詳細目次（pdf）

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目次
第1章
地震と地震学
1
1.1
地震と地震動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
震源と震源断層 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3
地震の大きさと地震動の強さ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.4
地震の原因 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.5
地震の観測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.6
地震による災害 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.7
地震の研究と地震学 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
第 1 部地震学概論
第2章
地震計と地震観測
16
地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.1.1
振り子の運動と地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.1.2
機械式地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.1.3
電磁式地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2.1.4
帰還型地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2.1.5
その他の地震計 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
2.2
地震記録システム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
2.3
地震観測および地震観測網 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
2.3.1
日本の観測網 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
2.3.2
世界の観測網 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
2.1
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目次
第3章
33
3.1
実体波の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
3.2
弾性体力学の基礎と波動方程式 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
3.3
波動方程式の解法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.3.1
ダランベールの方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
3.3.2
変数分離法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39
実体波の反射と屈折 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
3.4.1
自由表面における SH 波の反射 . . . . . . . . . . . . . .
42
3.4.2
境界面がある場合の SH 波の反射と屈折 . . . . . . . . .
44
3.4.3
自由表面へ P 波が入射する場合 . . . . . . . . . . . . . .
46
3.4.4
自由表面へ SV 波が入射する場合 . . . . . . . . . . . . .
49
3.4.5
境界面での P–SV 波の反射と屈折 . . . . . . . . . . . . .
51
3.4
第4章
表面波の伝播
55
4.1
表面波の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
4.2
レイリー波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
4.3
ラブ波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
4.4
表面波の分散 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
第5章
4.4.1
位相速度と群速度
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
4.4.2
分散性波動の伝播
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
4.4.3
長周期表面波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
地震波線と地球内部構造
68
5.1
アイコナール方程式と地震波線 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
5.2
地震波線と走時 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
5.2.1
水平成層構造の場合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
5.2.2
球殻層構造の場合
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
実体波の振幅 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
5.3
5.4
x
実体波の伝播
5.3.1
幾何減衰
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
5.3.2
内部減衰
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
地球内部構造と走時曲線 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
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第6章
5.4.1
いろいろな位相 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
5.4.2
走時曲線と標準構造 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
地球内部構造の推定
86
6.1
ヘルグロッツ–ウィーヘルトの方法 . . . . . . . . . . . . . . . .
86
6.2
屈折法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
6.3
反射法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
6.4
地震波トモグラフィー . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
6.5
レシーバ関数法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.6
表面波分散曲線に基づく推定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
6.7
地震波速度の異方性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
第7章
7.1
7.2
第8章
地震の空間分布
99
震源決定法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
99
7.1.1
3 点の S–P 時間による決定法 . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.1.2
P 波と S 波の着信時を用いた震源決定法 . . . . . . . . . 101
7.1.3
震源決定の誤差と精度向上の工夫 . . . . . . . . . . . . . 102
7.1.4
そのほかの震源決定法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
地震の空間分布の特徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
地震の発生機構
112
8.1
震源断層 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
8.2
断層運動の表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
8.3
地震波輻射の方位依存性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.4
発震機構の表現方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.5
発震機構の推定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.6
断層すべり量分布の推定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.7
断層の力学 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.7.1
モールの応力円とクーロン破壊基準
8.7.2
断層の摩擦すべり
. . . . . . . . . . . 123
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
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第9章
9.1
9.2
地震動と地震の規模
130
地震動の強さと震度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9.1.1
震度階 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
9.1.2
震度分布
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
地震のマグニチュード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.1
マグニチュードの推定法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.2
地震の規模別頻度
第 10 章
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
地震の活動
141
10.1 地震活動の表現 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
10.2 本震と余震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.3 群発地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
10.4 そのほかの活動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
第 2 部地震波動
第 11 章
波動方程式のグリーン関数
152
11.1 スカラー波のグリーン関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
11.2 弾性波のグリーン関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
11.2.1 k–ω 空間における解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
11.2.2 x–ω 空間における解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
11.2.3 x–t 空間における解
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
11.3 体積力による変位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
11.3.1 たたみ込み積分による表現
. . . . . . . . . . . . . . . . 161
11.3.2 体積力（シングルフォース）によって生じる変位の
遠地項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
第 12 章
グリーン関数の相反性と表現定理
164
12.1 ベッティの相反定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
12.2 グリーン関数と表現定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
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12.3 グリーン関数の相反性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
12.4 変位食違いに対する表現定理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
第 13 章
点震源断層モデルとモーメントテンソル
172
13.1 点震源断層モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
13.2 等価体積力と力のモーメント . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
13.3 一様等方な無限弾性媒質における遠方での変位 . . . . . . . . . 178
13.3.1 点震源断層による遠方での変位 . . . . . . . . . . . . . . 178
13.3.2 点震源せん断型食違い断層の輻射パターン . . . . . . . . 179
13.3.3 震源時間関数と震源スペクトル . . . . . . . . . . . . . . 180
13.4 地震モーメントの推定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
第 14 章
せん断型変位食違い断層モデルに基づく地震波の
生成
185
14.1 せん断型変位食違い断層による遠方での波形 . . . . . . . . . . . 185
14.2 ハスケル（Haskell）モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
14.2.1 すべり関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
14.2.2 震源時間関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
14.2.3 震源スペクトル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
14.2.4 破壊伝播方向に起因する指向性 . . . . . . . . . . . . . . 193
14.3 断層モデルの発展 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
14.4 非一様なすべり量分布 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
14.5 半無限弾性媒質における変位食違い断層モデルによる静的
変位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
第 15 章
応力解放モデルに基づくクラック形成による静的
変位
200
15.1 無限弾性媒質における無限に長い横ずれクラック . . . . . . . . 200
15.1.1 楕円座標系を用いた解法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
15.1.2 クラック表面での変位食違いと応力降下量 . . . . . . . . 205
15.2 無限弾性媒質における円形扁平クラック . . . . . . . . . . . . . 207
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15.3 半無限弾性媒質における無限に長い鉛直横ずれクラック . . . . 208
15.3.1 1927 年北丹後地震による水平変位の解析 . . . . . . . . . 210
15.3.2 変位食違い断層モデルと応力解放モデルによる変位量の
比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
第 16 章
地震断層パラメータの相似則
213
16.1 地震断層の相似則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
16.1.1 地震モーメントと断層面積
. . . . . . . . . . . . . . . . 214
16.1.2 応力解放モデルに基づく解釈 . . . . . . . . . . . . . . . 215
16.1.3 地殻内地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
16.2 震源スペクトルとコーナー周波数 . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
16.3 地震波輻射エネルギーと地震モーメントの比 . . . . . . . . . . . 222
16.4 ゆっくりすべり地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
16.5 不均質な断層すべり . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
第 17 章
自由表面への点荷重による静的弾性変形
227
17.1 無限弾性媒質における静的な体積力による変位 . . . . . . . . . 228
17.1.1 ラプラス方程式のグリーン関数 . . . . . . . . . . . . . . 229
17.1.2 静的な体積力による変位 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
17.2 半無限弾性媒質の表面にはたらく点荷重による変位 . . . . . . . 231
17.2.1 仮の力 F ′ による変位と応力 . . . . . . . . . . . . . . . . 231
17.2.2 z 軸上の湧き出しによる変位と応力の付加 . . . . . . . . 232
17.2.3 積分定数 A と点荷重 F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
17.3 砂利山の消滅によって生じた地盤隆起 . . . . . . . . . . . . . . 235
第 18 章
水平線震源によるラブ波の励起
237
18.1 2 層構造におけるラブ波のモード解 . . . . . . . . . . . . . . . . 237
18.2 水平線震源による強制加振 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
第 19 章
地球の自由振動
244
19.1 自由振動のスペクトル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
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19.2 流体球モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
19.2.1 球対称の振動解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
19.2.2 一般的な振動解 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
19.3 弾性体としての取扱い . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
第 20 章
短周期コーダ波
254
20.1 短周期地震波形のエンベロープの特徴 . . . . . . . . . . . . . . 254
20.2 S コーダ波励起のモデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
20.2.1 一次等方散乱モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
20.2.2 輻射伝達理論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
20.2.3 拡散モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
20.3 S 波の全散乱係数 g0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
20.4 コーダ規格化法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
20.4.1 観測点直下の S 波振幅増幅特性 . . . . . . . . . . . . . . 267
20.4.2 震源からの輻射エネルギー
. . . . . . . . . . . . . . . . 267
20.4.3 S 波の減衰特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
20.5 震源断層からの短周期エネルギー輻射のインバージョン解析 . . 269
20.6 ランダム不均質構造における地震波エンベロープ . . . . . . . . 270
第 21 章
ランダムノイズの相互相関関数解析に基づくグリー
ン関数の抽出
272
21.1 相互相関関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
21.2 常時微動の相互相関関数解析に基づく地震波伝播速度の推定 . . 273
21.3 一様構造におけるランダムノイズの相互相関関数とグリーン関数の
関係 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
21.3.1 スカラー波のグリーン関数
. . . . . . . . . . . . . . . . 275
21.3.2 ノイズ源のアンサンブルと相互相関関数 . . . . . . . . . 276
21.3.3 観測点を取り囲む大きな球殻に分布するノイズ源 . . . . 277
21.3.4 ランダムノイズの相互相関関数とノイズ源の自己相関関数
との関係
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
21.4 不均質構造におけるノイズ相互相関関数解析 . . . . . . . . . . . 281
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第 3 部地震テクトニクス
第 22 章
プレートテクトニクスと世界の地震活動
284
22.1 プレートテクトニクス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
22.2 マントル対流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
22.2.1 マントルに沈み込む海洋プレート：マントル下降流 . . . 286
22.2.2 ホットスポットとプルーム：マントル上昇流
. . . . . . 289
22.3 プレート境界と地震の発生，火山の生成 . . . . . . . . . . . . . 290
22.4 沈込み帯の地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
22.5 中央海嶺の地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
22.6 トランスフォーム断層の地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
22.7 大陸プレートどうしが接するプレート境界域とそこで発生する
地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
22.7.1 収束境界：ヒマラヤ衝突帯
. . . . . . . . . . . . . . . . 312
22.7.2 発散境界：東アフリカ地溝帯 . . . . . . . . . . . . . . . 315
22.7.3 平行移動境界：サンアンドレアス断層 . . . . . . . . . . 318
第 23 章
地球内部構造とダイナミクス
322
23.1 地殻 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
23.1.1 地殻と上部マントル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
23.1.2 海洋地殻
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
23.1.3 大陸地殻
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
23.2 マントル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
23.2.1 上部マントルとリソスフェア，アセノスフェア . . . . . 330
23.2.2 上部マントルとマントル遷移層 . . . . . . . . . . . . . . 334
23.2.3 下部マントルと D′′ 層 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
23.3 核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
23.3.1 外核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
23.3.2 内核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
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目次
第 24 章
日本列島周辺の地殻・上部マントル構造と地震
活動
353
24.1 日本列島周辺のプレート運動 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
24.2 日本列島周辺の地震の分布 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354
24.3 日本列島下に沈み込むプレートの形状 . . . . . . . . . . . . . . 358
24.4 島弧地殻，上部マントルおよび沈み込むプレートの構造 . . . . 362
24.4.1 制御震源によリ推定された地震波速度構造 . . . . . . . . 363
24.4.2 自然地震により推定された地震波速度構造 . . . . . . . . 366
24.5 内陸地震と活断層・火山の分布 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
第 25 章
沈込み帯の地震とその発生機構
377
25.1 プレート境界地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
25.1.1 アスペリティモデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
25.1.2 断層面の摩擦特性
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
25.1.3 アスペリティの繰返し破壊，連動破壊 . . . . . . . . . . 381
25.1.4 準静的すべり（非地震性すべり）と小繰返し地震 . . . . 390
25.1.5 スロースリップイベントと低周波地震 . . . . . . . . . . 392
25.2 スラブ内地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
25.2.1 やや深発地震と脱水脆性化モデル . . . . . . . . . . . . . 394
25.2.2 二重深発地震面 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
25.2.3 スラブ地殻内の帯状の地震集中域 . . . . . . . . . . . . . 397
25.2.4 深発地震
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
25.3 内陸地震 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
25.3.1 地殻の強度分布と内陸地震の深さの下限 . . . . . . . . . 400
25.3.2 過剰間隙圧と地震発生 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
第 26 章
地震の予知・予測
407
26.1 地震予知研究計画 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
26.2 地震発生予測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
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目次
付録 A
弾性波動論の基礎
418
A.1 ひずみテンソル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
A.2 運動方程式と応力テンソル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
A.3 フックの法則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
A.4 運動方程式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
A.5 直交曲線座標系におけるひずみテンソルと応力テンソル . . . . 423
付録 B
フーリエ変換と階段関数
426
B.1 フーリエ変換 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
B.2 デルタ関数，階段関数，傾斜関数 . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
B.3 たたみ込み積分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
付録 C 最尤法と最小二乗法の基礎
432
付録 D
436
参考図書
参考文献
439
索引
463
欧文索引
470
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コラム目次
コラム 1 DD 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
コラム 2 応力場と断層のタイプ . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
コラム 3 計測震度の算出方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
コラム 4 ETAS モデル . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
コラム 5 強震動予測 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
コラム 6 緊急地震速報 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
コラム 7 津波警報システム . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
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