2023.9.9 京都⼤学防災研究所公開講座：地震・⽕⼭災害に備える

⽇本列島とプレートテクトニクス
防災研究所地震災害研究センター
深畑幸俊

萩原尊禮編「⽇本列島の地震，地震⼯学と地震地体構造」⿅島出版会
防災科研HPよりコピー

130˚日本における被害地震や火山災害
135˚140˚145˚150˚155˚125˚130˚135˚140˚145˚150˚・2018年⼤阪府北部地震
・2016年熊本地震
・2011年東北地⽅太平洋沖地震
・2008年岩⼿宮城内陸地震
・2007年中越沖地震，能登半島地震
・2004年中越地震
・1995年兵庫県南部地震

155˚50˚45˚

40˚

・2014年御嶽⼭
・2000年三宅島，有珠⼭
・1991年雲仙普賢岳
・1986年伊⾖⼤島

35˚

日本にはなぜ地震・火山が多いのか？

30˚25˚130˚プレート境界だから？
135˚140˚145˚150˚155˚ 125˚130˚135˚140˚145˚150˚

155˚
mmgal
-240 -180 -120 -60

060 120 180 240 300 360-10000 -8000 -6000 -4000 -2000

02000 4000 6000

日本周辺のプレート配置図
太平洋プレート・フィリピン海プレートが北⽶（オホーツク）プレートとユーラシア（アムール）プレート下に沈み込む

⽇本列島は，プレート沈み込み帯
萩原尊禮編「⽇本列島の地震，地震⼯学と地震地体構造」⿅島出版会
防災科研HPよりコピー

プレートテクトニクス

UNAVCO・地球表層は10数枚のプレートに分かれて剛体的に相対運動・プレート境界で様々な地学現象（地震，火山，山地形成など）が生じる

プレートテクトニクス：３種類の相対運動（USGSのHPより）ずれる

トランスフォーム断層

拡がる

海嶺

狭まる

海溝（プレート沈み込み帯）

地震の震源分布

M4.6以上，2020〜2022年

プレート境界をほぼ埋め尽くす

by USGSM6.5以上，最近50年間（1973〜2022年）

by USGS

海嶺では⼤地震は発⽣しにくいM8.0以上，最近100年間 (1923 〜 2022年)

by USGS

⼀部の沈み込み帯（伊⾖，マリアナ，琉球，チリ南部，エーゲ海，カリブ海など）では巨⼤地震はほとんど起きないM6.6以上，最近100年間，15km以浅
プレート境界に加え⽇本の内陸（本州）で活発な地震活動
沈み込み帯は，共通の特徴だけでなく顕著な個性も持つ

by USGS140˚145˚

150˚

155˚

125˚130˚135˚140˚145˚150˚

そもそも
地形にも顕著な違いが

155˚
50˚

日本列島は、島弧の集合：

45˚・千島弧
40˚

・本州弧（東北＋西日本弧）

・伊豆弧

35˚・琉球弧
本州弧だけ，幅が広く地形も⾼い

30˚

何故，島弧はできるのか？

25˚140˚

145˚

150˚

155˚

125˚130˚

135˚140˚

145˚

150˚

155˚

データ：Sandwell & Smith (1997)

海洋プレートの沈み込みに伴う島弧ー海溝系の形成

沈み込み帯の変位の食い違いモデル(Matsu'ura & Sato 1989)
6789_:`abcdef:QR
変位の食い違い（断層運動）

23$%&!'/01!"#$%&!'()*+,-./01

長期間の沈み込み ≒ 一定速度の沈み込み運動（地震は摂動）

456789:;<=<>?@A6789BCDEF:
GHIH(dislocation)JKLMNOPQRPSMT
粘弾性体：
弾性体（ex. バネ）と粘性流体（ex. ⽔あめ）の性質を併せ持つ
cf. マントル対流，⽔EF:GHIHDUVWXYMEZ[J\]^MTプレート沈み込みモデル

プレート境界に変位の食い違いを与えたことによる変形場
Fukahata &Matsu'ura (2006)

20倍に拡⼤島弧の隆起
海溝の沈降が再現

海洋プレートが沈み込むと，なぜ島弧が隆起し，海溝が沈降するのか？

特殊な断層運動の思考実験

Fukahata & Matsu'ura (2016)

・無限に長い横ずれ断層上の一様すべり
無変形（平⾏ブロック運動のみ）
曲率ゼロの特殊な場合
・円筒形の仮想的断層上の一様滑り

無変形（回転ブロック運動のみ）
⼀般に断層の曲率が変化すると，変形が⽣じるプレート境界面での変位の食い違い＋重力の効果
Fukahata & Matsu'ura (2016)

プレート境界を円弧で近似

プレート境界面での変位の食い違い＋重力の効果
Fukahata & Matsu'ura (2016)

プレート境界を円弧で近似

重力

島弧

海溝外縁隆起帯

沈み込み帯の２次元的特徴が理解できた！

沈み込み帯の変位の⾷い違いモデル： ３次元的効果（屈曲した海溝での沈み込み）
海溝軸
深さ3kmにおけるプレート境界-50-5050-50-5-500x[km]5010000 01000-550

100-10-100x[km]-100 -50-10-100-100 -500x[km]

50050

100
1000 050-5 -5-50555150150
10005050

0-50-50-50-100-100 -50

50 50

150

50 0 -5y[km]05 5150
150200200

50-10-100-100 -50

050

100

-5-5-50

海溝軸の屈曲部付近で島弧側に顕著な沈降屈曲が⼤きいほど⼤きな沈降域-50-50-10-100-100 -50-100-10-100-10-100-10-100x[km]x[km]-100-50-50 0 0 50 50 100
100-100 -50
-50
100
-100
-100x[km]x[km]500-50-50
100

10000 0Uplift rate [mm/yr]-50100100

1000510Uplift rate [mm/yr]
Uplift rate [mm/yr]

0050

150

200
200200150150

101025010250

Uplift rate [mm/yr]

100
05y[km]
y[km]

50

5150

y[km]

50

100

y[km]

100

y[km]

y[km]

150

200200200

Uplift rate [mm/yr]

5150

10250
10250

10250

200
200

Uplift rate [mm/yr]

200-100-100 -50

1025025010250

θ=-60°

θ=80°

Uplift rate [mm/yr]
Uplift ratey[km] [mm/yr]

250

θ=60°

y[km]

250

θ=40°

θ=80°
θ=-40°

y[km]
y[km]

θ=20° 10250

θ=60°
θ=-20°

Uplift rate [mm/yr]

θ=40°

Uplift rate [mm/yr]

θ=20°00-10050100-10-100-10x[km]100-100 -50
5050 100x[km]x[km]

0x[km]

海側に凸に屈曲の場合は隆起（Mori & Fukahata, in prep.)重力異常（フリーエア）
125˚50˚130˚135˚140˚145˚地形

150˚155˚125˚130˚135˚140˚145˚150˚155˚50˚45˚45˚40˚40˚35˚35˚30˚30˚25˚25˚125˚130˚135˚140˚145˚150˚155˚125˚130˚135˚140˚145˚150˚155˚mmgal-300 -240 -180 -120 -60

060 120 180 240 300 360

重力平衡（アイソスタシー）からのずれを表す-10000 -8000 -6000 -4000 -2000

02000 4000 6000

データ：Sandwell & Smith (1997)

重力異常（フリーエア）

データ：Sandwell & Smith (1997)

フィリピン海スラブの形状 (CAMP Model: Hashimoto et al. 2004)
131˚E

132˚E

133˚E

134˚E

136˚E

137˚E

138˚E

139˚E

PAC

NE Japan

HONSHU

NT

36˚N

TB

PHSL
IST

Western Japan

35˚N

等深度線：
10 km間隔

37˚N

JT

37˚N

RT

140˚E

NA

AM

36˚N

135˚E

35˚N

IBKU

IKO
H
S

KYUSHUKii Stra

34˚N

Izu

KP

34˚N

Central Japan

it

33˚N

aikn
Na

32˚N

131˚E

132˚E

133˚E

134˚E

135˚E

ghuo
Tr

136˚E

Fig. 1

33˚N

32˚N

137˚E

138˚E

139˚E

140˚E

after Fukahata (2019)

沈み込み帯の変位の⾷い違いモデルは，島弧の隆起，海溝の沈降など，島弧ー海溝系に共通する特徴を⾮常にうまく説明する
しかし，島弧の個性（幅や⾼さの違いなど）の説明には不⼗分

測地（GNSS）
データ

変形場に変換Okazaki et al. (2021)

逆解析（インバージョン解析）の⼿法 (Fukahata et al. 1996) を応⽤
１. モデル変位速度場 u を基底関数 Φj,x (x)の重ね合わせで表現（基底関数展開）:

Mux (x) = ∑ a j,xΦj,x (x) （a：展開係数）
j=1

２．観測データ d とモデル場 u の関係（観測⽅程式）:Md x (x i ) = ux (x i ) + ex (x i ) = ∑ a j,xΦj,x (x i ) + ex (x i )j=1

d x − H xa x = e xe：誤差（残差）

ベクトル・⾏列表記

３. 先験的情報（ベイズインバージョン）：平滑化の拘束条件∫ (∂u ∂x ) dx = a Ga ：変位速度場の２階微分の総和が⼩さくなるべき
2TX

残差⼆乗和

ABIC最⼩平滑化条件

評価関数： s(m;α ) = (d − Ha) (d − Ha) + α a Ga
2T2 T

両者の重み α2 をABIC最⼩の規準(周辺尤度最⼤化；Akaike 1980)で決めた後，評価関数を最⼩化することで展開係数 a を求める

変位速度場

東向き速度

北向き速度

Okazaki, Fukahata& Nishimura (2021)

並進成分は変形に寄与しない

⾊が⼤きく変わるところに変形（歪み）が集中

⽇本列島の歪み速度場
期間：2006年1月〜2009年12月
面積歪み

新潟-神戸
ひずみ集中帯主歪み

伸張短縮

本州では東⻄圧縮が卓越

Okazaki, Fukahata& Nishimura (2021)

３つの期間の⾯積歪み速度場
1997.1 – 1999.12

2006.1 – 2009.12

深畑ほか (2022, 地学雑誌)
2017.10 – 2020.9

・時間的には概ね定常．但し，大地震域，火山周辺を除く．
・空間的には大きな変化．但し，特定の地域（ex. 新潟神戸歪み集中帯）のみに局在しない

プレート境界は日本列島のどこを通るか？
・日高山脈
・日本海東縁・新潟神戸歪み集中帯 など
変動帯では，変形が極端には局在しない（剛体近似が不適当）

プレート境界を１本の線で表すことは不適切
プレートテクトニクスの限界
瀬野(1995)

Depth = 16.6 km(b)

地震波からの情報

P波の到着
P-wave onset
2006/10/17 11:35(M2.7)

N.JUOHN.DGOH

押しN.KIBH

UD-Comp. 2-20 Hz

N.THGH

0.2 s

2011/03/22 02:00(M3.1)

Figure 3

引き
Kato et al., (2011)に加筆

地震のメカニズム解 地震発生に関わる力を図示
正断層

逆断層

右横ずれ断層地震のメカニズム解（震源球､ビーチボール）

地震のメカニズムから推定される応力場
地震による応力解放パターン(寺川・松浦,2009)

本州は東西圧縮
一方，伊豆・南西諸島は伸張

地震のメカニズムから推定される応力場
南西諸島：南北引張

本州：東西圧縮(寺川・松浦,2009)なぜ東⻄圧縮となるのか？
太平洋プレートが沈み込みつつ，⽇本列島を押すから？

なぜフィリピン海プレートは押さないのか？
太平洋プレートは古いから？

萩原尊禮編「⽇本列島の地震，地震⼯学と地震地体構造」⿅島出版会
防災科研HPよりコピー

古い太平洋プレートが沈み込む所で地殻が伸張

マリアナトラフの拡大：
マリアナ諸島の背後に海洋底（縁海）ができつつある

沖縄トラフ（琉球海溝の背後）でも拡大が進行中

黒矢印： 縁海の形成に伴うマリアナ弧の運動

Hashima et al. (2008)
データはKato et al. (2003)

日本海の形成（約2000〜1500万年前）
日本海観音開きモデル

当時は強伸張場Otofuji et al. (1985) に加筆
⼭賀進⽒のHPを参考

古地磁気データ（昔の北の方角を保存）に基づく

東北日本はかつて伸張場だった。３百万年前頃 圧縮場に移行鎮⻄(1995)

1500 〜 800万年前

800 〜 300万年前

弱伸張場

弱圧縮場

300万年前以降

強圧縮場

太平洋プレートの運動は，最近4300万年間ほぼ⼀定
ホットスポットのモデル

NOAA

ホットスポット火山列（ハワイ海山列の例）
http://quakeinfo.ucsd.edu/~gabi/erth1
5-05/lecture09/hawaii-diag.jpeg

近畿地⽅も100〜200万年前以降強い東⻄圧縮
⼭地群が逆断層で隆起
近畿地⽅の陰影図

藤⽥和夫「⽇本の⼭地形成論」

by 堤

伊⾖弧の本州弧への衝突
伊⾖弧を載せたフィ
リピン海プレートは，かつてほぼ北向きに運動していた

伊豆弧の北上により，櫛形山，御坂、丹沢，伊豆半島などが次々と衝突
古地磁気データによる古緯度の推定（⼩⼭⽒HP)しかし，フィリピン海プレートは，約３百万年前に北⻄へ運動⽅向を変化

天野他(2007)フィリピン海プレートの北⻄への移動による圧縮場の形成(高橋, 2006)

フィリピン海プレートの運動⽅向が北から北⻄に変化

伊⾖・⼩笠原海溝が⻄へ移動
太平洋プ
レートは連続⽇本海溝も⻄へ移動

本州が東⻄圧縮⾼橋(2008)産業技術総合研究所
地質情報研究部⾨⾼橋雅紀⻄⽇本の内陸⼤地震は、南海地震の前５０年、後１０年に頻発

南海地震： 宝永
1707

安政
1854

昭和1946(Hori & Oike, 1996, 1999)

er map.

kes in997).

fore the next great interplate earthquake (Shimazaki,
⻄⽇本の内陸⼤地震の発⽣モデル
1978). In the second group, stress changes causedby large intraplate earthquakes make other intraplate

東西圧縮による定常的応力増加 ＋ 南海地震による摂動

Japan
urred
de afuakes.
uakes
aftertimes
Fig. 4. Hypothetical change in stress onHori
an &inland
fault (modifiedOike (1999);
Shimazaki (1978)n thefrom Shimazaki, 1978). ∆− , T and −P are the decrease of stresscaused by a great interplatetime interval between
seis減少 earthquake,
南海地震前に⼤地震（上図の例）
the great interplate earthquakes and rate of increasing tectonic
i and 南海地震により応⼒が増加
南海地震後に⼤地震

ity instress on the fault, respectively. ∆− =T represents the rate ofstress change caused by back slip on the plate boundary where
the great interplate earthquakes occur. A large earthquake cannot

近畿地⽅では？
南海地震

＜前＞

応⼒減少

Shikakura, Fukahata& Hirahara (2014)＜後＞

近畿地⽅は南海地震前が危ない！

歴史記録に基づく

東北沖地震前後の⾯積歪み速度の⽐較
2006.1 – 2009.12

深畑ほか (2022)

2017.10 – 2020.9

2011年東北沖地震により，東西短縮速度が鈍化
一方，能登半島群発地震のような活動も誘発応⼒場は⽕⼭活動とも密接な関係

中国地方の単成火山群

⼩倉(2004)：
⽇本の地形６
近畿・中国・四国

単成⽕⼭： ⼀度だけの噴⽕で形成
圧縮的な応⼒場で⽣じにくい （中村, 1989）

超巨大噴火（カルデラ噴火）：中立的応力場で生じやすい
超巨大噴火と広域テフラ

超巨大噴火の時系列

北海道〜青森九州

九州では最近約10万年で４回

前野(2016; ⽇経サイエンス, no.217, p113)

東北地方もかつて（中立的応力場の時代）
は多くのカルデラ火山

吉⽥武義(2017, ⽇本地⽅地質誌2,東北地⽅p130)

姶良カルデラ⼊⼾⽕砕流(約３万年前)南九州⼀帯に⽕砕流が襲来
ピンクの点にも⼩規模な⽕砕流の跡

川内原発にも約１０ｍの⽕砕流が到達と推定

超巨⼤噴⽕：（巨⼤隕⽯衝突を除けば恐らく）最⼤の⾃然災害＋

原発事故：戦争と並ぶ最⼤の⼈為的災害

最強・最悪の複合災害（宝⽥他，2022；
産総研）

⽕⼭灰も広範囲に
京都・⼤阪：数⼗ｃｍ
東京：10cm超
降灰にも放射性物質：

福島原発事故の再来・住⺠パニック
・外国からの⽀援の停滞
・⽇本難⺠への差別，受⼊拒否

⽇本国存⽴の危機に阿蘇４の⽕砕流（約９万年前）

層厚50 cm（辻⽒の報告）
RKBオンライン

https://rkb.jp/news-rkb/202209110109895/

＜九州における超巨⼤噴⽕＞
10万年で４回 ≒ １年当たり２.５万分の１
cf. 巨⼤隕⽯による⼤量絶滅：５億４千万年間で１回だけ

交通事故死：年間約３千⼈ ≒ ４万分の１

超巨⼤噴⽕の⽅が確率が２倍近く⾼い！
１００年間，原発が稼働したとすると， ２５０分の１⽇本国の命運を賭けるには⾼過ぎる確率では？
加えて，それ以外の危険も（地震動，津波，老朽化，戦争，テロ）

地質学的に脆弱な⽇本で原発を動かすことはロシアンルーレットを回しているようなもの

（総合資源エネルギー調査会⾃主的安全性向上・＜経産省資料による安全⽬標＞ 技術・⼈材WG 第5回会合 資料1 ）福島第⼀原発事故を踏まえ、発電⽤原⼦炉については、事故時のセシウム137の放出量が100TBqを超えるような事故の発⽣頻度は、100万炉年に1 回程度を超えないように抑制されるべき。(テロ等によるものを除く)
セシウム137の放出量が100TBq： 福島原発事故の約1/100

超巨⼤噴⽕による危険は，発⽣頻度で１桁以上，放出量で２〜３桁ないしはそれ以上
安全⽬標を上回る
仮に１千万⼈が被災するとすれば，年平均４００⼈

しかし，その危険性は事実上無視され続けている（かつての津波と同様）
⽇常性バイアスの悪例

まとめ
・⽇本列島は，海洋プレートが地球内部に沈み込むプレート沈み込み帯に位置するため地震が多い．中でも東北地⽅〜近畿地⽅に特に地震が多いのは，フィリピン海プレートが北⻄⽅向に運動することに起因する東⻄圧縮のためと考えられる．
・南海地震発⽣の前50年，後10年に⻄南⽇本で内陸地震活動が活発化することが知られているが，近畿地⽅では，南海地震前が特に危険である．
・超巨⼤噴⽕（カルデラ噴⽕）は，九州および⻘森以北で繰り返し起こってきた．超巨⼤噴⽕が原⼦⼒発電所に与える影響を軽視するのは極めて危険である．