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[S06-09] Detailed P-wave velocity structure derived from marine controlled-source seismic survey off Cape Muroto Nankai Trough

〇Gou FUJIE¹, Ryuta Arai¹, Kazuya Shiraishi¹, Yasuyuki Nakamura¹, Shuichi Kodaira¹, Yuka Kaiho¹, Koichiro Obana¹, Seiichi Miura¹ (1.JAMSTEC)

フィリピン海プレートが日本列島下に沈み込む南海トラフ海域は、世界でもっとも地震観測研究が充実しているプレート沈み込み帯の一つであり、M8クラスの巨大地震から、微小地震、さらには各種スロー地震(低周波微動、非地震性滑りなど)まで、さまざまなプレート境界断層すべり現象が時空間的に不均質に分布していることが知られている。スロー地震は通常の地震が発生する周辺に分布する傾向があるなど、これら多様な断層すべりは何らかの関連性を持っており、プレート境界断層で発生する現象として包括的に理解することの重要性が指摘されている。

最近の地震活動研究や地下構造研究の進展から、海山の沈み込みなどプレート境界断層形状の複雑さや断層付近の物性(低速度層)などローカルな構造不均質が、スロー地震活動分布などと興味深い相関を示すことが分かってきた。そこで、海洋研究開発機構では南海トラフ沈み込み帯全域のプレート境界断層の詳細な実態把握を目指した大規模地下構造調査研究を2018年から進めている。この一環で、2019年11月〜12月、我々は室戸岬沖の土佐碆と呼ばれる海底地形の高まり付近において、制御振源(エアガン)と稠密な海底地震計アレイ(2km間隔)を用いた構造調査観測を実施した。土佐碆の下には、大きな海山が沈み込んでいると考えられており、その陸側(北側)では巨大地震が、トラフ側(南側)ではスロー地震(低周波微動)が観測されるなど、本海域は海山の沈み込みがプレート沈み込み帯の発達や断層すべり挙動の多様性に与える影響を研究する上で理想的な条件を揃える。

本研究では、プレート境界断層形状に加えてプレート境界付近の流体分布や underthrust sediment などの実態把握を進め、プレート境界断層すべり挙動の多様性を支配する構造要因を解明することを目指して、下記の手順で地震波速度構造モデルを構築している。まず、初動走時トモグラフィによって長波長地震波速度構造モデルを構築し、その結果を初期構造として波形インバージョン（周波数領域、音響場、Full-waveform Inversion, FWI）によって高解像度地震波速度構造のモデリングを行う。FWI解析は、入力データのノイズ抑制やインバージョン・パラメータの調整など、モデルの最適化に向けた課題が残っている状況ではあるが、海洋地殻上面形状やBSRのほか、デコルマを示唆するような地震波速度の逆転など、興味深い構造的な特徴が描き出されている。

特に注目すべきは、上盤内の地震波速度の不均質である。たとえば、土佐碆海盆下のプレート境界上面は顕著な低速度になっている一方、そのトラフ側(海側)には明瞭な高速度帯が形成されているなど、プレート境界断層上面の地震波速度はトラフ軸から陸側に向かって単調に上昇しているわけではないことが分かってきた。観測された構造不均質とプレート境界断層すべり挙動の関連性については、今後、さまざまな角度から検討を加えていく必要があるが、地震波速度の不均質性が強い場所で低周波微動が観測されているなど興味深い相関が見られており、我々の構造解析結果は、プレート境界断層のすべり挙動の理解には、断層形状にとどまらず断層物性の不均質性についても考慮していく必要があることを示唆している。