16:30 〜 16:45
[HDS11-15] 2023年10月鳥島近海津波：海底カルデラの加速する隆起現象
2023年10月9日，津波を引き起こすような顕著な地震を伴わずに，日本周辺の沿岸で最大振幅~0.6 mの津波が観測された．気象庁は伊豆・小笠原諸島の鳥島の南方~80 kmにある海底火山 (孀婦岩) の周辺の海域で5:25 (日本時間．以下同様) に発生したM~5程度の地震が原因であるとしたが，USGSによると孀婦岩の西方~30–40 kmの海域で4:53から6:26の間に14回の地震 (mb = 4.3-5.7) が発生していた．Sandanbata et al. (2024) は，DONET (Dense Oceanfloor Network system for Earthquakes and Tsunamis, Kaneda et al. 2015; Kawaguchi et al. 2015) の海底圧力計の記録を解析してこの津波の発生過程の時間履歴を推定して，一連のイベントの間に繰り返し津波が発生していたこと，そしてそれらの発生タイミングは孀婦岩の近傍で発生した14回の地震と同期していたことを明らかにした．一方で，Sandanbata et al. (2024) はこの特異な津波を生じさせた海底変動の詳細な分布や変動量までは推定しなかった．それらを高い精度で推定することは，この津波の発生メカニズムのさらなる理解のためにも重要である．本研究では、DONETとS-net (Seafloor Observation Network for Earthquakes and Tsunamis along the Japan Trench, Aoi et al. 2020) の津波データを用いて，津波波源の水平位置と分布，海底変動履歴を詳細に推定し，その発生のメカニズムを議論した．
本解析では，まず，津波波源インバージョン解析により，繰り返し発生した14回の津波の波源分布 (海面鉛直変位分布) を推定した．一般的なインバージョン解析では，津波は，継続時間は長くとも数分程度の1回のイベントによってのみ励起されたと仮定することが多いが，本解析では，約1.5時間にわたって繰り返し発生した津波を解像するためにUSGSカタログの発震時刻に基づいて，時間方向に14の時間関数を設定した．解析の結果，各イベントの波源は隆起が支配的で，最終的にひとつの大きな隆起を構成していた．各イベントの隆起の中央はほぼ同じ位置にあり，その場所はイベント後に実施された海底地形調査で確認された海底カルデラ地形 (JAMSTEC, 2023) と対応する．このことから，同一の海底カルデラが繰り返し隆起したことによって津波が生じたと考えられる．
続いて，カルデラを中心としたガウス関数型の隆起分布を考えて，それが14回繰り返し起こったと仮定して各イベントでの海底隆起量を推定した．その結果，各イベントの隆起量は時間経過とともに徐々に増加し，カルデラ中央における最終的な隆起量は~3 mと推定された．この徐々に加速する隆起は，他のカルデラにおいて報告された，噴火直前に繰り返す微小地震の発生数の増加や，地震の発生間隔の減少といった加速的プロセス (e.g. Michon et al. 2009; Wang et al. 2023) とも対応する．
カルデラ火山活動に伴う地殻変動現象の事例は多数ある (Cole et al., 2005) が，なかでもトラップドア断層と呼ばれる，カルデラ内環状断層の逆断層すべりとカルデラ下の水平クラック (マグマだまり) の開口が同時に発生する連動現象が起こると，カルデラが急激に隆起することが報告されている(e.g. Sandanbata et al. 2022; Zheng et al. 2022)．海底で生じたトラップドア断層破壊に伴う海底の隆起により顕著な津波が生じることも報告されており (e.g. Fukao et al.2018; Sandanbata et al. 2022)，これらの特徴は本解析によって推定された海底カルデラを中心とした海底隆起と矛盾しない．したがって，今回の一連のイベントでは，海底トラップドア断層の破壊が繰り返し起こったことで津波が生じたと示唆される．一方で，過去に報告されたトラップドア断層破壊に伴う津波は，1回のイベントのみに起因する (e.g. Sandanbata et al. 2022) のに対し，今回のイベントでは複数回のイベントが立て続けに起こっていたことが特徴的である．これは，本カルデラにおけるトラップドア断層の破壊プロセスが，特異なものであることを意味するかもしれない．
本解析では，まず，津波波源インバージョン解析により，繰り返し発生した14回の津波の波源分布 (海面鉛直変位分布) を推定した．一般的なインバージョン解析では，津波は，継続時間は長くとも数分程度の1回のイベントによってのみ励起されたと仮定することが多いが，本解析では，約1.5時間にわたって繰り返し発生した津波を解像するためにUSGSカタログの発震時刻に基づいて，時間方向に14の時間関数を設定した．解析の結果，各イベントの波源は隆起が支配的で，最終的にひとつの大きな隆起を構成していた．各イベントの隆起の中央はほぼ同じ位置にあり，その場所はイベント後に実施された海底地形調査で確認された海底カルデラ地形 (JAMSTEC, 2023) と対応する．このことから，同一の海底カルデラが繰り返し隆起したことによって津波が生じたと考えられる．
続いて，カルデラを中心としたガウス関数型の隆起分布を考えて，それが14回繰り返し起こったと仮定して各イベントでの海底隆起量を推定した．その結果，各イベントの隆起量は時間経過とともに徐々に増加し，カルデラ中央における最終的な隆起量は~3 mと推定された．この徐々に加速する隆起は，他のカルデラにおいて報告された，噴火直前に繰り返す微小地震の発生数の増加や，地震の発生間隔の減少といった加速的プロセス (e.g. Michon et al. 2009; Wang et al. 2023) とも対応する．
カルデラ火山活動に伴う地殻変動現象の事例は多数ある (Cole et al., 2005) が，なかでもトラップドア断層と呼ばれる，カルデラ内環状断層の逆断層すべりとカルデラ下の水平クラック (マグマだまり) の開口が同時に発生する連動現象が起こると，カルデラが急激に隆起することが報告されている(e.g. Sandanbata et al. 2022; Zheng et al. 2022)．海底で生じたトラップドア断層破壊に伴う海底の隆起により顕著な津波が生じることも報告されており (e.g. Fukao et al.2018; Sandanbata et al. 2022)，これらの特徴は本解析によって推定された海底カルデラを中心とした海底隆起と矛盾しない．したがって，今回の一連のイベントでは，海底トラップドア断層の破壊が繰り返し起こったことで津波が生じたと示唆される．一方で，過去に報告されたトラップドア断層破壊に伴う津波は，1回のイベントのみに起因する (e.g. Sandanbata et al. 2022) のに対し，今回のイベントでは複数回のイベントが立て続けに起こっていたことが特徴的である．これは，本カルデラにおけるトラップドア断層の破壊プロセスが，特異なものであることを意味するかもしれない．