日本關于2011年東北地方太平洋近海地震的研究報告（四）
——對內陸的影響和強震動情況東北地方太平洋近海地震引發的地震活動及對活斷層的影響＊

遠田晉次

（日本東京大學防災研究所）

日本關于2011年東北地方太平洋近海地震的研究報告（四）
——對內陸的影響和強震動情況東北地方太平洋近海地震引發的地震活動及對活斷層的影響＊

遠田晉次

（日本東京大學防災研究所）

東北地方太平洋近海地震對今后幾年～幾十年東日本地震活動的影響不容忽視。事實上，我們已經確認，該地震使琵琶湖以東的東日本地震活動發生了明顯的變化（圖1）[1]。特別是，秋田縣南部、秋田近海、山形縣月山周邊、福島縣磐梯山一帶、日光男體山和白根山周邊、長野縣北部、福島縣和茨城縣邊境附近、銚子周邊、飛騨山脈等地區，在主震后的地震活動明顯活躍。其中，主震發生約13小時后，長野縣北部發生了M6.7地震；約14小時后，秋田縣近海發生了M 6.4地震；4日后靜岡縣東部發生了M6.4地震。日本列島內陸M≥6地震的發生頻率是每年1次左右，這些地震都可以稱為距宮城縣近海最大滑動區域300 km以遠地方發生的“廣義上的余震”。也有地震活動下降的情況，例如在秋田縣中部、巖手宮城內陸地震的余震區、豬苗代湖的湖南地區、新瀉縣中越地震的余震區等地都證實了這一點（由于這些與地震前后的震級檢測能力有關，所以，將取決于今后氣象廳一元化數據的更新情況）。

圖1 東北地方太平洋近海地震前后的地震活動度的變化。將主震后的地震發生率除以主震前的地震發生率的結果進行平滑和可視化。使用從主震前2010年6月28日到主震后11月22日的氣象廳一元化震源數據（震源深度20 km以內，M≥1.0）（更新了文獻[1]的結果）。由于主震后在震源區及其附近的震級檢測能力明顯提高，所以判斷地震活動下降時要注意

怎樣說明這些擴展到震源斷層以外的地震活動的變化呢？估算伴隨主震的靜態庫侖破裂應力變化（static Coulomb failure stress change，ΔCFS）的方法是評價方法之一。ΔCFS是在斷層面所受的剪切應力變化和法向應力變化（這里取離開斷層面的方向為正）乘以摩擦系數的值的總和。如果剪切應力或法向應力一增加（即擠壓斷層的壓縮力變小），CFS就增加，斷層運動就容易被誘發。通常，首先求得各地點在半無限彈性體中[2]同震地形變造成的應力張量，然后計算評估與斷層（接收斷層）走向、傾向、傾角相關的ΔCFS。

圖2 東北地方太平洋近海地震造成的主要活斷層和板塊邊界的庫侖應力變化（ΔCFS）。地震發生層深15 km，斷層的CFS是在各斷層中央（深7.5 km）部分計算的。半無限彈性體的泊松比為0.25，剪切模量為32 GPa，摩擦系數為0.4。斷層模型采用Wei和Sladen[3]模型

圖2給出的是因東北地方太平洋近海地震而發生變化的主要活斷層和在板塊邊界的ΔCFS的推定值。由于東北地方大部分活斷層的ΔCFS都是負的，所以極大地抑制了這次地震誘發的活動。但是，在震源附近被推斷為左旋斷層的雙葉斷層，估計新增加了0.6 MPa左右的CFS。還有，在系魚川—靜岡構造線（系靜線）等中部地區的北西－南東方向的走滑斷層，也增加了最大約0.05 MPa的CFS。但是，在近畿地方的活斷層，卻只有絕對值不到0.01 MPa的變化量。至于板塊邊界，在房總半島東部近海和關東正下方增加了零點幾MPa左右，而沿相模海溝稍有減少。從駿河海溝到南海海溝之間，CFS只有不到0.01 MPa的極少增加。一般來說，對地震產生很大影響的ΔCFS的絕對量是0.01 MPa左右。所以，計算得到的應力變化分布與在琵琶湖以東觀測到的地震活動度的變化區域一致。

但是，ΔCFS的符號與地震活動變化不一定一致。我們發現了主要活斷層的ΔCFS增減與中小地震發生的增減不一致的情況。特別是在東北內陸地區，逆斷層的CFS減小與地震活動的活躍化相矛盾。這是因為主震前發生了一些很少的機制解為走滑斷層型、正斷層型地震的緣故[4]。還要特別指出，從宮城縣近海到福島縣近海之間多發生正斷層型地震，由主震造成主應力軸回轉現象[5]。特別是在福島縣和茨城縣邊境附近，主震后半年間檢測到了數千個以上的地震，視為群發地震活躍，幾乎都是正斷層型的地震[6]。4月11日在巖木市發生了M 7.0地震，沿著被推斷為活斷層的湯之岳斷層和井戶澤斷層，各自出現了長達約15 km的地表地震斷層（最大上下位移約2 m）（圖3）。這可稱之為特大地震引發活斷層活動的實例。從同樣為正斷層的井戶澤斷層的ΔCFS分布看出，＋0.5 MPa以上的區域與宮城縣近海至福島縣近海之間的正斷層型地震多發區域相重合（圖4）。

圖3 4月11日巖木市正下方發生的M7.0地震造成的地表地震斷層。沿井戶澤斷層的正斷層運動造成水田上下約1.5 m的位移

圖4 東北地方太平洋近海地震造成淺部正斷層的庫侖應力變化（ΔCFS）。接收斷層的走向132°，傾向50°，傾角82°。計算深度10 km，摩擦系數0.4。機制解使用的是主震后至8月14日深度在20 km以淺的F－net數據

另一方面，在活斷層密集的中部地區，北西－南東方向的走滑斷層的CFS在這次地震后有所增加（圖2），特別是牛伏寺斷層，據推斷，其ΔCFS最大。牛伏寺斷層位于系魚川—靜岡構造線活斷層系中部，平均活動間隔據推算約為1 000年，距最后一次活動已經歷了約1 200年，其30年地震發生概率推定為14%[7]。像是應力計算結果的證明一樣，主震后，牛伏寺斷層周邊的微小地震活動馬上增加，6月30日，在此附近發生了M 5.5災害地震。如果采用由摩擦構成法和震源核形成理論出發的應力－地震非線性響應解析方法[8]，其計算結果為，CFS增加0.03 MPa，30年地震概率上升至25%；CFS增加0.1 MPa，30年概率增加到47%（圖5）。其他還有阿寺斷層和境峠斷層，它們與牛伏寺斷層一樣，也是30年地震概率隨CFS增加而增大的活斷層。

圖5 受東北地方太平洋近海地震影響的牛伏寺斷層的30年固有地震發生概率的試算。虛線為沒有發生該地震的情況（概率密度函數采用BPT函數，離散的α設定為0.24）。考慮應力變化的計算方法[8]，摩擦構成法參數ta為余震持續時間，表示應力變化率

主震后，后效滑動沿著板塊邊界仍在繼續。后效滑動區達到的范圍，圍繞著震源區從青森縣東部近海到銚子近海之間的廣大區域，俯沖方向達100 km以深[9]。與主震同一方向的地形變目前還在繼續，不光是同震的ΔCFS，還必須考慮后效變化所造成的地震后ΔCFS。但是，即便ΔCFS處于同樣的階躍狀的情況，慢慢變化著的地震響應也是不同等的，前者變化的影響要大得多[10]。因此必須注意僅憑單純的ΔCFS增加而無法評價的問題，也不能忽視被誘發的M6～7地震形成的ΔCFS，今后還必須考慮到區域性或時間依賴性來進行評價。

P315.72＋7；

A；

10.3969／j.issn.0235－4975.2012.11.001

2012－08－30。