島弧地殻・上部マントル/プレート・活断層不均質構造の解明 —制御震源地震学— 岩崎研究室（岩崎貴哉） 1. はじめに日本列島は，沈み込み帯に位置し，活発な地震・火山活動が進行している地球科学的に興味深い領域である．島弧内の地震・火山活動は，地殻や上部マントル内の構造やその不均質さと密接な関係を持っていると考えられる．地震研究所では，全国の大学と共同で大規模な地震観測・実験を行い，島弧地殻の構造を研究することによって，地殻の進化・変形過程の解明及び複雑な構造下における地震発生プロセス（特に歪・応力集中プロセス）の解明を目指している．このような研究は幾つかの研究プロジェクトとして推進されており，当研究室は，平田・佐藤（比）・飯高・酒井・小原研究室とともに，これらのプロジェクト推進の中核となっている．このようなプロジェクト研究では，屈折法及び反射法と呼ばれる制御震源探査（人工的に地震波を生成し，その波を用いて地下構造を推定する）と稠密自然地震観測を連携させて推進する．制御震源地震探査では数 100m から数 km までの不均質構造の解明（地殻内の反射体や深部断層系の構造）を目的としている．また，自然地震観測では，精密な震源分布や活動の様式を明らかにするとともに，トモグラフィー法によって 3 次元的な構造のマッピングを行うものである． 2. 主な研究活動 2-1 島弧横断プロファイル日本列島を横断する構造プロファイルを提出する目的で，北海道，東北，南関東，中部（東海地域を含む），紀伊半島及び四国・中国地方において，大規模な地殻・上部マントル構造探査が行われてきた．このうちの東北地方の実験では，日本海溝から東北日本弧を経て日本海に至る，沈み込み帯の詳細な構造断面が求められた．また，東北脊梁山地下には，その両側に発達している活断層系からの明瞭な反射波が深さ 15km まで確認された．さらに，下部地殻には多数の反射体群が存在し，上部地殻と下部地殻の物性の差が，明瞭となった（図 1）．島弧横断プロファイル（東北日本弧）図 1. 東北日本弧の断面図．L-3 より西側は，日本海生成時の地殻変形のため，複雑な構造となっている． 2-2 島弧の衝突現象北海道地域では，日高衝突帯に焦点をあて，衝突する千島弧と東北日本弧の地殻の変形の様子を捉えることができた．即ち，日高山脈の東において千島弧側の地殻が東北日本弧側に乗り上げ，また，日高山脈の西側では東北日本弧側の地殻が衝突によって著しく変形している．また，南関東では，フィリピン海プレートに乗った伊豆-小笠原弧が本州弧に衝突する様子が明瞭な形で捉えられた．（図 2）． 2-3 日本列島下に沈み込むプレート構造日本列島下に沈みこむフィリピン海プレートから，しばしば明瞭な反射波が観測される．このような波を解析することで，プレート沈み込み構造を推定することができる．図 3 は，紀伊半島下に沈みこむフィリピン海プレートの構造を示したものである．このような解析は，西南日本弧の幾つかの場所で行われ，東海-中部域や四国・中国域において，沈みこみ構造が提出されている．更に，沈み込み域分岐断層として，神縄・国府津－松田断層の重点的観測を行うなど，制御震源探査の面から，日本列島下のプレート沈み込みのダイナミクス解明のための研究を行っている． 2-4 主要構造線/歪集中帯の構造（内陸地震発生メカニズム解明を目指して） 2004 年からは内陸地震発生のプロセスを理解するために，新潟から神戸に至る歪集中帯の解明のための観測研究を行った．特に，跡津川断層系（富山県）を含む地域や濃尾断層系を横断する大規模な制御地震探査等を実施し，現在その解析を行っている．また 2002-2010 年まで，理学系研究科（池田研究室）とも共同で，糸魚川-静岡構造線断層帯の構造解明を目指した探査を実施した．衝突構造図 2. 左：北海道日高地域における衝突構造．東側の地殻が衝突によって裂けている．右：南関東域における伊豆弧の衝突構造プレート沈み込み構造図 3. 紀伊半島東部下のフィリピン海プレート沈み込み構造．主要構造線の構造図 4.糸魚川-静岡構造線北部の構造． 2-5 New Zealand 北島における沈み込み構造の解明 2009 年から，New Zealand 研究者と共同で，北島の Hikurangi Margin におけるプレート沈み込み構造解明の共同研究を開始した．2009 年には，日本側の海底地震計を用いた海域探査が行われた．2011 年には，陸域部での地殻構造調査が行われた．この研究を日本における成果と比較し，プレート沈み込み構造の一般的特徴と地域性，プレート上面に発達する巨大分岐断層の構造とその物理性質を明らかにする研究を継続させる． 2-6 解析手法の開発地震波データは，地殻構造に関する様々な情報を持っている．それらの情報を引き出すための，解析手法の開発も重要な研究テーマである．走時データの inversion 法や，反射体マッピングの方法，理論波形計算方法なども，日本列島の複雑な構造に十分適合した形で開発をしていく必要があり，その研究を進めている．最近，新しい反射法処理によって，日高衝突帯(図 2 参照)について，東北日本弧側深部構造に関する新たな知見が得られた．また，今までに得られた構造の知見をもとに，島弧地殻の活動の定量的シミュレーションの基本となる日本列島周辺域 3D 構造の構築にも着手した．