月刊地震予報131）伊豆海溝同心円状屈曲Slab・伊豆弧地殻衝突地震M6.0および伊豆・小笠原・Mariana海溝域の沈込Slab地震，2020年8月の月刊地震予報

2020年8月16日 発行

1．2020年7月の地震活動

　気象庁が公開しているCMT解によると，2020年7月の地震個数と総地震断層面積のPlate運動面積に対する比（速報36）は，日本全域で19個0.147月分，千島海溝域で4個0.036月分，日本海溝域で5個0.066月分，伊豆・小笠原海溝域で5個0.663月分，南海・琉球海溝域で5個0.061月分であった（2020年7月日本全図月別）．日本全域総地震断層面積比は2020年2月・3月の千島海溝域の活動によって1.5・3.1ヶ月分に活発化し，2020年4月に6割，2020年5月に2割と減少した後，2020年6月に4割に増加したが，2020年7月に再び1割半に減少した．
　最大地震は2020年7月30日伊豆Slab・伊豆弧地殻衝突地震M6.0で，M6.0以上の地震は1つである．

2．伊豆海溝同心円状屈曲Slab・伊豆弧地殻衝突地震M6.0および伊豆・小笠原・Mariana海溝域の沈込Slab地震

　2020年7月30日9時35分鳥島沖の伊豆海溝軸付近で同心円状屈曲Slabと伊豆弧地殻との衝突地震M6.0Pe/深度20km（Slab上面深度+10km）が起こり，翌日ほぼ同所で７月31日14時16分M4.7Pe/45(+36)kmが起こっている（図376）．
　2020年には4月18日に今年最大の垂直（Vertical）Slab地震M6.8/477(+73)km（月刊地震予報128）が起こり，5月23日には翼β（Wingβ）Slab地震M4.8p/371(+62)km，7月17日に翼γ（Wingγ）Slab地震M5.1+np/536(-135)kmが起こっている．

図376．2020年1-7月の伊豆・小笠原・Mariana海溝域のCMT解歪軸方位．
　震央地図（左図）と海溝距離断面図（中図）の数字M：発生年月日と規模．
　時系列図（右中図）右縁の数字：2020年の月数．
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　伊豆・小笠原・Mariana 海溝に沈込むSlab形態は多様で（月刊地震予報124），その中で注目されるのは2020年の5月に起こった深度410kmのMantleα>βの相転移面上に翼のように載る翼βと7月に起こった深度550kmのβ>γ相転移面上に載る翼γである（図377，Niitsuma, 2020）．
　Plate運動する海洋底下には随行するMantleが連続するが，海溝に沿って同心円状屈曲Slabになった海洋底に行く手を阻まれSlabに沿って下方に運動方向を転じる．随行Mantle運動方向変化の反作用としてSlabを上方に押上げる応力が働く．Slab先端がMantle相転移深度に達していない場合には，Slabを翼状に押上げる．α>β・β>γのMantle相転移は低温程進行し易く，海洋底に近い随行Mantle程，深海水によって冷却されていることと，体積が地球中心からの半径に比例して大きくなるので，行き場を失った随行Mantleの中で海洋底冷却によって低温な地球中心半径の大きいMantleがSlab下面に沿って優先的に下降する．Slab先端が相転移深度に達する前にその下の高圧域まで下降して通過する随行Mantleは相転移する．相転移して高密度になった随行Mantleの上に相転移していないSlabは沈込めず相転移面の上に翼Slabを形成する．

図377．深度410km・550km・660kmのMantle相転移面支配下の伊豆・小笠原・Mariana海溝域Slabの沈込様式．
　八丈島を境界に北側の鹿島小円南区では410km相転移面上に載る翼β，南側の伊豆小円区では550km相転移面上に載る翼γ，小笠原小円区では660km相転移面を貫く垂直（Vertical）Slab，小笠原海台小円区とMariana小円区では横臥（Recumbent）Slabになっている．
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　本海溝域ではM7.0以上のCMT解が11個あり，Benioff図（図378右中図左縁）で累積地震断層面積が灰色斜線で示されるPlate運動面積の増大に対応して階段状に増大していることから，Plate運動によって歪が蓄積して限界に達すると地震によって解消されている様子が分かる．対数地震断層面積areaM図（図378右中図左端）ではBenioff図の階段に対応する突出した嶺が認められる．
　最大の地震は，正断層型（黒色）の下部Mantle上面深度660km相転移面を貫く垂直Slab先端地震2015年5月30日M8.1/682km（速報68）である．低温のSlabは下部Mantle上面で相転移できず軽いまま浮かぶが，その浮力以上に沈込めば相転移が連鎖的に進行することが予想される．最大地震の4日後にCMT最深695kmの引張過剰正断層型（紫色）2015年6月3日M5.6が起こり，下部MantleへSlabが引張られ落下していることが示された（速報69）．

図378．伊豆・小笠原・Mariana海溝域Slab地震のCMT解歪軸方位．
　震央地図（左図）と海溝距離断面図（中図）の数字M：M7.0以上の発生年月日と規模．
　時系列図（右中図）右縁の数字：年数．
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　M7.0以上の地震は，震央地図（図378左図）の最大地震を境界として，北側に逆断層型（赤色・Pink色），南側に引張過剰正断層型（青色）のM7.0以上CMTが分布している．唯一の例外は最南端のMariana小円区の逆断層型（赤色）2013年5月14日M7.3である．
　逆断層型の規模はM7.0からM7.3と小さく，翼β・翼γ・横臥Slabの付根部に位置している．付根部に歪が蓄積するが，本海溝域のSlab沈込に付随する歪であり，Slab沈込を主動するものではない．
　正断層型地震の規模はM7.9にも及び大きいが，震源は翼βよりも浅い海溝沿同心円状屈曲部に位置している．厚さのあるSlabが同心円状屈曲すればSlab上面に引張力，下面に圧縮力が働くが，これらの大地震の震源はCMT震源分布域の下縁に位置しており，Slab下面に沿って下方に引張応力が働いていることを示している．
　同心円状屈曲したまま下部Mantle上面に載る横臥Slabに沿う随行Mantleの運動を検討する．横臥Slabの運動が下部Mantle上面に沿って海洋底拡大海嶺まで連続してBelt Conveyer状になっている場合には，海洋底がPlate運動によって距離r移動する間に厚さrの随行Mantleの断面積はr2になる．半径rの同心円状屈曲する横臥Slabの長さは，半径rの円周2πrの半分πrで，断面積は半径rの円の面積πr2の半分の(πr2)/2になる．Plate運動による断面積πr2の随行Mantleが(πr2)/2を通過するには，運動速度を3倍に加速して，平均2倍の速度で通過しなければならない（図379）．

図379．半径rの同心円状屈曲したまま下部Mantle上面に載る横臥Slab内の随行Mantle移動幾何学．

　3倍まで加速する随行Mantleが接する横臥Slab上部の下縁には引張歪が蓄積し，正断層型地震によって解放される．横臥Slab上部に巨大正断層型地震が起っていることは，引張歪の蓄積を支持している．一方，横臥Slab下部を通過する随行Manlteは減速するので逆断層型地震が予想されるが，2013年5月14日逆断層型地震M7.3が起こっており，横臥Slabの地震活動が随行Mantleの移動速度の加速・減速に起因していることが分かる．

3．2020年8月の月刊地震予報

　2020年には伊豆・小笠原・Mariana海溝域の沈込Slab地震が活発化している中で7月30日に伊豆海溝軸でM6.0が起こった．この海溝域の太平洋Plate沈込は，関東地方や東北日本そして西南日本の地震活動に直結しているので今後の地震活動を注意深く見守る必要がある．

引用文献

Niitsuma, N.(2020) Push out and Phase Transition of Mantle under the Izu Slab, recorded in CMT solutions of JMA. 2020th Annual Meeting of Japan GeoScience Union and Amer. Geophys. Union, S-MP39-07.

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