観測の困難な海底下における「ゆっくりすべり」を検出 ~南海トラフ地震発生過程の解明に前進~

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2020-01-16   東京大学,海上保安庁

 海上保安庁の海底地殻変動観測データを解析したところ、南海トラフの巨大地震震源域の既存の方法では検出の難しい海底下において「ゆっくりすべり」が発生していたことを示す信号を検出しました。

 信号が検出された地点の位置から、ゆっくりすべりは強固着域の浅部の外側で発生していたと推定されます。

 本研究成果は、南海トラフ巨大地震の発生過程に関する理解や発生のリスクに関する評価を進める上で、重要な知見を提供すると期待されます。

※ゆっくりすべり:通常の地震のように断層が急激にすべることなくゆっくりとすべる現象

 巨大地震の発生帯となるプレート境界では多様なスロー地震現象が発生していることが、主に陸域直下にあたるプレート境界を対象とした GNSS やひずみ計などを利用した高精度な地震・地殻変動観測によって解明されてきました。陸域から遠く離れた海底下でも同様の現象が発生している可能性が示唆されていましたが、観測は非常に困難でした。

 東京大学生産技術研究所海中観測実装工学研究センターの横田裕輔講師と海上保安庁海洋情報部の石川直史調査官の研究グループは、海上保安庁が実施している海底地殻変動観測の過去データの詳細な解析から、海域においてもゆっくりすべりが発生していることを示唆する微小な信号がデータ上に複数表れていたことを検出しました。今回信号が検出された地点の位置から、プレート境界が強く固着していると考えられている領域の浅部の外側ですべりが発生していたと推定されます。

 本研究で得られた成果は、南海トラフ巨大地震の発生過程に関する理解や発生のリスクに関する評価を進める上で、重要な知見を提供すると期待されます。

なお、本成果は電子版米科学雑誌「Science Advances」に1月16日付け(日本時間)で掲載されます。

1.発表者:

横田 裕輔(東京大学 生産技術研究所 海中観測実装工学研究センター 講師)

石川 直史(海上保安庁 海洋情報部 技術・国際課 火山調査官)

2.発表のポイント:

♦ 南海トラフ巨大地震震源域の海底下における新たな「ゆっくりすべり」を検出しました。

♦ ゆっくりすべりは強固着域の浅部の外側で発生していたと推定されます。

♦ 地震の発生過程の理解や発生リスクの評価に、重要な知見を提供すると期待されます。

3.発表概要:

東京大学 生産技術研究所 海中観測実装工学研究センターの横田 裕輔 講師と海上保安庁 海洋情報部の石川 直史 調査官の研究グループは、南海トラフ巨大地震震源域の海底下における新たな「ゆっくりすべり(注 1)」を検出しました。南海トラフ巨大地震の発生が想定されている震源域のプレート境界では、ゆっくりすべりが発生していることが陸域の高精度な観測網において検出されています。陸域における観測データにより、ゆっくりすべりと巨大地震との関係性についての研究が盛んに行われている一方で、海域では観測の難しさからゆっくりすべりの詳細は未だよく分かっていません。研究グループは、海上保安庁が実施している海底地殻変動観測の過去データの詳細な解析から、海域においてもゆっくりすべりが発生していることを示唆する微小な変化がデータ上に複数表れていたことを検出しました。今回検出された変化は、プレート境界が強く固着していると考えられている領域の周辺ですべりが発生していることを示唆しています。本研究で得られた成果は、南海トラフ巨大地震の発生過程に関する理解

や発生のリスクに関する評価を進める上で、重要な知見を提供すると期待されます。

本成果は電子版米科学雑誌「Science Advances」に 1 月 16 日付け(日本時間)で掲載されます。

4.発表内容:

<研究の背景>

  巨大地震の発生帯となるプレート境界では多様なスロー地震現象(注2)が発生していることが、主に陸域直下にあたるプレート境界を対象とした GNSS やひずみ計などを利用した高精度な地震・地殻変動観測によって解明されてきました。陸域から遠く離れた海底下でも同様の現象が発生している可能性が示唆されていましたが、観測は非常に困難でした。

 そこで、東京大学 生産技術研究所と海上保安庁は、海溝型巨大地震震源域の海底の動きを測定するために、共同で GNSS-音響測距結合方式による海底地殻変動観測 (以下、GNSS-A 観測、図2)の技術開発を進め、定期的に観測を実施してきました。この手法によって、海底の ㎝レベルの地殻変動を検出することが可能になり、2011 年東北地方太平洋沖地震時の巨大な地殻変動や地震後のゆっくりとした地殻変動を海底で検出したほか、南海トラフ沿いのプレート境界の固着状態(注3)の推定に貢献するなど、陸上の観測のみでは分からなかった地震学上の重要な現象の検出に成功してきました。

 このような海底観測技術の進歩によって、現在では海域直下にあたるプレート境界浅部も研究対象となりつつあります。しかしながら、ゆっくりすべり(スロースリップ現象;以下、SSE)のなかでも数ヶ月から1年程度の時間をかけて変動する現象は、これまでの海底観測手法では感度が足りず、検出することが困難でした。

<研究内容>

 SSE は地殻変動観測データの中に微小な変化として表れます。通常、大きな地震や SSE のようなイベントがない限り、地殻変動は安定しています。このときデータを時系列に並べると、変動速度は一定の直線状に並びます(図3)。SSE のようなイベントが発生すると、その間の変動速度が変化し、データが折れ線状になります。しかし、実際のデータはノイズを含んでおり、ノイズによって変動速度が折れ線状に並んでいるかのように見える場合もあります。つまり、データに含まれるノイズと SSE 由来の変化を明確に区別する必要があります。今回、c-AIC と呼ばれる情報量基準(注4)を用いて、データの時系列が直線状になっているか折れ線状になっているかを判定しました。折れ線と判定された場合に、その折れ曲がり部分を SSE に由来する変化と考えました。

 南海トラフに設置している GNSS-A 観測用の 15 の観測点で得られたデータに本手法を適用した結果、SSE が原因と見られる海底の動きを示すデータの変化が7地点で検出されました(図1)。

 変化を検出した7地点は、これまでの研究から固着が強いと推定されている領域(図4、図5Aの緑色領域)の周辺部にあり、一方、明確な変化が検出されなかった地点は、固着が強いと推定されている領域にあることから、SSE 発生域が強固着域とはすみ分けていると考えられます。さらに、変化を検出した地点および時期の近傍では超低周波地震(VLF、注5)が活発化していたこと、一方で明確な変化が検出されなかった地点では VLF の活動が低調だったことが陸上の地震観測網によって検出されており、これらの現象の関係性が示唆されます。

 今回複数地点で同時期に変化が検出されたのは、2017~2018 年頃の紀伊水道沖のイベントのみで、このイベントについてはプレート境界のすべり分布の推定を行いました。それ以外のイベントについては、1地点でしか変化が現れていないため、プレート境界のすべりを確度高く推定することはできませんでした。

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