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[U15-P59] 能登半島における一連の地震活動への流体の因果関係についての考察
キーワード：令和6年能登半島地震、流体、群発地震
能登半島北東部では，2018年頃から地震回数の増加が見られ，2020年12月以降群発地震活動が活発化している。2023年5月5日にはMj6.5の地震が，2024年1月1日にはMj7.6の地震が発生している。この一連の地震活動は，能登半島北部から日本海にかけて存在する，南東傾斜の逆断層の破壊に起因するものと考えられている。
この群発地震の発生要因として，地殻流体の関与が指摘されている。西村らによるGNSSの測位データを利用した解析によって，群発地震を引き起こしたとされる断層が開口した際の体積増加は，2020年11月から2022年6月までにかけて，およそ2.92×107 m3増加したと推定された1）。西村らはこの推定結果から，断層の開口による体積増加は，深部からの地殻流体の流入によるものであり，この地殻流体の上昇によるスロースリップ発生と断層強度低下が，能登半島北東部における群発地震の発生要因であると解釈した1）。また，雨澤らによる群発地震の震源位置の時空間的発展の解析からも，群発地震の要因として深部からの流体供給が挙げられ，地殻内において流体が拡散したと仮定した場合の拡散係数は，およそ9.4×10-2 ～1.2×10-1 m2/sであると推定された2）。さらに，加藤による2023年5月5日に発生したMj6.5の地震の，余震の震源位置の時空間的発展の解析によって，余震の震源はおよそ20 km/hの速さで拡大していることがわかり，地殻の透水係数がおよそ10-10 m2に相当すると推定された3）。
このように，様々な地震学的な研究で地殻流体の関与が指摘されている中で，本研究では，椋平らの用いた資源工学分野の注水に起因する誘発地震に関する理論を用いて4），一連の群発地震に関与したと考えられる流体量を推定し，既存の解釈と合わせて考察していく。まず，吉田らが作成した地震カタログから2020年12月から2023年7月の地震データを用いて5），McGarrの理論，Seismogenic Index（SI）モデル，ダルシー則，三乗則に基づく4つのアプローチから，群発地震に関与した地殻流体量の推定を行った。McGarrの理論，SIモデルは，注水に関する誘発地震の分野で提唱された理論，モデルである。McGarrの理論はき裂内での流体圧の上昇を前提とし，地殻への流体の注入量と地震モーメントの関係についての理論である。SIモデルは岩体における流体の拡散を前提とし，地殻への流体の注入量とGR則のa値の関係を表すモデルである。本研究では，地震カタログから一定期間内の地震モーメントの和とGR則のa値を求め，McGarrの理論，SIモデルを適用して流体量を算出した。ダルシー則，三乗則は，流体の流動領域，および領域内の流体の圧力差と流量の関係を表した法則である。本研究では，地震カタログから流動領域を推定し，震源分布の拡大の様子から拡散係数および透水係数を推定した。また，地殻流体の圧力差は群発地震発生深度における一般的な値を用いた。これらを用いてダルシー則，三乗則を適用して流量を算出し，その結果から流体量を算出した。その結果，いずれのアプローチの推定結果が調和的なのは，推定した流体量が106～108 m3の範囲であった。これは，西村らによって推定された流体の変化量（2.92×107 m3）とおおよそ一致する。この比較より，本研究で推定された流体量の妥当性，ならびに本研究で用いた推定方法の一般性について考察した。
さらに，本研究で対象とした2020年12月から2023年7月よりも後の期間について，群発地震活動と流体の関与が示される区間において流体量の推定を行う他，地質学的背景との整合，プレートからの脱水量等との整合性を議論していく。
引用・参考文献
1) Nishimura, T., Hiramatsu, Y. & Ohta, Y. Episodic transient deformation revealed by the analysis of multiple GNSS networks in the Noto Peninsula, central Japan. Sci Rep 13, 8381 (2023).
2) Amezawa, Y., Hiramatsu, Y., Miyakawa, A., Imanishi, K., & Otsubo, M. (2023). Long-living earthquake swarm and intermittent seismicity in the northeastern tip of the Noto Peninsula, Japan. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL102670.
3) Kato, A. (2024). Implications of fault-valve behavior from immediate aftershocks following the 2023 Mj6.5 earthquake beneath the Noto Peninsula, central Japan. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL106444.
4) Mukuhira, Y., Uno, M. & Yoshida, K. Slab-derived fluid storage in the crust elucidated by earthquake swarm. Commun Earth Environ 3, 286 (2022).
5) Yoshida, K., Uchida, N., Matsumoto, Y., Orimo, M., Okada, T., Hirahara, S., Kimura, S., & Hino, R. (2023). Earthquake Data for the 2023 Mw6.2 Suzu Earthquake in the Northeastern Noto Peninsula, Japan [Data set]. Zenodo.
この群発地震の発生要因として，地殻流体の関与が指摘されている。西村らによるGNSSの測位データを利用した解析によって，群発地震を引き起こしたとされる断層が開口した際の体積増加は，2020年11月から2022年6月までにかけて，およそ2.92×107 m3増加したと推定された1）。西村らはこの推定結果から，断層の開口による体積増加は，深部からの地殻流体の流入によるものであり，この地殻流体の上昇によるスロースリップ発生と断層強度低下が，能登半島北東部における群発地震の発生要因であると解釈した1）。また，雨澤らによる群発地震の震源位置の時空間的発展の解析からも，群発地震の要因として深部からの流体供給が挙げられ，地殻内において流体が拡散したと仮定した場合の拡散係数は，およそ9.4×10-2 ～1.2×10-1 m2/sであると推定された2）。さらに，加藤による2023年5月5日に発生したMj6.5の地震の，余震の震源位置の時空間的発展の解析によって，余震の震源はおよそ20 km/hの速さで拡大していることがわかり，地殻の透水係数がおよそ10-10 m2に相当すると推定された3）。
このように，様々な地震学的な研究で地殻流体の関与が指摘されている中で，本研究では，椋平らの用いた資源工学分野の注水に起因する誘発地震に関する理論を用いて4），一連の群発地震に関与したと考えられる流体量を推定し，既存の解釈と合わせて考察していく。まず，吉田らが作成した地震カタログから2020年12月から2023年7月の地震データを用いて5），McGarrの理論，Seismogenic Index（SI）モデル，ダルシー則，三乗則に基づく4つのアプローチから，群発地震に関与した地殻流体量の推定を行った。McGarrの理論，SIモデルは，注水に関する誘発地震の分野で提唱された理論，モデルである。McGarrの理論はき裂内での流体圧の上昇を前提とし，地殻への流体の注入量と地震モーメントの関係についての理論である。SIモデルは岩体における流体の拡散を前提とし，地殻への流体の注入量とGR則のa値の関係を表すモデルである。本研究では，地震カタログから一定期間内の地震モーメントの和とGR則のa値を求め，McGarrの理論，SIモデルを適用して流体量を算出した。ダルシー則，三乗則は，流体の流動領域，および領域内の流体の圧力差と流量の関係を表した法則である。本研究では，地震カタログから流動領域を推定し，震源分布の拡大の様子から拡散係数および透水係数を推定した。また，地殻流体の圧力差は群発地震発生深度における一般的な値を用いた。これらを用いてダルシー則，三乗則を適用して流量を算出し，その結果から流体量を算出した。その結果，いずれのアプローチの推定結果が調和的なのは，推定した流体量が106～108 m3の範囲であった。これは，西村らによって推定された流体の変化量（2.92×107 m3）とおおよそ一致する。この比較より，本研究で推定された流体量の妥当性，ならびに本研究で用いた推定方法の一般性について考察した。
さらに，本研究で対象とした2020年12月から2023年7月よりも後の期間について，群発地震活動と流体の関与が示される区間において流体量の推定を行う他，地質学的背景との整合，プレートからの脱水量等との整合性を議論していく。
引用・参考文献
1) Nishimura, T., Hiramatsu, Y. & Ohta, Y. Episodic transient deformation revealed by the analysis of multiple GNSS networks in the Noto Peninsula, central Japan. Sci Rep 13, 8381 (2023).
2) Amezawa, Y., Hiramatsu, Y., Miyakawa, A., Imanishi, K., & Otsubo, M. (2023). Long-living earthquake swarm and intermittent seismicity in the northeastern tip of the Noto Peninsula, Japan. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL102670.
3) Kato, A. (2024). Implications of fault-valve behavior from immediate aftershocks following the 2023 Mj6.5 earthquake beneath the Noto Peninsula, central Japan. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL106444.
4) Mukuhira, Y., Uno, M. & Yoshida, K. Slab-derived fluid storage in the crust elucidated by earthquake swarm. Commun Earth Environ 3, 286 (2022).
5) Yoshida, K., Uchida, N., Matsumoto, Y., Orimo, M., Okada, T., Hirahara, S., Kimura, S., & Hino, R. (2023). Earthquake Data for the 2023 Mw6.2 Suzu Earthquake in the Northeastern Noto Peninsula, Japan [Data set]. Zenodo.