海洋地殻で生成される水が規定する地震の巨大化

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04510
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 望月 公廣 東京大学, 地震研究所, 教授 (80292861)
• 研究分担者: 山下 裕亮 京都大学, 防災研究所, 助教 (80725052)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• キーワード: 地震の巨大化 / 断層境界 / 海洋地殻 / ヒクランギ沈み込み帯 / 流体の挙動

研究実績の概要

ヒクランギ沈み込み帯中央部におけるプレート間固着強度遷移域において，ニュージーランドの共同研究機関であるGNS Scienceおよびビクトリア大学ウェリントン校と共同で，海陸統合の地震・地殻変動観測網を展開し，2021年5月に海域観測網直下で発生した大規模SSEを直接観測することに初めて成功した．また，海底地震計観測データの解析から，本海域においてテクトニック微動の活動を初めて確認するとともに，その時空間分布について，SSE発生の3か月前から1か月前にかけて，SSE発生域北部からヒクランギ・トラフ軸に沿って固着強度境界まで南下し，最も活発な活動を示した後に一度活動が停止し，さらにSSE発生に伴って固着強度遷移域周辺のみで活動の活発化が見られた．陸域地殻変動観測記録に海底圧力計の記録を加えてSSEのすべり分布について解析したところ，SSEの断層すべりとテクトニック微動の活動域が大きく重ならず，すべり領域が相補的である可能性が示された．さらに，テクトニック微動と通常の地震活動の時空間分布を比較することを目的として，海陸統合地震観測データに深層学習法を適用する準備を進めてきた．特に海底地震計の観測波形に対して手法を適用することを考慮し，海域下を含めた地震波速度構造の検討や，学習データの選択も含めて手法開発を進めている．
このプレート間固着強度遷移域でのSSE直接観測の成功を受け，多様な断層すべりプレート境界物性との関係を詳細に調べるため，2021年10月よりSSEが約2年周期で発生するヒクランギ沈み込み帯北部において，地球物理観測網を展開して観測を続けている．2022年10月からはアメリカも共同観測に参加し，海底圧力観測記録から海洋の影響を除くことによってSSEの断層すべりを精度よく決めるための海底流速計も含めた観測を始めた．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の目的は，国際共同による海陸統合大規模観測によって断層すべりと流体の挙動を直接捉え，断層境界周辺における断層すべりのメカニズムを明らかにし，地震が巨大化する条件の理解に資することにある．これまでの研究から，ヒクランギ沈み込み帯の中部におけるプレート間固着強度の大きな変化は，海洋地殻内の流体生成量の不均質に起因し，断層すべりも流体の挙動に依存していると考えられる．本研究では，ニュージーランドの研究機関と共同でプレート間固着強度遷移域周辺において海陸統合地球物理観測網を展開し，約5年周期で発生しているSSEおよびそれに付随するテクトニック微動や通常の地震活動を観測網直下での直接観測し，断層すべりと流体の共同を明らかにすることを目指している．
2021年5月には実際に大規模SSEが海陸統合地球物理観観測網直下で発生し，本海域におけるSSEの直接観測に初めて成功，観測データも無事回収して，重要な成果を上げることができた．現在，この観測データの解析を進めているところであるが，陸域地殻変動観測網に海底圧力計のデータを加え，SSEの断層すべり分布やテクトニック微動の分布を詳細に把握できることが確かめられた．また，海底地震計観測波形を学習データに加え，3次元地下構造を考慮した深層学習による通常の地震活動の把握も進めている．
この観測の成功を受け，SSE発生サイクルに伴う多様な断層すべりの事象を観測し，詳細な断層すべり運動の把握，および流体移動との関係を解明するため，ヒクランギ沈み込み帯北部において，アメリカも含めた大規模な海域地震・地殻変動観を展開しており，より高い精度で断層すべりの時空間分布を推定することを目的としている．
以上より，当初計画していた観測，およびデータ解析よりも，さらに進展していると認められる．

今後の研究の推進方策

約5年周期で大規模なスロースリップの発生が見られるヒクランギ沈み込み帯中部に位置するプレート間固着強度遷移域において，スロースリップや，それに伴うテクトニック微動，および通常の地震における断層すべりの全体像を把握するため，ニュージーランドの研究機関と共同で海陸統合地震・地殻変動観測網展開した．この観測網による2021年5月に発生したイベントの直接観測の成功を受け，スロースリップにおける断層すべり，テクトニック微動の時空間発展，さらに通常の地震活動の震源分布などに関して，ニュージーランドの研究機関と共同で解析を進めていく．特に，海底地震計記録に対する深層学習の手法開発を進める．
また，スロースリップの発生サイクルにおける断層すべり現象の全体像把握のために，2021年10月からヒクランギ沈み込み帯北部に，ニュージーランドとの国際共同による海底地震・地殻変動観測網を展開しており，2022年10月からはアメリカを加えた大規模な海域地球物理観測網を展開している． 2023年10月に設置した海底観測機器を2024年9月に回収し，解析を始める．さらに国際共同観測を継続することとし，SSEの発生状況およびこれまでに明らかになったテクトニック微動の活動分布を考慮して今後の観測網を策定した上で，2024年10月に観測網を設置する．
海域下で発生した微動，および繰り返し地震の活動に関する解析手法や，海域下プレート境界における流体の挙動の直接把握を目的とした，海底における環境雑音の自己相関解析によるプレート境界周辺構造の時空間変化の解明に向けた手法の開発を進める．また，海底圧力計による高サンプリング圧力記録について，地震波到達時刻の検測に用いることを目的として，その時刻精度の検証を進める．過去の地震・テクトニック微動の活動を把握するため，これまでに陸域地震観測網で取得された観測波形記録の整備を進める．

研究成果

• [国際共同研究] GNS Science/Victoria University of Wellington(ニュージーランド)
  • 国名: ニュージーランド
  • 外国機関名: GNS Science/Victoria University of Wellington
• [国際共同研究] Columbia University/University of Rhode Island(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Columbia University/University of Rhode Island
• [国際共同研究] GFZ(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: GFZ
• [雑誌論文] Upper-plate conduits linked to plate boundary that hosts slow earthquakes (2023)
  • 著者名/発表者名: Arai Ryuta、Miura Seiichi、Nakamura Yasuyuki、Fujie Gou、Kodaira Shuichi、Kaiho Yuka、Mochizuki Kimihiro、Nakata Rie、Kinoshita Masataka、Hashimoto Yoshitaka、Hamada Yohei、Okino Kyoko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40762-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterogeneous Crustal Structure of the Hikurangi Plateau Revealed by SHIRE Seismic Data: Origin and Implications for Plate Boundary Tectonics (2023)
  • 著者名/発表者名: Bassett Dan、Fujie Gou、Kodaira Shuichi、Arai Ryuta、Yamamoto Yojiro、Henrys Stuart、Barker Dan、Gase Andrew、van Avendonk Harm、Bangs Nathan、Seebeck Hannu、Tozer Brook、Jacobs Katie、Luckie Thomas、Okaya David、Mochizuki Kimi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 50 ページ: -
  • DOI: 10.1029/2023GL105674
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 離散セルオートマトンモデルによる現実的不均質構造を代替する離散サイズの定量的評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福田 孔達、望月 公廣
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [学会発表] ニュージーランド北島北東沖の付加体及び浅部スロースリップ発生域へのAdjoint tomographyの適用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 足立 舜、Bryant Chow、金子 善宏、佐脇 泰典、望月 公廣、山下 裕亮、山田 知朗、Martha Savage、Emily Warren-Smith、Katie Jacobs
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [学会発表] ヒクランギ沈み込み帯北部におけるテクトニック微動のエネルギーの時空間分布 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青山 都和子、望月 公廣、山下 裕亮、山田 知朗
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [学会発表] Seismic Imaging of the Subducted Seamount in a High-Tremor Seismicity Region in the Hyuga-nada, Nankai Trough (2023)
  • 著者名/発表者名: 馬 妍雪、仲田 理映、望月 公廣、橋本 善孝、濱田 洋平、新井 隆太、三浦 誠一、中村 恭之、藤江 剛、海宝 由佳、小平 秀一
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [学会発表] ヒクランギ沈み込み帯北部におけるテクトニック微動活動とスロースリップイベントの 時空間関係 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青山 都和子、望月 公廣、山下 裕亮、山田 知朗、Warren-Smith Emily、 Jacobs Katie、Wallace Laura、Savage Martha、篠原 雅尚
  • 学会等名: 日本地震学会秋季大会2023
• [学会発表] Insights into the occurrence and characteristics of near-trench megathrust slip behavior at the Hikurangi subduction zone from almost a decade of seafloor geodetic experiments (2023)
  • 著者名/発表者名: Laura M Wallace, Spahr C Webb, John Boone DeSanto, Yoshihiro Ito, Neville Palmer, Katherine Woods, C David Chadwell, Demian Saffer, Syuichi Suzuki, Ryota Hino, Yusuke Yamashita, Kimihiro Mochizuki, Charles A Williams Jr, Erik K Fredrickson, Earl Davis, Katie Jacobs, Emily Warren-Smith and Martha K Savage
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2023
• [備考] ERI Marine Seismology
  • URL: https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/kimi/