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[SSS12-15] 小地震の断層破壊過程とモーメントマグニチュードとローカルマグニチュードの系統的乖離の関係
キーワード：モーメントマグニチュードローカルマグニチュード、断層破壊過程、震源スペクトル、地震波放射エネルギー
ローカルマグニチュードは観測地震波形の最大振幅に基づいて決定される (Richter, 1935) マグニチュードであり、断層破壊過程を反映する量の一つである。日本では、ルーチン処理として、気象庁が ML の一種である気象庁マグニチュード (Mjma) を推定している (Katsumata, 1999, 2004)。一方、モーメントマグニチュード (ML) は、大地震 (M>7~8) のマグニチュードを適切に定量化するために導入された (Hanks & Kanamori, 1979; Kanamori, 1977)。ML と異なり、Mw は地震モーメント (M0)と直接的な関係を持っている。 ML と Mw は、中規模以上 (ML>3~4) の地震では概ね一致するが、小地震 (ML<3~4) では系統的に乖離する傾向がみられる (e.g., Edwards et al., 2010; Edwards & Rietbrock, 2009; Goertz-Allmann et al., 2011; Uchide & Imanishi, 2018)。伝播経路における非弾性減衰 (e.g., Deichmann, 2017; Uchide & Imanishi, 2018) や表層付近における高減衰 (e.g., Hanks & Boore, 1984) が影響している可能性が指摘されている。
規模が同程度の地震間でも、小地震の ML と Mw の乖離の度合いには多様性が見られる (e.g., Edwards et al., 2010; Uchide & Imanishi, 2018)。しかしながら、この原因を調べた研究はほとんど存在しない。本研究では、地震の破壊過程に基づき、この乖離の要因を検討する。
福島・茨城県境付近では2011年東北沖地震以降、多数の地殻内地震が発生しており、震源パラメータの推定に適していると考えられる。本研究では、震源スペクトルを用いて各地震の放射エネルギー (ER)と、地震モーメント (M0)、規格化エネルギー (eR=ER/M0) 推定し、それらとMjma と Mw の乖離度合いの関係を調べる。解析対象としたのは、2.0<Mjma<3.0の約 15000個の小地震である。
初めに、地震波の後続波を用いたコーダ規格化法 (Aki, 1980; Aki & Chouet, 1975)を用いてサイト特性と地震波減衰 Q-1 を推定した。次に、その結果に基づき、観測スペクトルから震源スペクトルを推定した。最後に、得られた震源スペクトルにVassiliou & Kanamori (1982)の方法を適用することにより ER、M0、Mw、eR を推定した。
その結果、8949個の地震に震源パラメータを推定することができた。推定した log10eR の平均値と標準偏差はそれぞれ -5.00と 0.29 であり、先行研究 (e.g., Abercrombie, 1995; Yoshida & Kanamori, 2023) で得られた平均的な値と同程度であった。一方、eR には一桁程度のばらつきもみられており、同じ M0 でも破壊過程は多様であることが示唆される。
定した Mw は Mjma よりも系統的に大きく、先行研究の結果と調和的であった (e.g., Edwards et al., 2010; Edwards & Rietbrock, 2009; Goertz-Allmann et al., 2011; Yoshida et al., 2017; Uchide & Imanishi, 2018)。地震波減衰 Q-1 によるパス効果や表層付近の高減衰により小地震の最大振幅が過小評価されたことにより Mjma と Mw が系統的に乖離した可能性がある (e.g., Deichmann, 2017; Hanks & Boore, 1984; Uchide & Imanishi, 2018)。
Mjma と Mw の乖離と eR の関係を調べると、 Mjma と Mw の差が eR の減少に伴って増加する傾向が得られた。Mw は地震破壊の静的変位量を表し、その過程には影響されない。一方、Mjmaは、地震波の最大振幅で決定されるため、破壊過程を反映する ER と相関する傾向を持つと考えられる。この違いに起因して，同じ Mw に対する Mw と Mjma の差は，放射エネルギーの違いを反映している可能性が考えられる。これらの結果は、小地震であっても断層破壊過程の違いを観測データから検討できることを示唆している。
規模が同程度の地震間でも、小地震の ML と Mw の乖離の度合いには多様性が見られる (e.g., Edwards et al., 2010; Uchide & Imanishi, 2018)。しかしながら、この原因を調べた研究はほとんど存在しない。本研究では、地震の破壊過程に基づき、この乖離の要因を検討する。
福島・茨城県境付近では2011年東北沖地震以降、多数の地殻内地震が発生しており、震源パラメータの推定に適していると考えられる。本研究では、震源スペクトルを用いて各地震の放射エネルギー (ER)と、地震モーメント (M0)、規格化エネルギー (eR=ER/M0) 推定し、それらとMjma と Mw の乖離度合いの関係を調べる。解析対象としたのは、2.0<Mjma<3.0の約 15000個の小地震である。
初めに、地震波の後続波を用いたコーダ規格化法 (Aki, 1980; Aki & Chouet, 1975)を用いてサイト特性と地震波減衰 Q-1 を推定した。次に、その結果に基づき、観測スペクトルから震源スペクトルを推定した。最後に、得られた震源スペクトルにVassiliou & Kanamori (1982)の方法を適用することにより ER、M0、Mw、eR を推定した。
その結果、8949個の地震に震源パラメータを推定することができた。推定した log10eR の平均値と標準偏差はそれぞれ -5.00と 0.29 であり、先行研究 (e.g., Abercrombie, 1995; Yoshida & Kanamori, 2023) で得られた平均的な値と同程度であった。一方、eR には一桁程度のばらつきもみられており、同じ M0 でも破壊過程は多様であることが示唆される。
定した Mw は Mjma よりも系統的に大きく、先行研究の結果と調和的であった (e.g., Edwards et al., 2010; Edwards & Rietbrock, 2009; Goertz-Allmann et al., 2011; Yoshida et al., 2017; Uchide & Imanishi, 2018)。地震波減衰 Q-1 によるパス効果や表層付近の高減衰により小地震の最大振幅が過小評価されたことにより Mjma と Mw が系統的に乖離した可能性がある (e.g., Deichmann, 2017; Hanks & Boore, 1984; Uchide & Imanishi, 2018)。
Mjma と Mw の乖離と eR の関係を調べると、 Mjma と Mw の差が eR の減少に伴って増加する傾向が得られた。Mw は地震破壊の静的変位量を表し、その過程には影響されない。一方、Mjmaは、地震波の最大振幅で決定されるため、破壊過程を反映する ER と相関する傾向を持つと考えられる。この違いに起因して，同じ Mw に対する Mw と Mjma の差は，放射エネルギーの違いを反映している可能性が考えられる。これらの結果は、小地震であっても断層破壊過程の違いを観測データから検討できることを示唆している。