[S06P-02] 稠密地震観測による日本海溝宮城沖前弧域から東北日本弧中部にかけての沈み込み構造
はじめに
典型的な背弧海盆-島弧-海溝系の1つである東北日本弧やその周辺地域では，内陸地震や海溝型地震が発生している．内陸地震，海溝型地震の地震発生予測のためには，プレートの沈み込み運動によって内陸やプレート境界で地震発生に至るメカニズムを解明することが必要である．その為には，背弧海盆から島弧を経て海溝に至る領域の上盤プレートや沈み込むプレートの幾何学的形状や不均質構造に関する知見を基にして，プレート境界と島弧地殻/マントルの相互作用による地殻活動の理解を深めることが重要になる．しかしながら，日本海から東北日本を経て日本海溝へ至る構造を，海陸境界域を含めて連続的に明らかにするにはいたっていない．2019年に，日本海から東北日本を経て日本海溝へ至る構造を連続的に明らかにすることを目的とした東北日本弧横断海陸統合構造探査が実施された(Sato et al.,2020)．東北日本弧横断測線で取得された発破・バイブレータ震源データに反射法解析，屈折法・広角反射法解析等を適応することで，陸域測線下の詳細な地殻構造断面図が得られつつある(例えば, Sato et al., 2020; Iwasaki et al., 2024).また，陸域で得られた発破・バイブレータ震源と太平洋側でのエアガン発震による初動走時データを用いたトモグラフィー解析や反射波の走時解析等を実施し，東北日本弧から日本海溝宮城沖前弧域にかけての地殻構造が得られつつある(例えば,Kurashimo et al., 2022)．宮城沖のプレート境界における地震の発生メカニズムを考察する上で，宮城沖前弧域下のマントルウエッジや沈み込む太平洋プレートの，形状や地震波速度構造を明らかにすることは重要である．そのような深部構造を明らかにする為には，自然地震データを用いた解析が有効である．東北日本弧横断海陸統合構造探査では，稠密に設置された観測点で連続収録を実施した為，稠密自然地震データも取得されている．そこで，制御震源で得た初動走時データに，自然地震データから読み取った初動走時データも加えてトモグラフィー解析を実施した．本講演では，明らかになった日本海溝宮城沖前弧域から東北日本弧中部にかけての沈み込み構造について報告する．
観測とデータ処理
東北日本弧横断海陸統合構造探査の内，陸域測線は，山形県酒田市から新庄市を経て宮城県女川町に至る約300kmの区間に設定された．このうち庄内-新庄最上区間の測線上には50m間隔で1,167カ所，最上-女川区間の測線上には200m間隔で500カ所に固有周波数4.5Hzもしくは5Hzの上下動地震計を使用した臨時地震観測点が設置された．各観測点では，2019年8月7日～2019年8月15日までの期間で連続収録が実施されており，測線上の3か所での含水爆薬(薬量；200kg)による発震，21カ所での4台の大型バイブレータ震源を使用した集中発震(スイープ数；100～150回)を観測した．また，3か所の発破点と21カ所の集中発震点近傍には，固有周波数1Hzの3成分地震計を使用した臨時地震観測点を設置し，2019年8月7日～2019年8月15日までの期間で連続収録を実施した．気象庁一元化震源リストによると，連続収録を行った期間に，研究対象地域(緯度37.5°－39.25°N：経度139.3°－143.0°E)では591個の震源が決定されている．本探査で設置した臨時観測点で得た連続記録から，これら地震の震源時刻に従って，イベント毎へのデータ編集を実施した後，測線周辺の定常観測点(55か所)で得られている波形データとの統合処理を実施した．
解析と結果
気象庁一元化震源リストに基づいた統合処理後のイベントデータから，測線近傍の74イベントを抽出し，P波・S波の手動検測を行った．得られた自然地震の初動走時データに，本探査で設置した臨時地震観測点と測線周辺の定常観測点で収録した発破データと，本探査で設置した臨時地震観測点で収録したバイブレータ震源による集中発震データから得た初動走時データを加えて，地震波トモグラフィー解析(Zhang and Thurber,2003)を実施した．トモグラフィー解析の初期モデルには，連携震源決定法(Kissling et al., 1994)を用いて得た1次元速度構造モデルを使用した．得られた測線下の速度構造と再決定された震源分布より，太平洋下から陸域測線下に向かって深さ30～80 kmに確認できる西傾斜の地震活動は，太平洋プレートの沈み込みに起因すると考えられる．この震源分布より深部側のVp/Vs値は大きくなる傾向があり，太平洋プレート内の構造を反映していると考えられる．また，この震源分布より浅部側のマントルウエッジ内のP波速度は8km/s程度に達しており，その先端付近で，地震活動が活発になっているように見える．
典型的な背弧海盆-島弧-海溝系の1つである東北日本弧やその周辺地域では，内陸地震や海溝型地震が発生している．内陸地震，海溝型地震の地震発生予測のためには，プレートの沈み込み運動によって内陸やプレート境界で地震発生に至るメカニズムを解明することが必要である．その為には，背弧海盆から島弧を経て海溝に至る領域の上盤プレートや沈み込むプレートの幾何学的形状や不均質構造に関する知見を基にして，プレート境界と島弧地殻/マントルの相互作用による地殻活動の理解を深めることが重要になる．しかしながら，日本海から東北日本を経て日本海溝へ至る構造を，海陸境界域を含めて連続的に明らかにするにはいたっていない．2019年に，日本海から東北日本を経て日本海溝へ至る構造を連続的に明らかにすることを目的とした東北日本弧横断海陸統合構造探査が実施された(Sato et al.,2020)．東北日本弧横断測線で取得された発破・バイブレータ震源データに反射法解析，屈折法・広角反射法解析等を適応することで，陸域測線下の詳細な地殻構造断面図が得られつつある(例えば, Sato et al., 2020; Iwasaki et al., 2024).また，陸域で得られた発破・バイブレータ震源と太平洋側でのエアガン発震による初動走時データを用いたトモグラフィー解析や反射波の走時解析等を実施し，東北日本弧から日本海溝宮城沖前弧域にかけての地殻構造が得られつつある(例えば,Kurashimo et al., 2022)．宮城沖のプレート境界における地震の発生メカニズムを考察する上で，宮城沖前弧域下のマントルウエッジや沈み込む太平洋プレートの，形状や地震波速度構造を明らかにすることは重要である．そのような深部構造を明らかにする為には，自然地震データを用いた解析が有効である．東北日本弧横断海陸統合構造探査では，稠密に設置された観測点で連続収録を実施した為，稠密自然地震データも取得されている．そこで，制御震源で得た初動走時データに，自然地震データから読み取った初動走時データも加えてトモグラフィー解析を実施した．本講演では，明らかになった日本海溝宮城沖前弧域から東北日本弧中部にかけての沈み込み構造について報告する．
観測とデータ処理
東北日本弧横断海陸統合構造探査の内，陸域測線は，山形県酒田市から新庄市を経て宮城県女川町に至る約300kmの区間に設定された．このうち庄内-新庄最上区間の測線上には50m間隔で1,167カ所，最上-女川区間の測線上には200m間隔で500カ所に固有周波数4.5Hzもしくは5Hzの上下動地震計を使用した臨時地震観測点が設置された．各観測点では，2019年8月7日～2019年8月15日までの期間で連続収録が実施されており，測線上の3か所での含水爆薬(薬量；200kg)による発震，21カ所での4台の大型バイブレータ震源を使用した集中発震(スイープ数；100～150回)を観測した．また，3か所の発破点と21カ所の集中発震点近傍には，固有周波数1Hzの3成分地震計を使用した臨時地震観測点を設置し，2019年8月7日～2019年8月15日までの期間で連続収録を実施した．気象庁一元化震源リストによると，連続収録を行った期間に，研究対象地域(緯度37.5°－39.25°N：経度139.3°－143.0°E)では591個の震源が決定されている．本探査で設置した臨時観測点で得た連続記録から，これら地震の震源時刻に従って，イベント毎へのデータ編集を実施した後，測線周辺の定常観測点(55か所)で得られている波形データとの統合処理を実施した．
解析と結果
気象庁一元化震源リストに基づいた統合処理後のイベントデータから，測線近傍の74イベントを抽出し，P波・S波の手動検測を行った．得られた自然地震の初動走時データに，本探査で設置した臨時地震観測点と測線周辺の定常観測点で収録した発破データと，本探査で設置した臨時地震観測点で収録したバイブレータ震源による集中発震データから得た初動走時データを加えて，地震波トモグラフィー解析(Zhang and Thurber,2003)を実施した．トモグラフィー解析の初期モデルには，連携震源決定法(Kissling et al., 1994)を用いて得た1次元速度構造モデルを使用した．得られた測線下の速度構造と再決定された震源分布より，太平洋下から陸域測線下に向かって深さ30～80 kmに確認できる西傾斜の地震活動は，太平洋プレートの沈み込みに起因すると考えられる．この震源分布より深部側のVp/Vs値は大きくなる傾向があり，太平洋プレート内の構造を反映していると考えられる．また，この震源分布より浅部側のマントルウエッジ内のP波速度は8km/s程度に達しており，その先端付近で，地震活動が活発になっているように見える．