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月刊地震予報138)2つの歪蓄積の鍵を握る阿武隈前弧沖震源帯M7.3,2021年3月の月刊地震予報

1.2021年2月の地震活動

 気象庁が公開しているCMT解によると,2021年2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16個1.786月分,千島海溝域で2個0.018月分,日本海溝域で6個12.210月分,伊豆・小笠原海溝域で1個0.047月分,南海・琉球海溝域で7個0.097月分であった(2021年2月日本全図月別).日本全域総地震断層面積比は2020年11月の0.5割から2020年12月に2割に増大し2021年1月に0.1割以下に減少したが,2021年2月に1.8月分に急増した.
最大は2020年2月13日阿武隈前弧沖震源帯M7.3で,日本全域のCMT総地震断層面積規模もM7.3とM6.0以上の地震は他にない.

2.2つの歪蓄積の鍵を握る2021年2月13日阿武隈前弧沖震源帯M7.3p

 日本海溝に並行し東北日本太平洋沿岸沖に分布する前弧沖震源帯の阿武隈震源域北端で2021年2月13日23時07分にM7.3深度55km(Slab上面深度+12km)が発生した.その揺れは,北海道,本州,伊豆・小笠原に及んだ(図395).前弧沖震源帯の震源は日本海溝から同心円状屈曲して沈込む太平洋Slab上面と東北日本弧で破壊強度の最も大きなMoho面下の最上部Mantleとの境界に沿って分布している(月刊地震予報136).本地震の揺れは東北日本弧最強の最上部Mantleに沿って伝わり,各地に被害をもたらし,東北新幹線も10日間停止した.
 日本海溝域の2020年1月から2021年2月末までのCMT解のPlate運動面積に対する総地震断層面積比は0.98とPlate運動面積とほぼ等しく,本地震の圧縮主歪P軸方位もPlate運動方位と一致しており(2021年2月東日本月別)ことが,本地震によって開放された歪は2020年1月以降のPlate運動の蓄積で説明できる.

図395.前弧沖震源帯の2021年2月13日阿武隈震源域北端M7.3の震度分布(気象庁HPより).
赤色×印が震央.四角印中の数字(1から6+)が震度.
 震度1以上は北海道から本州と伊豆・小笠原にも分布している.
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 前弧沖震源帯には釧路・浦河・下北(月刊地震予報136)・久慈・北上・阿武隈の6つの震源域がある(図397左図,右下図).これらの震源域の最大規模はM7.0からM7.9で最大のM7.9は阿武隈震源域南端で2011年3月11日の東北沖平成巨大地震M9.0の25分後に起った誘発地震である.その震度分布は震源位置の差に応じて今回の地震M7.3より北海道・本州・四国へと南下しているが小笠原で揺れていない(図396).この差は平成巨大地震前年末の小笠原海溝域M7.1・M7.8によって(速報18)歪が解消されていたのか,最近の太平洋Slab沈込活発化(月刊地震予報137)に関係しているのであろう.

図396.前弧沖震源帯震源域最大の2011年3月11日阿武隈震源域南端M7.9の震度分布(気象庁HPより).
赤色×印が震央.四角印中の数字(1から6+)が震度.
北海道から本州・伊豆・四国と震度1以上であるが,小笠原に及んでいない.
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 前弧沖震源帯の日本海溝側には東北沖震源帯と日本海溝震源帯があり,M8.0以上の巨大地震が発生している.1600年以降の総地震断層面積のPlate運動面積に対する比は,前弧沖震源帯10%と東北沖・日本海溝震源帯44%である(図397右上図).日本海溝域全体の比は77%なので,これらの震源帯の地震が全体の7割を占め,日本海溝域の地震活動を代表している.図397の右下図はM6.5以上の81個の前弧沖震源帯の地震によるもので,Plate運動に対する比は7%に減じているが全震源3070個についての右上図左側と大差はないことからM6.5以上の地震でも全体活動動向判別は可能である.

図397.前弧沖震源帯地震と東北沖・日本海溝震源帯巨大地震の比較.
 左図:M6.5以上前弧沖震源帯震源の震央地図.2つの長方形枠は2011年3月11日東北沖平成巨大地震に伴う東北日本弧のGPS変位から算出された地震断層面(速報1速報33).
中図:M6.5以上前弧沖震源帯震源の海溝距離断面図.
右上図:前弧沖震源帯震源と東北沖・日本海溝震源帯震源の地震断層面積規模移動平均曲線areaMと地震断層面積積算曲線Benioffの比較.漢字は年号.
右下図:M6.5以上前弧沖震源帯地震の海溝縦断面に沿う時系列図.
塗潰丸印:東北沖・日本海溝震源帯M8.0以上の震源,漢字は年号,Mは規模.
丸印:前弧沖震源帯M6.5以上の震源.数字とMは発生年・月・日と規模.
丸印の中心が初動震源で,中心から出ている短線の先端がCMT震源.
灰色:西暦1921年以前は被害歴史地震(宇佐美,2003),1922年以後は観測地震.
彩色:CMT発震機構解.
前弧沖震源帯地震には延宝から明治の間に東北沖・日本海溝震源帯の巨大地震と対応しない活動が認められる.
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 前弧沖震源帯と東北沖・日本海溝震源帯のBenioff曲線を比較すると(図397右上図),1611年慶長地震M8.1と1677年延宝地震M8.0では東北沖・日本海溝震源帯の巨大地震の後に前弧沖震源帯が起っている.
 1896年明治地震M8.5では前弧沖震源帯が先行し,その後に前弧沖震源帯の釧路から阿武隈の全地震域で地震活動が起る.前弧沖震源帯の地震断層面積は1900年から減少し,1915年頃から1923年大正関東地震まで増大して減少したところで1933年昭和地震M8.1が起る,1938年まで急増し,その後地震断層面積はほぼ一定の速度で増大し,2011年平成M9.0に至る.
 前弧沖震源帯のBenioff曲線には1896年明治M8.6・2011年平成M9.0に対応する段差が認められ,東北沖・日本海溝震源帯の段差が後続する(図397右上図).この対応は,前弧沖震源帯と東北沖・日本海溝震源帯の歪開放が対応していることを示しており,1611年慶長M8.1と1677年延宝M8.0にも認められる.しかし,1677年延宝から1896年明治の間に認められない.日本海溝震源帯1790年寛政M8.4には対応する前弧沖震源帯の活動が認められず,前弧沖震源帯1717年M7.5,1763年M7.9,1835年M7.0,1855年M7.3に対応する東北沖・日本海溝震源帯の地震はない,慶長から明治の間には,東北沖・日本海溝震源帯のM8.0以上地震3個に対し前弧沖震源帯のM7.0以上の地震6個で,平均間隔の95年と48年は大地震の歪蓄積程長年月を要することと対応している.
 1896年1月9日阿武隈震源域南端M7.0から開始した前弧沖震源帯の活動に続き,1896年6月15日明治M8.5が起き,釧路震源域から阿武隈震源域までの前弧沖震源帯全域に渡る現在の活動が開始された.明治以前の前弧沖震源帯の活動は,1710年9月15日阿武隈震源域中部M6.5を除くと,久慈震源域と北上震源域に限られる.前弧沖震源帯と東北沖・日本海溝震源帯の活動は,1677年延宝M8.0を過ぎてから同期せず,1896年明治M8.5直前から前弧沖震源帯の震源域が現在のように拡大した.
 東北沖・日本海溝震源帯の現在までの累積地震断層面積(図397右上図右端Benioff図最上部)は,赤色の2011年平成M9.0を主体とする1994年以降のCMT解が右半分を占め,灰色の歴史被害地震(宇佐美,2003)と1922年以降の震度観測地震(月刊地震予報124)が左半分を占め,M9.0二個分の地震が1600年以降起っている.Benioff図左下端から右上に伸びる灰色斜線はPlate運動面積累積直線で,右端に至る1600年から現在までの44%の期間にM9.0二個分の歪が蓄積すること示している.このPlate運動による歪が全て東北沖・日本海溝震源帯の地震で解放されたとしても,寛政以前からの蓄積が必要である.
 明治から平成までは日本海溝域全体でPlate運動と釣合う通常地震活動があり(月刊地震予報116),平成M9.0巨大地震のための歪は慶長から蓄積を開始していなければならないことから,Plate運動の歪を蓄積して通常地震活動として開放する通常歪とは別に巨大地震の歪を蓄積する巨大歪の存在が必要である(月刊地震予報116月刊地震予報122).
 通常歪をM7規模の前弧沖震源帯,巨大歪をM8規模の東北沖・日本海溝震源帯に対応させれば,1677年延宝以降開始された巨大歪の蓄積が通常歪との関係を変化させ,両歪の開放が同期しない1790年寛政M8.4が起り,巨大歪の蓄積が限界に達して1896年明治M8.5と通常歪開放の広域化が起ったことが予想される.
 通常歪対応の前弧沖震源帯ではSlab同心円状屈曲・平面化によって歪が蓄積・解放され,巨大歪対応の東北沖・日本海溝震源帯の歪は日本海溝外に広がる太平洋底に蓄積されるであろう.
両歪の完全な開放が1611年慶長M8.1と2011年平成M9.0とすれば,2011年平成M9.0の前後で地震活動が最も異なることになるので,今後,発震機構を詳細に比較検討する予定である.

4.2021年3月の月刊地震予報

 2011年3月11日東日本大震災から開始した本地震予報も10周年になる.震災当時は,1896年明治三陸地震M8.5後の地震活動と対応させて注意を呼びかけていた(速報5).その中で3つの宮城県沖地震の内の2個はすぐ起きたが2011年内に3個目は起らなかった(速報21速報26).今回の2月13日M7.3が3個目に当るとも考えられるが,東北沖平成巨大地震の後続活動は低下していることから,2020年1月からの通常歪を開放する前弧沖震源帯の新たな活動と捉えることができる.
 しかし,新聞報道によると今回の地震も東日本大震災の余震としている.その余震域は東北沖巨大地震の誘導地震の起った日本海溝外から東北日本太平洋沿岸域までの広い範囲とし,そこで起った全ての地震を余震としている.過去1年間のM4以上の地震を208個として,2001年から2010年までの10年間の年間平均が138回と少ないことから,大震災の余震が続いている根拠としている.
 過去1年間のCMT46個(Plate運動に対する地震断層面積比0.00995)と,2001年から2010年までの年平均CMT解22個(0.00971)を比較すると確かに多いが,2003年5月から2010年までの6.7年間の年間平均CMT解25.1個(0.1225)と比較すると減少している.この相違は,2000年から2003年4月までの年間平均CMT解12個(0.0121)と地震断層面積比が1桁小さく静穏であったからである.
 日本海溝域のPlate運動の歪を蓄積する通常歪と巨大歪が東北沖平成巨大地震によって開放されたと考えれば,巨大歪満杯状態でPlate運動歪を通常歪が開放していた1896年明治M8.5以後に比較すれば,巨大歪に歪が蓄積するので地震活動の静穏化が予想されるが,活動様相が変化することが予想されるので注意深く見守る必要がある.

引用文献

宇佐美龍夫(2003)日本被害地震総覧.東京大学出版会,605p.