海底観測で捉えた海溝近傍のスロースリップ

概要

　国立大学法人京都大学防災研究所の伊藤喜宏准教授、国立大学法人東京大学地震研究所の望月公廣准教授、国立大学法人東北大学の日野亮太教授らは、アメリカのテキサス大学オースティン校、コロンビア大学、ニュージーランド地質・核科学研究所、カリフォルニア大学サンタクルーズ校およびコロラド大学ボルダー校らと共同で、ニュージーランドの北島東方のヒクランギ沈み込み帯で発生するスロースリップを海底に設置した機器で観測することに成功しました。 　スロースリップは、ゆっくり地震(※１)の一種で通常の地震と比べてゆっくりと破壊が進行する現象です。東北地方太平洋沖地震直前にも、スロースリップは観測されています。また、スロースリップ域が本震時に再び大きくずれ動き、甚大な津波被害の一因にもなりました。一般に沈み込み帯の浅部（海溝付近）で発生するスロースリップの観測は困難なため、スロースリップそのものの理解は未だ不十分です。我々はアメリカ・日本・ニュージーランドによる国際共同研究として、ヒクランギ沈み込み帯において海底圧力計を用いた海底地殻変動観測を実施し、2014年9月から10日発生したスロースリップを観測することに成功しました。解析の結果、これまで陸上の観測網から推定されていたスロースリップの断層より海側の浅い部分までスロースリップの断層が広がっていることがわかりました。この結果は、従来、プレートの沈み込みに伴い歪を蓄積できないと考えられていた沈み込み帯浅部のプレート境界において、地震を起こしうる歪が蓄積されている可能性を示します。今後、沈み込み帯沿岸部の地震発生ポテンシャルを評価する上で重要な成果です。本成果は、米国科学誌「Science」に5月6日付け（日本時間）で掲載されます。

１．背景

ニュージーランド北島東方沖のヒクランギトラフでは、太平洋プレートが３−６cm/年の速度で陸側のプレートの下に沈み込んでいます。この沈み込みに伴いプレート境界付近においてスロースリップが、18−24ヶ月周期で発生しています。スロースリップによる地殻変動は、これまでニュージーランドの陸上に設置されているGPS観測点で観測されていました。陸上で観測される水平地殻変動量は１−３cm程度で、通常１−２週間程度継続することが知られています。しかしながら、その詳細についてはスロースリップのすべり域のほとんどは海底下にあるため十分知られていませんでした。日本・アメリカ・ニュージーランドからなる国際共同研究チーム "Hikurangi Ocean Bottom Investigation of Tremor and Slow Slip"(HOBITSS)は、2014年5月に24台の海底圧力計を、ニュージーランド北島東方沖に設置し、2015年6月にその回収に成功しました（図１）。

２．研究手法・成果

回収された圧力計記録から潮汐成分や海洋ノイズを取り除き、上下地殻変動を抽出した結果、陸上GPS観測点で検出されたスロースリップの活動に伴う150〜540Paの圧力低下が観測されたました。これはスロースリップにより海底が1.5〜5.4cm隆起したことを示します（図２）。

　得られた陸上および海底の地殻変動量からスロースリップの空間分布（スロースリップ断層）を計算した結果、主なすべり域（すべり量10-20cm）は海底下４−７kmのプレート境界と推定されました。また、５cm程度のすべりが海底下２km付近のプレート境界のごく浅部で発生し、一部はトラフ底（海底）まで到達していることが分かりました（図３）。これは従来、陸上のGPS観測網のみから知られている結果に比べて、スロースリップ域がプレート境界のより浅部にまで分布することを示す重要な成果です。

トラフ底付近のスロースリップの分布域の一部は、1947年にヒクランギ沖で発生した津波地震(The 1947 Gisborn earthquakes:※２)の震源域と一致します。津波地震では、通常、推定される地震のマグニチュードに比べて大きな津波が観測される地震です。すなわち、実際に沿岸部で感じる揺れから予測される津波よりも大きな津波が沿岸部に到達します。日本では、1896年明治三陸地震が津波地震であったと考えられています。今回得られた結果は、スロースリップの領域が通常の地震と同様にプレートの沈み込みに伴いプレート境界部に歪を蓄積し、結果地震性すべりとして歪を解放することで津波地震の震源域となり得る可能性を示します。

　また、トラフ底付近ではスロースリップのすべり量が大きな領域の近くにすべり量の小さな領域が存在することが分かりました。特にすべり量の小さな領域は、地磁気異常から推定された沈み込む海山の位置とよく一致します。日本海溝や南海トラフでも陸側のプレートの下に沈み込む海山が存在することが知られており、これらの海山が巨大地震に果たす役割、すなわち地震時の大きなすべりを引き起こすのか、それとも地震時のすべりを抑制する（止める）のかは明らかではありません。今回得られた結果では、スロースリップ域と沈み込む海山の位置が一致しておらず、スロースリップに対してはすべりを抑制する「バリアー」として働いている可能性が示されました。これらの結果はスロースリップのみならず、通常の地震に対して沈み込む海山が果たす役割を、今後考える上で極めて重要です。

３．波及効果

2011年の東北地方太平洋沖地震では、本震発生の１ヶ月前よりスロースリップが本震の震源域内で発生していました。本震時にはこのスロースリップ域内で、30mを超えるすべりが観測されています。さらに、スロースリップそのものが、スロースリップの断層強度を低下させる結果が室内実験から示されています。現在、南海トラフや日本海溝では、海底ケーブル式の海底圧力計の整備が進められており、スロースリップの発生に伴う地殻上下変動のリアルタイム観測が期待されています。今回の成果は、日本海溝や南海トラフ沿いの津波地震の発生ポテンシャルの評価における浅部のスロースリップの調査・研究の重要性を示しています。

４．今後の予定

　本成果が得られた海底観測と同様の圧力観測は2013年から現在まで継続して行っています。2016年６月にはニュージーランドの研究船舶を用いて現在設置されている海底圧力計６台を回収し、新たに８台の海底圧力計を設置する予定です。また、定常的なプレートの動きを調べる目的で、海底GPS観測も今後行っていく予定です。これらの観測は、少なくとも2018年まで継続し18−24ヶ月周期で発生するスロースリップを複数回観測することで、繰り返し発生するスロースリップの固有性を検証する予定です。

　今回スロースリップが観測された海域では、2018年に海底掘削が計画されています。また将来、日本の地球深部探査船「ちきゅう」による掘削も検討されている地域です。これらの掘削によりスロースリップの断層物質を直接取得することで、深部で発生するゆっくり地震の地質学・物質科学的描像を明らかにし、陸上および海底の地震・測地観測で得られるゆっくり地震の知見と併せて、スロースリップの根底にあるメカニズムの理解を目指します。

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