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[SSS04-P10] 力学的先験条件を考慮した2011年東北地震の三陸沖浅部の地震時すべり・応力降下分布の推定
沈み込み帯プレート境界におけるすべり遅れ・せん断応力の蓄積・解消プロセスの詳細な推定は，巨大地震を引き起こす原動力となる応力やエネルギーを定量化し，プレート間の力学固着状態を明らかにするうえで重要である．Kubota et al. (2022) は，2011年東北地震の震源域直上で得られた津波記録の解析により東北地震のすべり分布を推定し，浅部大すべりが生じた宮城沖のプレート間の応力降下と力学的固着状態を議論した．一方で，浅部で局所的なすべりがあったと指摘されている三陸沖については，観測点が少なく解像度がないために議論していなかった．
東北地震時，三陸沖の海溝軸のすぐ沖側に海底電磁力計が展開されていた (Ichihara et al. 2013)．海底電磁力計は津波による磁場変化を観測することができ，それを震源断層の推定に利用する試みもなされつつある (Kawashima & Toh 2016; 横井ほか 2022)．また，最近Saito and Noda (2022) は，地表変位－プレート間すべりの線形関係，プレート間すべり－応力変化の線形関係を結合し，地表の変位速度データからプレート間応力蓄積速度を直接インバージョン推定する手法を提案した．この手法には，従来のすべりインバージョン解析と比べて，プレート境界の力学的条件を解析上の拘束条件として組み込みやすいという利点がある．本研究では，Kubota et al. (2022) の解析に，OBEMによる津波記録を追加し，Saito and Noda (2022) の手法を適用して，三陸沖の浅部のすべりと応力降下の分布の詳細な推定を試みる．
解析では，プレート曲面を多数の三角要素を使って表現し，三角要素に単位量のせん断応力降下 (以下，応力降下要素) を与えて，それによる地表変位と津波を計算する (Green関数)．応力降下分布の推定においては，余震・余効すべり域に対応する応力増加域 (負の応力降下) が生じても問題ないという観点から，従来のすべりインバージョンで広く用いられる非負拘束条件は用いなかった．解析では，プレート境界浅部は安定すべり域のため応力を蓄積・解消しないという力学的先験情報 (Scholtz 1998) を考慮しながら，応力降下要素の配置を以下のように仮定した：[1] プレート深部 (z > ~10km) にのみ要素を配置し，浅部 (z < ~10 km) には置かない，[2] [1]の要素に加えて，三陸沖の浅部に要素を置く，[3] [1]の要素に加えて，浅部の全領域に要素を置く．
解析の結果，三陸沖の浅部では，[2]と[3]の条件下の解析では，三陸沖の海溝軸ごく近傍に大きな応力降下が推定された (> ~5–10 MPa)．これはすべりインバージョンによるKubota et al. (2022) のモデルの三陸沖浅部の応力降下と対応する．三陸沖の浅部で応力降下がなかったモデル[1]に比べて，これらのモデルは岩手沖で観測された津波波形をより再現した．とくに，三陸沖の海底電磁力計による津波波形 (Ichihara et al. 2013) のピークの振幅およびタイミングの説明度は，浅部に要素を仮定したモデル[2][3]のほうがはるかに高かった．宮城沖のすべり・応力降下については，モデル[1][2][3]の解析でおおむね同様の分布が得られ，すべりインバージョンモデル (Kubota et al. 2022) とも整合的であった．なお，浅部全域に応力降下要素を配置したモデル[3]では福島沖のプレート境界浅部に大きなすべり・応力降下が推定された．これは福島沖浅部に大すべりがなくとも観測を同程度に説明するKubota et al. (2022) のモデルと不整合であるが，この違いはデータがないことによる推定の不確実性が原因と考える．三陸沖浅部の応力降下の絶対値をより精度良く，定量的に議論するためには浅部の不均質構造の考慮や，三陸沖の海溝軸近傍における地震時の海底変位観測 (Fujiwara 2021) の活用の必要があるが，本結果は，三陸沖浅部のプレート境界には一定量の応力降下があった可能性を示唆する
東北地震時，三陸沖の海溝軸のすぐ沖側に海底電磁力計が展開されていた (Ichihara et al. 2013)．海底電磁力計は津波による磁場変化を観測することができ，それを震源断層の推定に利用する試みもなされつつある (Kawashima & Toh 2016; 横井ほか 2022)．また，最近Saito and Noda (2022) は，地表変位－プレート間すべりの線形関係，プレート間すべり－応力変化の線形関係を結合し，地表の変位速度データからプレート間応力蓄積速度を直接インバージョン推定する手法を提案した．この手法には，従来のすべりインバージョン解析と比べて，プレート境界の力学的条件を解析上の拘束条件として組み込みやすいという利点がある．本研究では，Kubota et al. (2022) の解析に，OBEMによる津波記録を追加し，Saito and Noda (2022) の手法を適用して，三陸沖の浅部のすべりと応力降下の分布の詳細な推定を試みる．
解析では，プレート曲面を多数の三角要素を使って表現し，三角要素に単位量のせん断応力降下 (以下，応力降下要素) を与えて，それによる地表変位と津波を計算する (Green関数)．応力降下分布の推定においては，余震・余効すべり域に対応する応力増加域 (負の応力降下) が生じても問題ないという観点から，従来のすべりインバージョンで広く用いられる非負拘束条件は用いなかった．解析では，プレート境界浅部は安定すべり域のため応力を蓄積・解消しないという力学的先験情報 (Scholtz 1998) を考慮しながら，応力降下要素の配置を以下のように仮定した：[1] プレート深部 (z > ~10km) にのみ要素を配置し，浅部 (z < ~10 km) には置かない，[2] [1]の要素に加えて，三陸沖の浅部に要素を置く，[3] [1]の要素に加えて，浅部の全領域に要素を置く．
解析の結果，三陸沖の浅部では，[2]と[3]の条件下の解析では，三陸沖の海溝軸ごく近傍に大きな応力降下が推定された (> ~5–10 MPa)．これはすべりインバージョンによるKubota et al. (2022) のモデルの三陸沖浅部の応力降下と対応する．三陸沖の浅部で応力降下がなかったモデル[1]に比べて，これらのモデルは岩手沖で観測された津波波形をより再現した．とくに，三陸沖の海底電磁力計による津波波形 (Ichihara et al. 2013) のピークの振幅およびタイミングの説明度は，浅部に要素を仮定したモデル[2][3]のほうがはるかに高かった．宮城沖のすべり・応力降下については，モデル[1][2][3]の解析でおおむね同様の分布が得られ，すべりインバージョンモデル (Kubota et al. 2022) とも整合的であった．なお，浅部全域に応力降下要素を配置したモデル[3]では福島沖のプレート境界浅部に大きなすべり・応力降下が推定された．これは福島沖浅部に大すべりがなくとも観測を同程度に説明するKubota et al. (2022) のモデルと不整合であるが，この違いはデータがないことによる推定の不確実性が原因と考える．三陸沖浅部の応力降下の絶対値をより精度良く，定量的に議論するためには浅部の不均質構造の考慮や，三陸沖の海溝軸近傍における地震時の海底変位観測 (Fujiwara 2021) の活用の必要があるが，本結果は，三陸沖浅部のプレート境界には一定量の応力降下があった可能性を示唆する