月刊地震予報86)福島県沖地震の前震と本震の判定・震源域と日本海溝域の応力場・歴史地震,2016年12月の月刊地震予報

1.2016年11月の地震活動

気象庁が公開しているCMT解を解析した結果,2016年11月の地震個数と総地震断層面積のプレート運動面積に対する比(速報36)は,日本全域で23個2.731月分,千島海溝域で1個0.003月分,日本海溝域で14個18.030月分,伊豆・小笠原海溝域で4個0.272月分,南海・琉球海溝域で4個0.039月分であった(2016年11月日本全図月別).
2016年11月のM6以上の地震は,福島県沖の2016年11月22日M7.4+np11kmとその余震である.

2.福島県沖地震の主応力方位による前震と本震の判定

2016年11月22日5時59分,福島県沖で規模M7.4正断層t型深度24kmの地震が最上小円区と鹿島小円区の境界部で起こった(2016年11月東日本月別).小円区は海溝軸方位の屈曲に従って区分されており,海洋側に凸に屈曲する最上小円区と島弧側に凸に屈曲する鹿島小円区の境界域は,海溝軸方位が日本海溝全体の海溝軸方位から最も異なっている(震源震央分布図の解説).
2016年11月にこの震源域でCMT発震機構解9個・最大地震M7.4についての速報発震機構解1個が公表された.これらの地震は最大地震の震央から50km以内に収まっているので,最大地震から震央距離50km以内を震源域と呼ぶことにする.
2016年11月には日本海溝域について速報解9個公表されたが(2016年11月東日本IS月別),今回の福島県沖地震の震源域が海域であったとは言えM7.4と大きかったにもかかわらず,最大地震1個のみであったことは,熊本地震(月刊地震予報79)や島根県中部地震(月刊地震予報85)の速報解に比較して余りにも少ない.この間,2016年11月23日小笠原諸島西方沖M5.7・2016年11月24日鳥島近海M5.3のCMT解は速報解として公表されている.現在,日本海溝域には海底ケーブル地震計設置中とのことであるが,本格稼働によって現在の伊豆小笠原海域より劣る観測体制が改善され,西南日本程度の速報解公表が待たれる.
最大地震M7.4発震機構の主応力軸方位と伏角は,速報解が「P303+80T137+10N46+2」,CMT解が「P27+71T141+8N233+17」であった.CMT解の主応力軸方位を基準にした速報解主応力軸方位のEuler回転(特報4)は「-20.6(324-20)」と算出される.最初の数値「-20.6」の絶対値が反時計回りの回転角であり,括弧内の最初の数値「324」は北から時計回り360°法によるEuler回転軸の方位で,北西方を示す.2つ目の数値「-20」は,回転軸の伏角で負符号なので上向きに20°の傾きを表している.これらの数値は,速報解の主応力方位がCMT解の主応力方位を北西方向やや上向きの回転軸の周りを反時計回りに20°回転したものであることを示している.この回転では頂点が海洋側に回転するので、回転方向を示す符号を負として回転角に付けてある.
本震源域の地震は同心円状屈曲して沈込む太平洋スラブ上部と島弧マントル・地殻で起こっている.最大地震M7.4CMT解を基準とした本震源域CMT発震機構解主応力方位のEuler回転を以下に示す.

                 時刻                  規模発震機構型深度   回転角(回転軸方位・伏角)
2016年11月27日19時17分        M4.5-t24km         +33.8(294-20)
2016年11月24日13時48分        M4.7-tr27km        +90(231-74)
2016年11月24日6時23分         M6.2-t24km          +34.0(172-81)
2016年11月23日21時42分        M4.7t17km          -14.0(349-47)
2016年11月23日18時36分        M4.5T33km        -52.8(318+14)
2016年11月22日23時03分        M5.7+nt28km      -85.7(311-9)
2016年11月22日19時58分        M4.5-t18km        +29.8(289-30)
2016年11月22日5時59分         M7.4-t25km          最大地震,基準,本震
                                                                          P27+71T141+8N233+17
2016年11月2日7時37分          M4.9t27km          -24.7(61+29)前震
2016年9月29日20時57分        M4.8+nt29km      +32.4(149+10)
2016年9月11日12時22分        M4.6pr41km        +87.6(262+38)
2016年8月15日16時4分         M5.6t47km          +67.4(213-8)
2016年5月13日2時43分         M4.5P37km         +81.5(223-24)
2016年4月20日21時19分        M5.8+p49km       +80.2(222-10)
2016年2月22日3時3分           M4.7+nt29km       +31.1(147+8)

最大地震の20日前に起こった2016年11月2日M4.9の主応力方位は,回転角が24.7°と小さく最大地震とほぼ同じ主応力場で起こっていることから,前震と判定できる.
2016年4月から2016年8月までの本震源域地震の深度は37km以深で,太平洋スラブ上面より深い.回転軸伏角は-24~+8°とほぼ水平に近く,回転軸方位も213~223°と一定している.しかし,9月11日の深度41kmの地震M4.6では,回転軸の伏角が+38°に増大し,方位も262°に変化したため,水平回転して発震機構型が斜方逆断層pr型に変化した.9月29日の地震はスラブ上面付近の島弧マントルの深度27km で起こった.この深度の地震は2月22日にも起こっているが,これらのEuler回転はほぼ等しく,変化は認められない.11月に入り深度が浅くなり,震源はスラブより上の島弧マントル・地殻に移った.
太平洋スラブ内で進行していた破壊に9月11日変化が起こったが,その変化はスラブ上面と接する島弧マントルへ9月29日までは及んでいなかった.しかし,11月2日にはその変化が島弧マントル・地殻に及び,今回の福島県沖地震を起こしたことになる.
2016年11月22日5時59分の最大地震M7.4の15時間後,11月22日23時3分の地震M5.8の回転角が-85.7と最大限度に達し,最大地震を起こした応力場が保持されず崩壊していることから,最大地震が本震と判定される.

3.2016年11月22日福島県沖地震M7.4震源域と日本海溝域の応力場

2016年11月22日福島県沖地震M7.4の震源域からCMT解(1994年9月以降)が169個公表されているが,2011年3月11日東日本大震災以降が147個と87%を占め急増している.これらのCMT解の主応力方位を今回の福島県沖地震M7.4を基準にEuler回転角を算出すると,25°以内の地震は11個と6.5%しか起こっていない.しかも,この主応力方位の地震は2011年3月11日東日本大震災以前に全く起こっておらず,今回の地震が東日本大震災によって大きく変化した応力場に対応していることを示している(図198の黒色).

図198.2016年11月22日の福島県沖地震M7.4-tのCMT解主応力方位を基準にした震央距離50km以内の全CMT解の主応力方位Euler回転角. ×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

図198.2016年11月22日の福島県沖地震M7.4-tのCMT解主応力方位を基準にした震央距離50km以内の全CMT解の主応力方位Euler回転角.
×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

日本海溝域全CMT解2249個についてのEuler回転角でも,25°以内は100個のみの4.4%であり,2011年3月11日の東日本大震災以前には3個しか起こっていない(図199の黒色).

図199.2016年11月22日福島県沖地震M7.4-tのCMT解主応力方位を基準にした全CMT解の主応力方位Euler回転角. ×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

図199.2016年11月22日福島県沖地震M7.4-tのCMT解主応力方位を基準にした全CMT解の主応力方位Euler回転角.
×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

比較のため,2011年3月11日東日本大震災本震M9.0の主応力方位を基準に全CMT解2249個のEuler回転角を算出すると,25°以内が697個と31%を占め,大震災前には更にCMT解520個中207個と40%に達している(図200の黒色).
今回の福島県沖地震本震と東日本大震災本震を基準にしたM7以上のCMT解についてのEuler回転は;

      年月日(時分)                    地震                              回転角(Euler極方位伏角)
2016/11/22(5.59)          福島沖M7.4-t25km                     基準                 -65.3(51+14)
2014/7/12(4.22)           本震域M7.0T33km                 -50.1(342-65)      -77.4(16-10)
2013/10/26(2.10)       海溝外M7.1-to56km                 -44.7(0-83)          -71.1(26-17)
2012/12/7(17.18)       海溝域M7.3Te49km                 -45.1(358-46)       -86.0(21+1)
2011/7/10(9.57)        二つ目M7.3+nt34km                 +77.0(143-24)       -90.7(88-35)
2011/4/11(17.16)          浜通M7.0-tr6km                     +78.2(231-7)        -68.8(3-46)
2011/4/7(23.32)          一つ目M7.2+p66kn                 -82.2(27-24)         +45.1(210+2)
2011/3/11(15.25)         東余震M7.5-to34km                +39.5(272-75)      -59.1(25-14)
2011/3/11(15.15)         南余震M7.6p43km                 +84.2(226-10)       +20.4(207-11)
2011/3/11(15.08)         北余震M7.4P32km                 +65.9(230-14)        +1.9(154-32)
2011/3/11(14.46)         本震M9.0p24km                     +65.3(231-14)          基準
2011/3/9(11.45)          前震M7.3p8km                         +67.2(228-15)       +3.8(172-52)
2008/9/11(9.20)          十勝沖M7.1p31km                   +80.6(235-17)      +16.2(253-18)
2008/6/14(8.43)          県境地震M7.2p8km                 +88.9(213+4)        +39.1(170+3)
2008/5/8(1.45)            茨城県沖M7.0p51km               +75.1(232-11)       +10.5(221+6)
2005/11/15(6.38)        海溝外M7.2to45km                 +40.5(200-77)       -59.1(34-21)
2005/8/16(11.46)        金華山沖M7.2p42km               +73.0(231-10)        +9.2(210+12)
2004/11/29(3.32)        釧路沖M7.1p48km                    +89.7(247-5)       +33.2(257+30)
2003/9/26(4.50)         十勝沖M8.0p45km                    +63.9(239-17)        -8.8(331+15)
2003/5/26(18.24)       気仙沼沖M7.1P72km                -81.1(11-34)          +60.0(205-17)
1995/1/7(7.37)          八戸沖M7.2+p48km                    +71.7(218-9)        +17.4(153-18)
1994/12/28(21.19)    三陸はるか沖M7.6P60km           +63.6(235-15)        -4.6(341+24)

今回の福島県沖地震基準のEuler回転角は最小でも39.5°と大きく,日本海溝域のM7以上の大地震とは主応力方位が合致しない.
一方,東日本大震災本震基準の回転角は,最小1.9°で25°以下が21個中9個と約半数が応力場を共有している.しかも,それらの地震は全て東日本大震災2011年3月11日以前に起こっており,大震災本震当日に日本海溝域で応力場が急変したことを示している.

図200.2011年3月11日東日本大震災本震のCMT解主応力方位を基準にした全CMT解の主応力方位Euler回転角. ×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

図200.2011年3月11日東日本大震災本震のCMT解主応力方位を基準にした全CMT解の主応力方位Euler回転角.
×:基準震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端はEuler回転角図.

大震災で応力場が急変したとは言え,回転軸の伏角は,30°以下が21個中17個とほぼ水平な回転軸の周りの回転である.回転軸方位は南北性の海溝軸方位と並行している.このEuler回転は,東日本大震災本震M9.0の応力場を海溝軸方位の回転軸の周りに回転させた応力場がM7以上の大地震を起こしていることを意味し,海溝から屈曲沈込む太平洋スラブとの相対運動によって形成される応力場が日本海溝域を支配していることを示している.
今回の福島県沖地震M7.4の主応力方位は,日本海溝域に一般的な応力場と明確に異なっている.この相違は東日本大震災本震以後に出現し,福島沖震源域に固有である.地震が起こったのが,太平洋スラブ上面より上の島弧側マントル・地殻であり、スラブ傾斜方向とスラブ運動方向が異なる小円区境界に位置していたことが影響しているであろう.

4.2016年11月22日福島県沖地震M7.4震源域の歴史地震

2016年11月22日福島県沖地震M7.4の震源域では,以下に示す10個の被害地震が報告されている(図201の緑色).これらの歴史地震と日本全域の歴史地震との関連を検討するため,M8以上の巨大地震全て(図201の赤色)と今回の震源域内の地震の前後5年以内のM7以上の大地震(宇佐美,2003;Seno &Eguchi, 1983)を検討した.

図201.M7以上の歴史地震(宇佐美,2003;Seno &Eguchi, 1983). 緑色:福島県沖震源域の全ての歴史地震,赤色:M8以上の巨大歴史地震. ×:福島県沖震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端は地震断層面積のベニオフ図(特報5).

図201.M7以上の歴史地震(宇佐美,2003;Seno &Eguchi, 1983).
緑色:福島県沖震源域の全ての歴史地震,赤色:M8以上の巨大歴史地震.
×:福島県沖震源,左図:震央図,中図:海溝距離・深度断面図,右上図:縦断面図,右下図:時系列図で左端は地震断層面積のベニオフ図(特報5).

福島県沖震源域の歴史地震      M8以上の地震と5年以内のM7以上の地震
                                                                        2015年5月30日M8.1t682km小笠原
                                                                        2013年5月24日M8.3P609kmカムチャツカ
                                                                        2011年3月11日M9.0p24km東日本大震災
                                                                        2007年1月13日M8.2Te30km千島海溝
                                                                        2003年9月26日M8.0p45km十勝沖
                                                                        1994年10月4日M8.1?北海道東方沖地震
                                                                        1989年11月2日M7.1?0km三陸はるか沖
1987年4月23日5時13分M6.5?47km
1987年4月7日9時40分M6.6?44km
                                                                        1987年1月14日M7.0?119km日高山脈北部
                                                                        1968年5月16日M8.1?7km十勝沖地震
                                                                        1963年10月13日M8.1?60km択捉島沖
                                                                        1958年11月7日M8.1?32km択捉島沖
                                                                        1953年11月26日M8.0?33km房総沖地震
                                                                        1952年11月5日M8.3?0kmカムチャツカ
                                                                        1952年11月5日M8.2?0kmカムチャツカ
                                                                        1952年3月4日M8.2?0km十勝沖地震
                                                                        1946年12月21日M8.2?30km南海地震
                                                                        1945年2月10日M7.1八戸北東沖
                                                                        1944年12月7日M8.2東南海地震
                                                                        1943年9月10日M7.2鳥取地震
                                                                        1943年6月13日M7.1八戸東方沖
1942年2月21日16時7分M6.5?42km
                                                                        1941年11月19日M7.2?0km日向灘
                                                                        1940年8月2日M7.5?10km神威岬沖
1938年11月7日6時39分M6.9?20km
1938年11月6日17時54分M7.4?0km
1938年11月5日19時50分M7.3?30km
1938年11月5日17時43分M7.8?45km
                                                                        1938年5月23日M7.0塩屋崎沖
                                                                        1937年7月27日M7.1金華山沖
                                                                        1936年11月3日M7.5金華山沖
                                                                        1935年4月2日M7.1?台湾
                                                                        1933年3月3日M8.1?10km昭和三陸地震
                                                                        1926年6月29日M7.0?150km沖縄西方沖
                                                                        1924年1月15日M7.3?0km丹沢
                                                                        1923年9月2日M7.3?14km勝浦沖
                                                                        1923年9月1日M8.2?5km大正関東地震
                                                                        1923年7月13日M7.1?0km種子島
1922年1月23日7時5分M6.5
                                                                        1921年12月8日M7.0?龍ヶ崎
                                                                        1918年11月8日M7.7?得撫島沖
                                                                        1918年9月8日M8.2?得撫島沖
                                                                        1915年5月1日M8.0?千島海溝
                                                                        1911年6月15日M8.1?喜界島
                                                                        1904年6月25日M8.0?カムチャツカ
                                                                        1901年6月24日M7.5?奄美大島
                                                                        1901年6月15日M7.0?陸中沖
                                                                        1901年4月5日M7.9?国後
                                                                        1900年12月25日M7.1?根室沖
                                                                        1900年5月12日M7.0?宮城県北部
                                                                        1899年11月25日M7.1?日向灘
                                                                        1899年3月7日M7.0?紀伊半島南東部
                                                                        1898年9月1日M7.0?八重山
                                                                        1898年4月2日M7.2?宮城県沖(三つ目)
                                                                        1897年11月23日M7.9?カムチャツカ
                                                                        1897年8月5日M7.7?仙台沖(二つ目)
                                                                        1897年2月20日M7.4?仙台沖(一つ目)
                                                                        1896年8月31日M7.2?陸羽地震
1896年8月1日M6.5?
                                                                        1896年6月15日M8.5?明治三陸地震
                                                                        1896年1月9日M7.0?鹿島灘
                                                                        1895年1月18日M7.2?霞ケ浦
                                                                        1894年10月22日M7.0?庄内地震
                                                                        1894年6月20日M7.0?東京湾北部s
                                                                        1894年3月22日M7.9?根室南西沖
                                                                        1893年6月4日M7.8?千島南部
                                                                        1891年10月28日M8.0?濃尾地震
                                                                        1854年12月24日M8.4?安政南海地震
                                                                        1854年12月23日M8.4?安政東海地震
                                                                        1793年2月17日M8.4?日本海溝外
                                                                        1717年5月13日M7.5?金華山沖
                                                                        1715年2月2日M7.0?大垣・名古屋
1710年9月15日M6.5
                                                                        1707年10月28日M8.6?宝永地震

これらの地震の中で1938年11月5日M7.8福島県東方沖地震は,深度が45kmから0kmに渡っており,最初のM7.8に続く1日半内にM7.3・M7.4・M6.9が連発し,牡鹿半島先端の鮎川で最大124cmの津波が観測されている.今回も1938年と同様に連発地震が起こる可能性も大きかったが,CMT解が公表されるまでに起こらなかったことは不幸中の幸いであった.
この震源域の地震は,1707年宝永地震M8.6の3年後,1896年明治三陸地震M8.5の1月半後,1896年陸羽地震M7.2の1月前,1923年大正関東地震M8.2の前年,1933年昭和三陸地震M8.1の5年後,1944年東南海地震M8.2の2年前,今回も2011年東日本大震災M9.0の5年後に起こっており,巨大地震との関連が強い.
1896年6月15日M8.5明治三陸地震の後に,1896年8月1日陸羽地震M7.2,1897年2月20日仙台沖M7.4,1897年8月5日仙台沖M7.7,1898年4月22日宮城県沖M7.2,そして1900年5月12日宮城県北部M7.0が起こっている.この中で,仙台沖と宮城県沖の地震を一つ目・二つ目・三つ目の宮城県沖地震と名付けて警戒を呼び掛けていたが(速報5),一つ目が2011年4月7日金華山沖M7.2+p66km,二つ目が2011年7月10日日本海溝付近M7.3+nt34kmとして起こった.その後M7.0以上の地震は起こっていなかったが,2015年5月13日女川沖M6.8p46kmが三つ目に対応するであろう.島弧マントル・地殻で起こっている今回の福島県沖の地震は,1900年5月12日の宮城県北部M7.0,2011年4月11日の浜通地震M7.0は1896年8月1日の陸羽地震M7.2に対応できよう.

4.2016年12月の月刊地震予報

熊本地域の地震は,2016年11月に速報解が2個・初動解が3個と,10月の3個・3個から減少している.
2016年10月21日鳥取県中部M6.6震源域の地震は,2016年11月に速報解が3個・初動解が3個あり,10月の34個・16個から明瞭に減少し,終息に向かっている.
フィリピン海プレートの沈込域の1994年9月以降のプレート運動面積に対する総地震断層面積の比は,0.504とM8.7級の巨大地震の歪が蓄積されている.福島県沖震源域で起こった歴史地震の後に大正関東地震M8.2や東南海地震M8.2が起こっていることから警戒が必要である.また,2016年9月23日房総三重会合点地震の3~6ヶ月後(今年2016年末から2017年にかけて)に関東におけるM6以上の地震が予想されているので,厳重な警戒が必要である(月刊地震予報84).

引用文献

Seno, T. & Eguchi, T. (1983) Seismotectonics of the western Pacific region. Geodynamics of the western Pacific-Indonesian region, Geodynamics Series, 11, American Geophysical Union, 5-40.
宇佐美龍夫(2003)最新版日本被害地震総覧.東京大学出版会,605p.