３．１．８

伸張場におけるひずみ集中メカニズムに関する研究

目

次

(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・181(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
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２３年度業務目的(2)

平成２３年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・182(a) 業務の要約(b) 業務の実施方法及び成果
1) 地殻変動観測a) 観測点設置に関する基本設計b) 観測データ
2) 地震観測a) ボアホール地震観測点b) 機動地震観測装置
3) 九州中部における応力場の推定(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 成果の論文発表・口頭発表等(f) 特許出願,ソフトウエア開発，仕様・標準等の策定(3)

平成２４年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・188

180

(1)

業務の内容

(a) 業務題目

伸張場におけるひずみ集中メカニズムに関する研究(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス

国立大学法人九州大学大学院 准教授

松本 聡

matumoto@sevo.kyushu-u.ac.jp

理学研究院
同教授

清水 洋

shimizu@sevo.kyushu-u.ac.jp

同准教授

松島 健

mat@sevo.kyushu-u.ac.jp

同助教

植平 賢司

uehira@sevo.kyushu-u.ac.jp(c) 業務の目的
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るため、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図る。
(d) ６か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 平成１９年度：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ひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を実施するための伸張場地殻活動検出装置、伸張場地震活動観測装置、伸張場機動地震観測装置を整備するとともに、伸張場における詳細な地表変形、地震活動、地震波速度構造を推定し、ひずみ集中機構の解明を図るために最も効果的な調査観測点配置等の検討を行った。
2) 平成２０年度：伸張場における地殻の活動を把握するため、19 年度経費によって整備した GPS 受信機（伸張場地殻変動検出装置）をひずみ集中の起こっている別府島原地溝帯へ展開する計画を決定すると共に一部展開した。また、地震発生後のひずみ変化に伴う地震活動変化を正確に把握するため、福岡県西方沖地震及び警固断層地域に伸張場地震観測装置を設置する具体的な計画を策定し、一部設置した。既存の地震観測網を補完して分解能を向上させるための、機動的地震観測装置を設置できる状態に点検、処理プロセスを整備した。一方、ひずみ蓄積メカニズムを知る上で重要な応力場の情報を得るための予備的解析として、現有の地震観測網でのデータを用いたストレステンソルインバージョンを行った。
3) 平成２１年度：展開した GPS 観測データを解析し、地表変形の状態（地殻変動）の把握を進めた。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求められた。また、南北ひずみを見ても別府島原地溝帯地域では南北伸長帯が存在することが分かった。また地震観測を継続し、詳細な地震活動データを得た。その結果、別府島原地溝帯、特181

に九重などの火山周辺での震源がより精度よく決定された。
4) 平成２２年度：伸張場における地殻の活動を把握するためGPS受信機（伸張場地殻変動検出装置）をひずみ集中の起こっている別府島原地溝帯へ、福岡県西方沖地震及び警固断層地域に伸張場地震観測装置を設置完了し、データの蓄積をしている。また、機動的地震観測装置での観測を継続した。更に臨時観測点を増強し、詳細な構造推定のデータ取得を開始した。
これらのデータより、今年度は福岡県西方沖の地震観測データの解析により、断層セグメント境界に応力場がゆがめられていることが明らかになった。また、別府島原地溝帯では、臨時地震観測網でのデータを用いた微小地震の再読み取り、発震機構の再決定を行った。その上でストレステンソルインバージョンを行った。これらにより、別府島原地溝帯では間隙水圧が高いなどのために強度が小さい可能性が見出された。
5) 平成２３年度：上記測線の観測データを解析し、地殻変動を把握する。また地震観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。また、地表変形のデータから変形モデルの考察を行う。また、分解能向上のため、機動地震観測の移動、再展開を行う。
6) 平成２４年度：地表変形、地震活動、地震波速度構造等の解析結果を総合し、伸張場におけるひずみ集中機構の解明を目指す。
(e) 平成２３年度業務目的
平成 20～21 年度に別府島原地溝帯地域に設置した伸張場地殻活動検出装置から地表変形の状態（地殻変動）を把握するデータの蓄積を行うとともにこれらのデータ解析を進める。特に時空間分解能の高い地表変形を推定する。伸張場地震観測装置による 2 観測点での観測を継続し、詳細な地震活動データを得る。また、平成 21～22 年度に阿蘇地域を中心とする別府島原地溝帯に設置した 155 台の伸張場機動地震活動観測装置のデータを用いて構造解明のための解析を行うとともに、ひずみ集中の大きな九重火山地域を通る、地溝帯に直交する測線に伸張場機動地震活動観測装置を移設する。
(2)

平成２３年度の成果(a) 業務の要約
平成 23 年度は、別府島原地溝帯に設置した GPS 受信機（伸張場地殻変動検出装置）、福岡県西方沖地震断層近傍の伸張場地震観測装置のデータの蓄積を継続している。また、機動的地震観測装置を別府島原地溝帯に直交するようにこれらを配置し、観測データ取得を蓄積し、別府島原地溝帯、特に九重などの火山周辺での震源がより精度よく決定された。
これらの解析により、警固断層地域においては断層セグメント境界において強い不均質が存在し、応力場がゆがめられていることが明らかになった。また、別府島原地溝帯では、ひずみ蓄積メカニズムを知る上で重要な応力場の情報を得るために現有の地震観測網でのデータを用いた微小地震の再読み取り、発震機構の再決定を行った。そのうえでストレステンソルインバージョンを行った。これらにより、別府島原地溝帯では間隙水圧が高い等のために強度が小さい可能性が見出された。また、地震発生層の下限を見積もり、断層地182域と火山地域では明瞭な違いが見出された。さらに、別府島原地溝帯内で地震発生層の厚さが変化していることが明らかになった。
(b) 業務の実施方法及び成果
1) 地殻変動観測a) 観測点設置に関する基本設計ⅰ) 土地選定
20 年度に伸張場地殻変動検出装置（GPS 受信機）を設置するための計画を詳細に検討し、設置位置を決定した。これらはひずみ集中を１）大局的に把握する、２）変動が大きな位置において把握する方針であり、これに従い、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選定した。国土地理院が展開する GEONET 観測点を補完し、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 点の連続観測点とキャンペーン観測点を増設し、観測を継続した。
ⅱ) 設置
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た。設置地点を図 1 に示す。設置位置と関連する GPS 観測地点も図中に示した。

図1

九州における GPS 観測点●：GEONET 観測点、赤丸：伸張場地殻活動観測装置設置点。

183b) 観測データ
設置した観測点においては、連続データ収録を開始し、現在システムを運用開始・調整中である。図 2 に観測された GPS データを示す。

図2

BGRL 観測点（左図中の矢印で示す点）における観測記録

解析は Bernese GPS Software Ver. 5.0 を用い、IGS 精密暦、IGS の地球回転パラメタを使用した。大気伝搬遅延量は GMF マッピング関数を Bernese に組み込み、1 時間ごとに、また大気伝搬遅延勾配は 6 時間ごとに推定した。
2010 年 1 月～5 月まで 1 週間ごとの各観測点の短期再現性を調べたところ、南北成分で1～4 mm、東西成分で 1～8 mm、上下成分で 3～13 mm であった。また、1 年以上の観測期間がある観測点の観測点速度は周辺の GEONET 観測点の速度と調和的であることが確認された。国東半島から西都市に至る測線と久留米市から延岡市に至る測線において、測線に沿う方向と直交する方向の観測点速度を調べたところ、測線に直交する方向の観測点速度は断層を挟んで変化していることが分かった。
国土地理院が展開する GEONET 観測点の F3 座標解を使って九州地域のひずみ変化を求めた。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求められた。また、南北ひずみを見ても別府島原地溝帯地域では南北伸長帯が存在することが分かった。しかし、九州中部の広い範囲が南北伸長であることも分かった。
2) 地震観測a) ボアホール地震観測点
19 年度に整備した装置は、ひずみ集中メカニズムを解明する上で重要な要素である、地震活動を高い精度で観測する装置である。特に、地震後のひずみ集中を検出するために福岡県西方沖地震震源域南東部、警固断層周辺に設置することが適切であると判断した。これらは地震断層と警固断層の境界近傍に位置する西戸崎及び警固断層沿いの高宮地域・高184

宮浄水場内にある、既設の地震観測地点に導入した。
これらの地震計及び本学独自の計画により導入された地震観測点を合わせて解析した。
その結果、この地域の微小地震活動把握能力が向上した。この地域の微小地震活動は大分県北西部の地震活動域から徐々に震源が深くなっており、地震発生層がひずみ集中帯である別府島原地溝帯から警固断層帯に向かって徐々に厚くなっていることが明らかになった（図 3）。

図3

福岡県西方沖地震及び警固断層周辺の 2009.11-2011-2 の微小地震震源分布185b) 機動地震観測装置
福岡県西方沖地震の被害が大きかった玄界島において、21 年度は地震計アレイ観測を行い、良好な自然地震の記録が取得できた。解析を進めた結果、玄界島及び警固断層南東端に強い散乱体がイメージできた。この後、別府島原地溝帯を横断するように機動観測装置15 点の臨時地震観測を開始した。22 年度は 10 月から更に増強し、現在 35 点の臨時観測点の展開を行っている。これらの分布を図 4 に示す。これらの観測により、蓄積され始めたデータによって、より精度の高い震源及びメカニズム解が得られることになった。23 年度
は移設、再配置を計画していたが、東北地方太平洋沖地震発生後の地震活動変化を均一の観測網で捉えるために再配置をせずに、観測を継続した。

図 4 九州内陸に展開されている地震観測点（九州大，京都大，鹿児島大，防災科研，気象庁）（左図）及び展開された臨時観測点（右図）。

3) 九州中部における応力場の推定
今までに地震波速度トモグラフィーによって得られている別府島原地溝帯の大規模な構造は、別府島原地溝帯の浅部及び深部では相対的に低速度になっており、ひずみが集中しやすい構造であることが示されている。
そこで、現在得られている九州内の浅発地震の再験測を行い、ストレステンソルインバージョンを行った。これらの結果を図 5 に示す。これらは 23 年 8 月までのデータを三次元速度構造に基づいて再決定し、計算した。別府島原地溝帯内部においては他の地域に比べて正断層成分が卓越した応力が得られている。これは、別府島原地溝帯ではσ 1 σ 2 がほかの地域より近い、即ち水平最大圧縮応力が相対的に小さいことが示している。この結果は水平最大圧縮応力が他に比べて小さいことを示している。これはせん断応力が小さいにも関わらず、歴史地震や微小地震活動が活発であるということであり、別府島原地溝帯
186

の地震活動状況、速度構造も不均質が強いことを鑑みると、この地域は強度が小さいか間隙水圧が大きく、破壊が起こりやすいと考えられる。
また、地震発生層の厚さを見積るための指標の一つである D90 を求めた。この結果を図6 に示す。これによると、別府島原地溝に対応する特徴的な発生層の厚さ分布は見られず、東部の火山が多く分布する領域で浅く、福岡県西方沖地震震源域や日奈久断層の周辺域では深くなる傾向が得られた。

0.1 0.5 1.0

図 5 ストレステンソルインバージョン結果。主応力軸の方向（左）と応力比(σ 2 -σ 3 )/(σ1 -σ 3 ) （右）を示す。左図中で青、緑、赤はそれぞれσ 1， σ 2， σ 3 の方向を示す。右図中
で円の大きさは応力比を示す。

図6

三次元速度構造モデルに基づき再決定された震源から求めた D90 深さ分布。

187

(c) 結論ならびに今後の課題
23 年度は 19 年度に整備された装置を現在までに設置すると共にデータの蓄積を継続している。GPS 観測点は現在オンライン及びオフライン収録をしており、オンライン収録システムの運用・調整をしつつある。また、ボアホール地震観測点 2 点は収録が開始され、地動ノイズが地表に比べて軽減されていることが確認できた。これらによりひずみ集中メカニズムの解明がより詳細に行えると考えられる。機動型地震観測装置は別府島原地溝帯を横断するように展開して、データを蓄積している。また、更に臨時観測点を増強し、精度の高いデータが得られるようになった。23 年度は特に、従来得られた結果及びデータの解析によって、別府島原地溝帯においては地震発生層の厚さが東西で違いがあることを見出した。従来得られた、応力に空間的不均質、速度トモグラフィーの結果と合わせた考察から、別府島原地溝帯がいわゆるリフト的な地溝ではない可能性が示唆された。今後の観測データの蓄積によって、更に詳細な構造推定が期待できる。しかしながら、臨時観測点の展開によって震源や構造推定が高精度で得られることから、発震機構解の高精度化、応力の詳細な空間変化から従来、別府島原地溝帯全体で考えられてきた上記の特徴を更に詳細に把握し・検証する必要がある。一方では、観測データが増加することによってその処理を迅速に行うべく、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することが極めて重要である。
(d) 引用文献なし(e) 成果の論文発表・口頭発表等

著者
松本聡，他
千藏ひろみ，他

題名

発表先

発表年月日

JPGU2011 年合

平成 23 年 5

同大会

月 27 日別府島原地溝帯における浅発地震のJPGU2011 年合

平成 23 年 5

活動特性について同大会

月 27 日九州内陸の地震活動と応力場(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２４年度業務計画案

平成 24 年度は上記の問題点を考慮しながら、平 成 20 ～ 2 1 年 度 に 別 府 島 原 地 溝 帯 地
域 に 設 置 し た 伸 張 場 地 殻 活 動 検 出 装 置 か ら 地 表 変 形 の 状 態（ 地 殻 変 動 ）を 把 握 す188

る デ ー タ の 蓄 積 を 行 う と と も に こ れ ら の デ ー タ 解 析 を 進 め る 。特 に 時 空 間 分 解 能の 高 い 地 表 変 形 を 推 定 す る 。伸 張 場 地 震 観 測 装 置 に よ る 2 観 測 点 で の 観 測 を 継 続し 、 詳 細 な 地 震 活 動 デ ー タ を 得 る 。 ま た 、 平 成 21～ 22 年 度 に 阿 蘇 地 域 を 中 心 とす る 別 府 島 原 地 溝 帯 に 設 置 し た 15 台 の 伸 張 場 機 動 地 震 活 動 観 測 装 置 の 一 部 に 新規 地 震 計 10 台 を 配 備 し て 安 定 し た 観 測 デ ー タ 取 得 を 行 う 。 こ れ ら の デ ー タ を 用い て 構 造 解 明 の た め の 解 析 を 行 う と と も に 、近 年 活 動 が 活 発 化 し て い る 状 況 を 鑑
みて、観測を継続しデータを取得することで精度向上を図る。

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