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地理院ホーム  > 研究開発  > 地理地殻活動研究センター  > 地殻変動研究室  > 東北地方太平洋沖地震前・後の東日本の地殻変動の変化とGPSデータから推定される固着域 最終更新日:2012年6月29日

東北地方太平洋沖地震前・後の東日本の地殻変動の変化とGPSデータから推定される固着域

電子基準点(GPS)データに基づく地殻変動の状況と固着域の推定

 国土地理院では,GEONET(GNSS連続観測システム)で得られた日本列島の地殻変動状況や地殻変動の分析・研究から推定される地殻活動の状況をホームページや地震関連の政府の委員会(地震調査委員会,地震予知連絡会等),学会等に報告してきました.2012年4月1日にNHK総合テレビで放送されたNHKスペシャル「メガクエイク2 第1回 いま日本の地下で何が起きているのか」では,東北地方太平洋沖地震に関連する地殻変動の観測データや国土地理院の研究が取り上げられ,我が国の地殻変動の基盤観測網としてのGEONETの重要性が改めて示されました.本ページは,番組でも取り上げられた,2011年3月11日を境に東日本の地殻変動の状況が変化したことやプレート境界においてひずみを蓄積している場所の推定結果について解説するものです.

東日本の地震前・地震後の地殻変動の変化

 GEONETの運用が開始され高精度の地殻変動の監視が可能になった1996年以降,2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震の発生まで,東北地方では概ね東西方向への短縮を示す地殻変動が観測されてきました.1997-2000年の平均(下図左)では,日本海側の観測点に比べて太平洋側の観測点が大きく西向きに変動し,年間2cm強の短縮変形が観測されていました.ところが,東北地方太平洋沖地震に伴って水平方向では最大約5.3m東南東への地殻変動が観測され,地震前とは反対である東西方向への伸張を示す地殻変動が観測されました(下図中央).

 地震の後も地震前とは異なる東西伸張を示す地殻変動が観測され続けており,その大きさは地震後1年間で最大約89cmに達しています.このような地殻変動が観測されている範囲は,北海道の南部から関東甲信越地方の広い範囲に及んでいます(下図右).地殻変動の変化は,東北地方太平洋沖地震の震源域周辺に発生している余震だけでなく,東日本で発生している誘発地震の発生メカニズムと密接に関連していると考えられます.M9クラスの巨大地震として,このような地震前後の地殻変動の詳細な変化がGPSによって捉えられた例はなく,国土地理院では今後も地殻変動の監視を続けていきます.

 

画像:地震前の地殻変動(水平成分)

地震前の地殻変動(水平成分)[PDF: 156KB]

画像:地震時の地殻変動(水平成分)

地震時の地殻変動(水平成分)[PDF: 174KB]

画像:地震後の地殻変動(水平成分)

地震後の地殻変動(水平成分)[PDF: 172KB]

 

(注)それぞれの図で水平変動を表す矢印のスケールが異なります.

GPSから推定されるプレート境界の固着域について

 GPSによって観測される地殻変動は,地表面の変動を捉えたものですが,その原因は多くの場合地下にあると考えられています.東北日本であれば,日本海溝や千島海溝から海洋プレート(太平洋プレート)が日本列島の沈み込み,プレート境界面という大断層を形成しています(下図参照).海洋プレートは,一定の早さで日本列島の下に沈み込みます(白矢印)が,プレート境界面が摩擦力によって固着し(固着域),大陸プレートを図の左側に押す(白矢印)ことになります.その結果生じる大陸プレート表面の地殻変動(黒矢印)がGPSによって観測されているのです.プレート境界の固着域には,海洋プレートの動きに伴ってひずみが蓄積されますが,その蓄積が限界に達してひずみを一気に解放する現象の1つが地震です.プレート境界面は,一様に固着しているわけではなく,強く固着している場所とほとんど固着していない場所があると考えられています.

プレートの沈み込みと固着域の概念図
画像:プレートの沈み込みと固着域の概念図  

 地球の地下構造を単純化するなどの仮定をおくと,地表の地殻変動(GPS)データから,地下の固着域を推定することが可能です.国土地理院では,東北地方太平洋沖地震の発生以前から東北日本・西南日本における固着域の推定を行ってきました.その結果の1つを下の図に示します.この図では,東北日本(日本海溝・千島海溝沿い)と西南日本(南海トラフ沿い)のプレート境界面における固着域の分布をカラースケールで表し,ひずみの蓄積速度が大きいところほど暖色系の色で表しています.1997年1月~2000年1月と2007年1月~2010年1月という2つの期間での推定を行いましたが,東北日本では宮城県沖を中心とした領域と北海道東部沖合を中心とした領域に固着域が推定されました.宮城県沖を中心とした固着域は,東北地方太平洋沖地震の震源域(アスペリティ)と概ね重なっており,この固着域で数百年間にわたって蓄積されたひずみが巨大地震として解放されたと考えられます.一方,西南日本では,駿河湾から日向灘まで固着域が広がり,四国沖でのひずみの蓄積速度が特に大きく推定されており,将来発生が懸念されている南海トラフ沿いの大地震に向けて,ひずみの蓄積が進行中であることがわかります.

GPSデータから推定された東北日本と西南日本の固着域
画像:GPSデータから推定された東北日本と西南日本の固着域[PDF: 699KB]
国土地理院「東北地方の地殻変動」地震予知連絡会会報,第86巻,184-272,2011)の第57図を修正

よくある質問

Q.固着域の図でひずみの大きなところほど,地震の危険が迫っているのでしょうか?
A.そうとは限りません.というのは,過去からずっと蓄積されてきたひずみの絶対量(引きずりの総量)と,どれだけひずみが蓄積されると地震に至るのかがわからないからです.GPSからは,観測期間においてどの程度の速さでひずみが蓄積しつつあるのかを知ることができます.

Q.GPSから推定されたひずみがない場所では,地震は起こらないのでしょうか?
A.そうとも限りません.過去にはひずみが蓄積されていた可能性があります.GPSの観測が開始されてから,まだ15年あまりしか経過しておらず,それ以前に蓄積されたひずみについては,測地測量の結果を用いることによって100年程度さかのぼることができますが,詳細はわかっていません.

Q.蓄積されたひずみは地震以外の現象によって解放されることはないのですか?
A.断層がゆっくり滑ってひずみを解放する現象が発見されており,ゆっくり滑りやスロースリップイベントと呼ばれています.このような現象は,地震と異なり地震動を放出しないため,私たちが体に感じることはなく,GPSなどの地殻変動観測によって発見されてきました.蓄積されたひずみのうち,どの程度が地震によって解放され,どの程度がゆっくり滑りによって解放されるかは,地域性も大きいと考えられています.

Q.津軽海峡付近にもひずみが蓄積されているように見えるのですが?
A.地表の変動から地下の現象を推定しているため,解析結果には誤差が含まれています.特にプレート境界の深部や海溝沿いでは,数cm程度の不確かさが含まれているため,誤差である可能性があります.

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問い合せ先

主担当:地殻変動研究室 主任研究官  西村 卓也(NISHIMURA Takuya) 029-864-6549
    地殻変動研究室 主任研究官  水藤 尚(SUITO Hisashi) 029-864-6450
    地理地殻活動総括研究官    今給黎 哲郎(IMAKIIRE Tetsuro) 029-864-2477
    地殻変動研究室 室長     畑中 雄樹(HATANAKA Yuki) 029-864-6925

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