観測点については隆起傾向，皆瀬観測点は沈降傾向が続いている．なお，第 13 図の三隅−宮古基線および第 14 図の三隅−山田基線の東西成分の速度に 2015 年初頭に見られる一時的な変化は，2015 年 2 月 17 日に発生した三陸沖の地震及び 2015 年 5 月 13 日に発生した宮城県沖の地震によるものである．また，第 18 図に示される三隅−皆瀬基線の変化のうち，南北成分の速度に 2011 年秋及び 2014 年初頭に見られる一時的な変化は，2011 年 10 月下旬頃から 11 月上旬頃までの期間及び 2014 年上旬頃に発生したスロースリップイベント（SSE）に伴う地殻変動の影響，東西成分速度の 2012 年 3 月頃に見られる一時的な変化は，2012 年 3 月 14 日に発生した千葉県東方沖の地震（M6.1）によるものである．
［GNSS

東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験］

第 19 〜 27 図は，東北地方太平洋沖地震の余効変動の予測実験に関する資料である．GEONETの F3 解による地殻変動 3 成分（東西，南北，上下）の時系列データに対して関数近似を行い，これを外挿することで，余効変動の予測を試みる取り組みで，前回から時定数の異なる対数関数と指数関数を組み合わせた混合モデルによる近似結果と予測結果を報告している．ただし，こうした余効変動の予測は非常に困難で，かつ研究初期段階にあり，その手法は確立していない．
地震後の上下変動の推移が異なる各地域を代表する 4 つの観測点，宮城県の「矢本」（隆起の後，隆起），千葉県の「銚子」（隆起の後，停滞），岩手県の「宮古」（沈降の後，隆起），秋田県の「皆瀬」（沈降の後，沈降）について，それぞれ地震後 2 年間のデータによる関数フィッティングの結果と，その後現在までの（約 4.85 年間の）予測能力の評価を示した後，それぞれ地震後 20 年間の余効変動予測結果を示した．
今回はモデル（2）（ダブル対数・指数モデル）の資料を掲載している．第 20 〜 23 図は，地震後2 年間の近似期間による予測（赤）と地震後 4.9 年間の観測値（灰色）の比較を示している．図からわかるように，地殻変動は，おおむね予測の範囲内で進行しており，モデル（2）の予測能力が− 76 −

良好であると同時に，顕著なずれは見られないことが確認できる．なお，各図の下に掲載している関数近似結果および予測部分の標準偏差は，モデル（2）全体（4 観測点同時・3 成分同時推定）での値である．
第 24 〜 27 図は，モデル（2）に基づく地震後 20 年間の余効変動の予測である．今回は，直近まで（地震後 4.85 年まで）のデータを用いた予測に加え，地震後 2 年間のデータを用いた予測を併せて示している．用いたデータ期間によって，定量的には西向きへの反転時期や地震時沈降回復時期に関する予測結果が異なっている．
長期的な変動速度は定常速度に近づくことになるため，定常速度は余効変動予測において重要である．しかし残念ながら，関数近似の際の非線形最小二乗推定において定常速度を推定パラメータに含めると，グローバル解を安定的に得ることが難しい．そのため，ここではグローバル解を得るために，定常速度は推定せず，1997 年 4 月から 2000 年 3 月の各観測点の平均速度と同じであると仮定し与えている．今後，余効変動の実データによる検証を行うことによって，これらの余効変動予測モデルの実力がわかると同時に，定常速度が地震サイクルの中で一定であるかどうかがわかる可能性がある．

− 77 −

第 1 図 新発田市 ~ 酒田市間の上下変動
Fig.1 Results of leveling survey from Shibata city to Sakata city.

− 78 −

数値

第 3 図 2011 年東北地方太平洋沖地震後の累積地殻変動（上下）
Fig.3 Accumulated crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of
Tohoku Earthquake (vertical).

第 2 図 2011 年東北地方太平洋沖地震後の累積地殻変動（水平）Fig.2 Accumulated crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of
Tohoku Earthquake (horizontal).

− 79 −

第 4 図 2011 年東北地方太平洋沖地震後の累積地殻変動（上下，コンター）
Fig.4 Accumulated crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (vertical, contour).

− 80 −

第 5 図 2011 年東北地方太平洋沖地震後の地殻変動（最近 3 ヶ月，水平）Fig.5 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (three months, horizontal displacement).

第 6 図 2011 年東北地方太平洋沖地震後の地殻変動（最近 3 ヶ月，上下）
Fig.6 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (three months, vertical displacement).

− 81 −

第 7 図 東北地方太平洋沖地震前後の地殻変動（時系列）配点図
Fig.7 Time series of crustal deformation before and after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (Site locationmap).

− 82 −

第 8 図 東北地方太平洋沖地震後の地殻変動
Fig.8 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (1/5).

第 9 図 東北地方太平洋沖地震後の地殻変動
Fig.9 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (2/5).

− 83 −

第 10 図 東北地方太平洋沖地震後の地殻変動
Fig.10 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (3/5).

第 11 図 東北地方太平洋沖地震後の地殻変動
Fig.11 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (4/5).

− 84 −

第 12 図 東北地方太平洋沖地震後の地殻変動
Fig.12 Crustal deformation after the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (5/5).

− 85 −

第 13 図東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（宮古観測点・時系列）
Fig.13 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Miyako site) (1/6).

第 14 図東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（山田観測点・時系列）
Fig.14 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Yamada site) (2/6).

− 86 −第 15 図

東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（矢本観測点・時系列）
Fig.15 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Yamoto site) (3/6).

第 16 図東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（相馬 1 観測点・時系列）
Fig.16 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Souma 1 site) (4/6).

− 87 −

第 17 図東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（銚子観測点・時系列）
Fig.17 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Choshi site) (5/6).

第 18 図東北地方太平洋岸の GEONET 観測点における地殻変動速度の変化（皆瀬観測点・時系列）
Fig.18 Crustal movement velocity change at GEONET sites along the Paciﬁc coastof Tohoku area (Time series at Minase site) (6/6).

− 88 −

90-91

第 19 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験（説明）Fig.19 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011 off the Paciﬁc coast of Tohoku
Earthquake (explanation).

− 89 −

92-93

第 20 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.20 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (1/8).

第 21 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.21 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (2/8).

− 90 −

第 22 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.22 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (3/8).

第 23 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.23 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (4/8).

− 91 −

第 24 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.24 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (5/8).

第 25 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.25 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (6/8).

− 92 −

第 26 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.26 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (7/8).

第 27 図 東北地方太平洋沖地震余効変動の予測実験
Fig.27 Speculative experiments on postseismic deformation associated with the 2011
off the Paciﬁc coast of Tohoku Earthquake (8/8).

− 93 −