エクアドル・コロンビア沈み込み帯における新たな大地震発生モデルを提案

ポイント

• 連動型地震を生じた典型例と考えられてきたエクアドル・コロンビア沈み込み帯において、連動型地震モデルを否定する新たな大地震発生モデルを提案。
• 日本にも津波の影響を及ぼしうる巨大地震であった１９０６年エクアドル・コロンビア地震の規模と地震すべり分布を、定量的な津波波形データによって初めて推定。

＜研究の背景＞

南海トラフで知られているように、大地震は個別の領域を破壊する場合と、複数の領域を連動破壊して巨大地震となる場合があります。エクアドル・コロンビア沈み込み帯は、その両方のケースを地震観測データが利用可能な期間で経験したため、連動型地震の最も典型的な例の１つとして地震学者の関心を集めた地域でした。この沈み込み帯では、３つの大地震（１９４２年Ｍｗ７．８，１９５８年Ｍｗ７．７，１９７９年Ｍｗ８．１）が発生しました（図１）。さらに、１９０６年にこの沈み込み帯で記録上最も大きな地震が発生しており、１９０６年の地震はこれら３つの大地震の領域を全て破壊した巨大地震（Ｍｗ８．８）であったと考えられてきました。しかしながら、これら３つの大地震のエネルギーを足し合わせても、１９０６年の巨大地震の数分の１のエネルギーにしかなりません。そのため、複数の地震発生領域が同時に破壊されると、それぞれの領域の周辺も地震すべりに関与して、単純にそれぞれの領域を破壊した時よりもずっと多量のエネルギーを出すという大地震発生モデルが１９８０年代に提案され、その後の地震学の研究に影響を与えました。

一方で、１９０６年の地震が本当にこのモデルのような巨大地震であったのか疑問を呈する研究もありました。そこで本研究では、２０１６年４月に発生した大地震（Ｍｗ７．７）とその余震の地震波形の解析と、１９０６年の巨大地震の津波波形の解析を行い、この沈み込み帯での大地震の破壊履歴を調査しました。

＜研究の内容＞

エクアドル国内の広帯域地震計と広帯域強震計^注１）の観測網（図２ａ）及び遠地の広帯域地震観測網を用いて、２０１６年に発生した大地震（Ｍｗ７．７）のすべり分布の解析と余震のＣＭＴ解析^注２）を行いました。その結果、この地震の余震分布は１９４２年の大地震の余震分布とほぼ同じ分布であり（図２ｂ及びｄ）、本震の規模も１９４２年と同程度であることがわかりました。また、２０１６年の地震のすべり量はこの領域で推定されていたプレート間の固着（図２ｃ）から計算されるすべり欠損^注３）とも整合的であったことから、２０１６年の地震は１９４２年の地震とほぼ同じ領域を破壊した地震であったことがわかりました。

２０１６年の地震が１９４２年の地震の領域を繰り返し破壊したとすると、その再来間隔は７４年になります。１９０６年の巨大地震が従来考えられてきたように１９４２年の地震の領域を破壊していたとすると、１９４２年の地震はわずか３６年（推定された再来間隔７４年のおよそ半分）という間隔で２０１６年の地震と同規模の大地震を起こしてしまったという矛盾が生じます。

そのため、次に１９０６年の巨大地震の津波波形の解析を行い、この地震がどの程度の規模でどの領域で地震すべりがあったのか推定を行いました。古い地震のため遠地の津波波形データしか使用できなかったので、地球の弾性等を考慮した遠地津波を正確に計算できる新たな津波計算法^注４）を用いて津波計算を行いました。解析の結果、１９０６年の地震の規模はＭｗ８．４で、従来考えられていたよりも小さい地震であったことがわかりました。さらにこの地震と過去の大地震の破壊領域を比べてみると、双方の領域は重なっておらず、１９０６年の地震は３つの地震よりも浅い側（海溝側）を破壊した地震であったことがわかりました（図３）。つまり１９０６年の地震は、従来考えられてきたように３つの地震の領域を全て破壊して多量のエネルギーを出した地震ではなく、これら３つの地震とは全く別の地震であったことがわかりました。本研究によって、海溝側では１９０６年のＭｗ８．４の地震を、深部側では個別の領域を破壊するＭｗ７後半クラスの地震を起こすという、沈み込む深さ方向に２つの破壊様式を示す新たなモデルが提案されました。このモデルに基づくと１９０６年の地震は１９４２年の領域を破壊しておらず、再来間隔の矛盾をうまく説明することができます。

＜成果の意義＞

本研究によって初めて、定量的な津波波形データによる１９０６年の地震の規模と地震すべりの分布の推定がなされました。その結果、この地震は従来考えられていたような３つの大地震の領域を全て破壊して多量のエネルギーを出した巨大地震（Ｍｗ８．８）ではなく、３つの大地震よりも浅い側（海溝側）を破壊したより規模の小さい地震（Ｍｗ８．４）であったことがわかりました。連動型地震の最も典型的な例の１つとされてきたエクアドル・コロンビア沈み込み帯で連動型地震モデルに疑問符が付けられたことは、今後の大地震の発生や連動メカニズムを考える上で重要な意義があると考えられます。今後さらに他の地域の古い地震に関しても同様の調査が行われることで、これらのメカニズムに関する理解の深まりが期待されます。

津波は断層の走向方向と直交する方向に振幅が大きくなる性質があるため、遠く南米で発生した大地震による津波でも日本へ被害をもたらすことがあります。例えば２０１０年に南米チリで発生した巨大地震（Ｍｗ８．８）では、実際に最大１ｍ強の津波が観測されました。当時、気象庁によって大津波警報（高いところで３ｍ程度以上の津波）が出されましたが、実際に観測された津波の高さは予測よりも小さく、予測精度の向上が課題となっていました。従来考えられてきた１９０６年の地震の規模（Ｍｗ８．８）と本研究で新たに推定された規模（Ｍｗ８．４）の地震が生じた際の、日本で予想される津波高さの分布を図４に示しています。予想される津波高さは最大で３倍程度異なることがわかります。気象庁の遠地地震による津波予測に使用されるデータベースは、過去に発生した地震を参考に作られているため、遠地での大地震の正確な震源モデルの推定は、日本での津波予測の精度向上につながると期待されます。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） 広帯域地震計と広帯域強震計

広帯域地震計は、地震動を速い振動から非常にゆっくりとした振動まで幅広い周波数帯にわたって記録できるように設計された地震計です。しかしながら、近地で大地震が発生した場合は、強震動によって振り切れてしまうという問題があります。広帯域強震計は幅広い周波数帯域をカバーしつつ、強震動によっても振り切れずに地震動を記録できるという優れた特徴があります。

注２） ＣＭＴ解析

ＣＭＴは、セントロイドモーメントテンソルの略で、観測された地震波形を最も良く説明する地震の重心位置（セントロイド）とモーメントテンソル（断層の向きや地震すべりの方向、大きさを示すパラメータ）を解析によって推定します。地震学では断層のメカニズムをビーチボールで表します。ビーチボールの詳細な見方や意味については、気象庁の発震機構解と断層面のページなどを参考にしてください。

（http://www.data.jma.go.jp/svd/eqev/data/mech/kaisetu/mechkaisetu2.html）．

注３） すべり欠損

プレート境界地震は、プレート同士が固着することで応力を蓄積し、それが限界に達した時に起こると考えられています。プレートの相対的平均速度から期待される相対変位量から実際の相対変位量を差し引いた量をすべり欠損と呼びます。

注４） 遠地津波を正確に計算できる新たな津波計算法

２０１０年チリ地震が発生した際に、太平洋の対岸から伝播した遠地津波が、理論的に計算された津波波形よりも遅れて到達したということが問題となりました。近年その原因が、従来は計算に考慮していなかった地球の弾性や海水の圧縮性、津波伝播に伴う質量移動による重力場の変動によって生じていることが明らかになり、それらを考慮する津波計算法も提案されました。これにより、遠地津波の到達時刻を正確に予測可能になっただけでなく、遠地津波波形を利用した地震すべり分布の推定もより正確に行えるようになりました。詳しくは東京大学地震研究所ニュースレターを参考にしてください。

（http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/old/wp-content/uploads/2014/06/ERI-nl-plus_No23.pdf）．

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