| 研究課題/領域番号 |
19J20692
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山谷 里奈 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 地震波速度構造 / 堆積層 / 地殻 / 震源メカニズム / 海底地震計 |
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| 研究実績の概要 |
茨城沖領域には2010年から2011年にかけて、海底地震計による観測点間距離約6kmの稠密観測網が展開されていた。本研究では、茨城沖領域に展開された稠密観測網を用いることで、堆積層及び地殻の詳細な3次元構造推定を行った。
観測波形に地震波干渉法を適用することで、レイリー波の分散曲線を得た。一般に、表面波を用いた解析では、層の厚さとS波速度の間にトレードオフが存在することが知られている。レイリー波の基本モードだけではトレードオフが大きく堆積層の2層を区別して推定することが困難であるが、基本モードと1次モードの両者を用いることで2層の堆積層を制約できることを示した。さらに、得られたレイリー波の分散に対して走時トモグラフィを行い、3次元S波速度構造を推定した。その結果、鉛直方向に0.1-1km、水平方向に約10kmの解像度を持つ、深さ約10kmまでのS波速度構造の推定に成功した。堆積層の深さは海底地形と良い相関を示すが、上部地殻の深さは良い相関を示さず、領域の北側よりも南側に大きい凸凹を示した。この凹凸は、茨城沖領域の南側に沈み込んだ海山の影響である。この結果は現在論文改訂中である。
次に、短周期海底地震計の波形計算を行い、2011年の東北地方太平洋沖地震後に発生した数多くの余震を含む中小震源のメカニズム（モーメントテンソル解）を推定した。震源メカニズムの推定は地震発生メカニズムや応力場の理解に繋がるため重要であるが、これまでは地下構造が十分詳細に推定されておらず、短周期の波形を扱うことが難しかった。本研究では、推定した詳細な構造を用いることでこれを可能にした。推定した震源メカニズムの多くは太平洋プレート沈み込みの方向と一致したが、領域南側の震源メカニズムにはフィリピン海プレート沈み込みの影響も見られた。この結果は、2021年6月に日本地球惑星科学連合大会にて口頭発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまで、地震波干渉法により、堆積層及び地殻の詳細な構造推定を完了した。本領域は、人工震源による構造探査が行われており、詳細な2次元P波速度構造が推定されている（Mochizuki et al., 2008）が、詳細なS波速度構造は推定されていなかった。また、P波速度構造も構造探査の測線に沿った2次元構造に限られており、構造の3次元的な広がりは推定されていなかった。また、本領域は海山の沈み込みに伴う複雑な構造が示唆されており、海山の沈み込みが構造に与える影響を調べるためにも、3次元構造の推定が必要である。
本研究による解析の結果、鉛直方向に0.1-1km、水平方向に約10kmの高解像度を持つ、深さ約10kmまでのS波速度構造の推定に成功した。これにより、上部地殻の凹凸は領域の北側よりも南側に大きいことがわかった。上部地殻はプレート境界よりも5-10kmほど浅いが、茨城沖領域の南側に沈み込んだ海山の影響によって凹凸が生まれたと考えられる。その結果、これをまとめて国際誌に投稿するに至った。
また、詳細な構造を推定したことで、海底地震計の短周期波形を解析することが可能になった。そこで、堆積層及び上部地殻の構造を推定した構造に、下部地殻から上部マントル（プレート境界を含む）の構造を全国1次地下構造モデル (Koketsu et al., 2012)にそれぞれ仮定した理論波形計算から、2011年の東北地方太平洋沖地震後に発生した100個ほどの中小震源のメカニズム（モーメントテンソル解）を推定した。推定した震源メカニズムは地震発生メカニズムや応力場の理解に繋がるだけでなく、震源メカニズムと地殻やプレート境界の構造を比較することで、沈み込んだスラブの詳細な挙動を探ることが可能となると期待される。
以上より、研究がおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、短周期海底地震計の波形計算を行い、2011年の東北地方太平洋沖地震後に発生した数多くの余震を含む中小震源のメカニズムを推定し、地震発生メカニズムや応力場の理解を目指す。また、得られた震源メカニズムと地殻やプレート境界の構造を比較することで、沈み込んだスラブの詳細な 挙動を探る。
従来、海域で発生した中小地震の震源メカニズムは初動解により 決められていたが、これは初動のピックにエラーがあるとメカニズムが大きく変化する問題点がある。そのため、従来は中規模以上の地震に対して適用されていたモーメントテンソル解推定を適用することで、 より安定した震源メカニズムの推定を行う。 堆積層及び上部地殻の構造をこれまでに推定した速度構造に、下部地殻から上部マントル(プレート境界を含む)の構造を全国1次地下構造 モデル (Koketsu et al., 2012)にそれぞれ仮定する。特に海底堆積層は約2kmと厚いため、これまでに推定した高解像度の堆積層及び地殻モデ ルにより、波形フィッティングの改善が期待される。短周期波形の計算には差分法のプログラム(OpenSWPC, Maeda et al., 2017)及び東京大 学情報基盤センターのスーパーコンピュータシステム(Oakforest-PACS)を用いる。
推定した震源メカニズムを、初動解(Shinohara et al., 2011; 2012)やF-net解と比較し、メカニズム推定の安定性を確かめる。また、茨城沖領域には海山の沈み込みが示唆されているため、震源メカニズムと地殻やプレート境界の構造を比較することで、沈み込んだスラブの詳細な挙動を探る。さらに、推定した震源メカニズムを用いることで、プレート境界面を含む沈み込んだスラブの詳細な構造を推定する。
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