海底動圧変動記録を用いた東北沖地震活動の時空間推移

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K14818
• 研究機関: 国立研究開発法人防災科学技術研究所
• 研究代表者: 久保田 達矢 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震津波火山ネットワークセンター, 特別研究員 (70808071)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 地震 / 津波 / 海底圧力計

研究実績の概要

近年，海底における圧力変動のうち，海洋音響波の卓越周期（約10秒）より低い周波数帯域の圧力変動成分は海底の上下動加速度に比例することが理論的に示され，海底圧力計が海底上下動地震計として活用可能であることが示されつつある．本課題は，これまでの研究で着目されてこなかった海底圧力計の地震動成分を活用して，陸から遠く離れた東北沖の地震活動，特に2011年東北沖地震前後の地震活動の時間的・空間的な変化を詳細に明らかにし，東北沖地震を引き起こした東北日本沈み込み帯の地震発生場の状態を特徴付ける要素を詳細に明らかにすることが目的である．
本年度は，まず高サンプリングレート海底圧力計が観測した海底の地震動成分と津波成分の振幅や周波数特性を詳細に比較して両者の量的関係を詳細に明らかにした．さらに，本年度には，大地震時の震源直上の海底水圧計の地震動・津波が混在する記録から地震動成分のみを分離する手法を開発した．2011年東北沖地震時の水圧記録から震源直上の地震動記録の分離に成功した．このようなM9クラス超巨大地震の震源域ごく近傍の大地震動記録が得られたのは世界初である．また，本研究計画の副次的な成果として，気象要因で発生する海洋の波（気象津波）がS-netの海底水圧計により記録されていることを発見した．これらの成果を通じて，海底圧力計は秒から年まで非常に幅広い時間スケールの地球物理学現象を観測可能であり，次世代の観測の一端を担うものになることを示したと言える．
次年度は，ここまで開発してきた手法をさらに発展させ，震源直上の海底水圧計の地震動成分を活用することで，従来以上に詳細な2011年東北沖地震本震の震源過程を明らかにする予定である．

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

従来の予定では水圧計の地震動成分を用いて微小地震の震源過程を詳細に推定する予定であったが，そのような微小な地震の震源過程を精度良く推定するために重要な短周期な地震波成分の伝播プロセスを単純な地殻構造モデルでは正確に再現するのが難しいことが判明したため，再現が比較的容易な長周期成分に対象を絞り，巨大地震における水圧記録の詳細な解析に集中して取り組んだ．2011年東北沖地震の震源直上の海底圧力計の記録から震源直上の地震動波形が得られたので，これを用いることで東北沖地震の震源断層の詳細な破壊過程が明らかになると期待される．また，S-netの海底水圧計が記録した気象要因で発生する海洋の波（気象津波）の記録からは，各観測点単独の波形から気象津波を同定するのは困難であるが，広域・稠密である利点を活用して複数の観測点の記録を比較することで津波を同定可能になることがわかった．
上記のデータ解析状況を鑑み，本課題は当初の予定通り順調に進展していると判断した．

今後の研究の推進方策

ここまでの解析で，初年度・本年度に開発してきた解析手法が実際の観測記録に適用可能であることが示された．次年度は，これらの手法を，東北大学によって展開された2011年東北沖地震の海底圧力計に適用し，東北沖地震本震の震源過程を詳細に推定し，前震活動や余効すべりなどとの関連現象との関連を考察する予定である．

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの流行によりオンライン開催となった学会があるため．また，今年度中に受理される予定としていた論文の投稿・査読に時間がかかっているため．

研究成果

• [雑誌論文] Meteorological tsunami generation due to sea-surface pressure change: Three-dimensional theory and synthetics of ocean-bottom pressure change (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Kubota, T., Chikasada N. Y, Tanaka, Y., & Sandanbata, O.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 126 ページ: e2020JC017011
  • DOI: 10.1029/2020JC017011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extracting near-field seismograms from ocean-bottom pressure gauge inside the focal area: application to the 2011 Mw 9.1 Tohoku-Oki earthquake (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., Tsushima, H., Hino, R., Ohta, Y., Suzuki S, & Inazu D.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2020GL091664
  • DOI: 10.1029/2020GL091664
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultra-broadband seismic and tsunami wave observation of high-sampling ocean-bottom pressure gauge covering periods from seconds to hours (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., Chikasada, N. Y., & Suzuki, W.
  • 雑誌名: Earth and Space Science 巻: 7 ページ: e2020EA001197
  • DOI: 10.1029/2020EA001197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Rupture and tsunami generation process of the 2015 Mw 5.9 Bonin earthquake revealed by in-situ pressure gauge array observations and an integrated simulation of seismic and tsunami waves (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., Fukao, Y., Sugioka, H., Ito, A., Tonegawa, T., Shiobara, H., & Yamashita, M.
  • 学会等名: AGU 2020 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Detection of "rapid" aseismic slip that bridges a gap between seismic slip and slow slip (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y., Kubota, T., Sugioka, H., Ito, A., Tonegawa, T., Yamashita, M., Shiobara, H., & Saito, T.
  • 学会等名: AGU 2020 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The ability of the non-tidal oceanographic model for the ocean bottom pressure time series in the dense observation networks around Japan :toward understanding the transient crustal deformation (2020)
  • 著者名/発表者名: Otsuka, H., Ohta, Y., Hino, R., Kubota, T., & Inazu, D.
  • 学会等名: AGU 2020 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] S-net沖合海底圧力観測網が記録した2020年7月1日に発生した気象津波 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久保田達矢・齊藤竜彦・近貞直孝・三反畑修
  • 学会等名: 日本地震学会2020年度秋季大会
• [学会発表] 海面の気圧変化による津波の発生: 沖合水圧観測のための3次元モデル (2020)
  • 著者名/発表者名: 齊藤竜彦・久保田達矢・近貞直孝・田中裕介・三反畑修
  • 学会等名: 日本地震学会2020年度秋季大会
• [学会発表] DONET海底水圧計記録に対する非潮汐海洋モデルの適用とその評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大塚英人・太田雄策・日野亮太・久保田達矢・稲津大祐
  • 学会等名: 日本地震学会2020年度秋季大会
• [学会発表] Millimeter-scale tsunami of an M6 earthquake observed by the nearest-field pressure gauge array: a fault modeling and stress drop estimation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., & Suzuki, W.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tsunami analysis using the S-net pressure gauge records during the Mw 7.0 Off-Fukushima earthquake on 22 November 2016 to reduce the effects of tsunami-irrelevant pressure components (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Chikasada, N. Y., Tsushima, H., Suzuki, W., Nakamura, T., & Kubo, H.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 地殻変動検出に向けた日本海溝北部におけるS-net長期間水圧記録の品質の予備的検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久保田達矢・近貞直孝・日野亮太・太田雄策・大塚英人
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] S-net水圧データ即時解析のための長期評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 近貞直孝・久保田達矢
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] Strain release by メrapidモ aseismic slip at the Izu-Bonin trench (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukao, Y., Sugioka, H., Ito, A., Tonegawa, T., Yamashita, M., Shiobara, H., Kubota, T., & Saito, T.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 日本近海の海底圧力計データに対する非潮汐海洋成分の影響評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大塚英人・太田雄策・日野亮太・久保田達矢・稲津大祐
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] 津波波源自動解析システムMarlinの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木亘・久保田達矢・中村武史・近貞直孝
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
• [学会発表] CMT inversion of offshore earthquakes along the Nankai Trough: Separated distributions of slow and regular earthquakes on the plate boundary (2020)
  • 著者名/発表者名: Takemura, S., Okuwaki, R., Kubota, T., Shiomi K., Kimura, T., & Noda, A.
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Fault modeling and stress drop estimation based on millimeter-scale tsunami records of an M6 earthquake detected by the dense and wide pressure gauge array (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., & Suzuki, W.
  • 学会等名: EGU General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Can inelastic wedge deformation explain the large tsunami runup of the 1896 Sanriku earthquake? (2020)
  • 著者名/発表者名: Du, Y., Ma, S., Kubota, T., Saito, T.
  • 学会等名: SSA 2020 Annual Meeting
  • 国際学会
• [備考] 海底水圧計が記録した2011年東北地震の震源直上の地震動
  • URL: https://quaketm.bosai.go.jp/~kubota/publications/Kubota_etal_2021_GRL/index.html
• [備考] 海底圧力計の超広帯域な地震・津波観測
  • URL: https://quaketm.bosai.go.jp/~kubota/publications/Kubota_etal_2020_ESS/index.html