直上水圧記録と断層応力解放プロセスから迫る東北沖地震の海溝大すべりメカニズム

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K14126
• 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): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: プレート境界浅部すべり / ２０１１年東北地方太平洋沖地震 / 津波 / 地震 / 海底圧力計

研究実績の概要

2011年東北地方太平洋沖地震では，宮城沖のプレート境界浅部で50mを超える大すべりが生じたが，これは地震前に予想されていなかった．プレート浅部すべりの挙動と巨大津波の発生を理解するためにも，なぜプレート境界浅部が大きくすべったのか明らかにすることは重要である．本研究は，震源域直上の海底水圧計の記録を活用し，高い解像度で浅部すべり分布を推定する．さらに地震時に解放された応力（応力降下分布）を求めて浅部の応力蓄積状態を定量的に明らかにし，浅部大すべりが生じた原因を明らかにする．
本年度は，震源直上で得られた津波のデータを解析し，東北沖地震におけるプレートすべり分布および応力降下の分布を推定した．その際，従来研究では用いられてこなかった直上の津波記録を使用したことにより，非常に高い精度で推定を実施できた．また，得られた分布から，プレート浅部での解消された応力の分布を高い精度で得ることができた．この結果にもとづくと，宮城沖のプレート境界浅部は地震時に応力をほとんど解消していなかった．このことから，東北沖地震前にはプレート浅部はほとんど固着していなかったと考えられる．プレート境界で生じた大すべりは，プレート浅部での応力解消に由来するものではなく，より深部側の強い力学的固着が解消することが原因で生じたと解釈される．

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

本研究の最大の目的である，2011年東北地方太平洋沖地震のプレート境界浅部が大すべりの原因について非常に重要な示唆が得られたが，この結果はこれまでの従来研究とも矛盾しない結果であり非常にもっともらしいものと考える．いまだ推定精度や時空間解像度については向上の余地はあるものの，大局的な「浅部すべり像」を得ることができたという点において，非常によく進捗していると判断した．

今後の研究の推進方策

本年度の解析における地震によって生じる海底変位の計算においては従来の研究ではあまり考慮されてこなかった複雑なプレート境界形状を考慮した．これにより，従来の研究よりも「もっとらしい」すべり分布を得ることができたと考える．一方で，この解析では，地殻が一様に同じ媒質であると仮定し，かつ，海底が平坦であるという単純化のもと計算を行なった点では，まだ現実的でない仮定も含まれている．より現実に近いモデルを得て，より詳細な議論を行うためには，地殻構造の不均質性や海底地形の形状を正しく考慮することが必要である．今後は，これらの点を考慮した，よりもっともらしいモデルの推定に取り組む．

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの流行および物価上昇・円安の影響により，購入を予定していたワークステーションの価格高騰および納品遅れが生じていることから，購入についてはいったん様子を伺うこととし，翌年度以降に購入することとした．

研究成果

• [雑誌論文] A new mechanical perspective on a shallow megathrust near-trench slip from the high-resolution fault model of the 2011 Tohoku-Oki earthquake (2022)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., & Hino, R.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: 68
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00524-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global fast-traveling tsunamis driven by atmospheric Lamb waves on the 2022 Tonga eruption (2022)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., & Nishida, K.
  • 雑誌名: Science 巻: 377 ページ: 91-94
  • DOI: 10.1126/science.abo4364
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ocean-wave phenomenon around Japan due to the 2022 Tonga eruption observed by the wide and dense ocean-bottom pressure gauge networks (2022)
  • 著者名/発表者名: Kubo, H., Kubota, T., Suzuki, W., Aoi, S., Sandanbata, S., Chikasada, N., & Ueda, H.
  • 雑誌名: Earth, Planets, and Space 巻: 74 ページ: 104
  • DOI: 10.1186/s40623-022-01663-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessment of S-net seafloor pressure data quality in view of seafloor geodesy. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hino, R., Kubota, T., Chikasada, N. Y., Ohta, Y., & Otsuka, H.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 9 ページ: 73
  • DOI: 10.1186/s40645-022-00526-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Global tsunami propagation driven by atmospheric waves on the 2022 Hunga-Tonga eruption. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kubota, T., Saito, T., & Nishida, K.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 2022年1月15日のトンガの火山噴火に伴う全球規模の津波発生と伝播 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保田達矢・齊藤竜彦・西田究
  • 学会等名: 海洋調査技術学会第34回研究成果発表会
  • 招待講演
• [学会発表] 直上津波・測地観測に基づく2011年東北地震の浅部大すべりモデリング：浅部不均質構造による応力変化への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保田達矢・齊藤竜彦・日野亮太
  • 学会等名: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [学会発表] Fast-traveling tsunamis by atmospheric pressure disturbances on the 2022 Tonga eruption (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito, T., Kubota, T., & Nishida, K.
  • 学会等名: AOGS 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グローバル海底水圧観測網がとらえた2022年トンガ噴火による気圧波が励起した津波 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保田達矢・齊藤竜彦・西田究
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
  • 招待講演
• [備考] 震源域直上津波波形記録にもとづく断層モデル推定と2011年東北沖地震の浅部大すべりの力学的メカニズム
  • URL: https://quaketm.bosai.go.jp/~kubota/publications/Kubota_etal_2022_PEPS/
• [備考] 2022年トンガ噴火に伴う地球規模の津波発生と伝播メカニズム
  • URL: https://quaketm.bosai.go.jp/~kubota/publications/Kubota_etal_2022_Science/
• [備考] 2022年1月トンガ噴火に伴う地球規模の津波発生と伝播メカニズムを解明
  • URL: https://www.bosai.go.jp/info/press/2022/20220513.html