著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Luis Rivera Zhongwen Zhan

出版者

特定非営利活動法人 日本火山学会

雑誌

日本火山学会講演予稿集 2020 (ISSN:24335320)

巻号頁・発行日

pp.6, 2020 (Released:2021-02-01)

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 何 東政 佐竹 健治

出版者

日本地震学会

雑誌

日本地震学会2019年度秋季大会

巻号頁・発行日

2019-08-15

著者

都司 嘉宣 佐竹 健治 石辺 岳男 楠本 聡 原田 智也 西山 昭仁 金 幸隆 上野 俊洋 室谷 智子 大木 聖子 杉本 めぐみ 泊 次郎 Heidarzadeh Mohammad 綿田 辰吾 今井 健太郎 Choi Byung Ho Yoon Sung Bum Bae Jae Seok Kim Kyeong Ok Kim Hyun Woo

出版者

東京大学地震研究所

雑誌

東京大学地震研究所彙報 (ISSN:00408972)

巻号頁・発行日

vol.86, no.3/4, pp.29-279, 2012-03-16

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We report the results of field surveys conducted by the Earthquake Research Institute, to measure tsunami heights from the 2011 off the Pacific coast of Tohoku, Japan Earthquake (M 9.0), on March 11. Measurements were taken at 296 points on the Sanriku coasts of Aomori, Iwate, and Miyagi Prefectures, and the Pacific coasts of Ibaraki and Chiba Prefectures. The data are included in the results of the 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. We did not cover the Sendai plain in the southern Miyagi Prefecture because other parties extensively measure there, nor Fukushima Prefecture because of the accident of the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant. The twelve surveys first sought traces indicating tsunami runup or inundation heights. Reliability was classified into A (most reliable based on clear physical evidence and eyewitness accounts), B (mostly based on natural traces), and C (least reliable based on equivocal evidence). Most physical evidence obtained after June was not significant; therefore, reliance was mostly placed on eyewitness accounts. Locations and relative heights above sea level were measured using handheld GPS receivers, auto-level, or total station. The measured heights were corrected for differences in tide level between measurement time and tsunami arrival time. The results are shown on table and four regional maps; however, the details of each measurement, including locations shown on 1:25,000 maps and photographs of evidence are shown in the Appendix. Along the northern Sanriku coast (Aomori and Iwate), most of the 141 heights range between 10m and 30m. Runup heights exceeding 30m were measured at one location in Noda Village and nine locations in Miyako City. On the southern Sanriku coast in Miyagi, most of the 76 measurements range between 4 and 20 m. On the Ibaraki coast, 36 measurements range from 2.8 to 8.1 m, and the heights generally decease toward the south. On the Chiba coast, 43 measurements range from 0.7 to 7.9 m, with the maximum height near Iioka, Asahi City.

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 深尾 良夫 杉岡 裕子 伊藤 亜妃 塩原 肇

雑誌

日本地球惑星科学連合2018年大会

巻号頁・発行日

2018-03-14

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1. はじめに 鳥島近海地震(M5.6-5.7)は伊豆・小笠原島弧上の鳥島近海に位置する海底火山体の地下浅部で、ほぼ10年に一度観測されている、火山性の津波地震である。最新のイベントは2015年5月2日(JST)に発生した。本発表では、この地震により発生した津波の観測データに基づく、津波解析の詳細を報告する。なお、火山性津波地震の観測からメカニズム提唱までを含む本プロジェクトの概要は、深尾らによる別途発表に譲る。2. 津波観測 2015年の鳥島地震に伴って発生した津波は、伊豆小笠原諸島沿いの島嶼部を中心に、潮位計等で数十cm程度の津波が観測され、特に八丈島八重根港では約60cmの最大振幅を記録した(JMA, 2015)。一方で、我々が震央距離約100kmの深海底に展開した計10点の水圧計アレーでも、高精度の津波記録の観測に成功した。アレーで観測された津波波形は、数mmの負の信号から始まり、2.0 cm程度の正の信号が続き、同程度の振幅の後続波を伴っていた。そこで我々は、アレーで記録された津波波形を用いて解析を行い、鳥島地震に伴う地殻変動に伴う海水面擾乱、すなわち津波波源のモデル化を行った。3. 津波の分散性を考慮した津波波線追跡 まず津波の分散性を考慮して、アレーの津波波形から低周波数成分から順に高周波数成分の位相走時を読み取り、平面波近似によってアレーへの入射方向を調べると、低周波位相ほど、震央と観測点位置を結ぶ大円方向から、入射方向が大きく外れることがわかった。我々は、分散性を含む線形重力波の位相速度式を用いて局所的津波位相速度場を再帰的に計算し、周波数ごとに津波波線追跡を行うことで、特に海溝沿いの深海部で位相速度が周波数によって大きく異なることが、これらの周波数特性の原因であることを明らかにした(Sandanbata et al., 2018, PAGEOPH)。 さらに、走時および入射方向の周波数依存性をもっともよく説明する点波源位置をグリッドサーチによって調べると、点波源は直径8km程度の円形をしたスミスカルデラのリム内に精度良く求まった。仮に点震源をカルデラ外にずらすと、走時と入射方向を同時に説明することはできなかった。一方、津波初動の入射方向も同様に調べ、それを初期値としてアレーから波線を射出し、初動の走時分だけ逆伝播させると、カルデラリム北端近傍に達した。これらの結果は、鳥島地震に伴う隆起現象はスミスカルデラの内部で主要な隆起が発生し、その広がりはリムと同程度の広がりがあったことを示唆する。4. 津波波形差分計算による津波波源モデリング 次に、津波伝播差分計算を行い、鳥島地震に伴う津波波源をより詳細に調べた(Fukao et al., 2018, Sci. Adv.)。上記の結果を踏まえて、スミスカルデラの中心を中心軸とする軸対象の津波波源とし、アレーでの波形記録を考慮して、ガウシアン型の中心隆起とそれを囲む微小な環状の海水面沈降から成る軸対象波源モデルを仮定した。この中心隆起の振幅Aおよび隆起域の半径Rのパラメタを変化させ、差分計算コードJAGURS(Baba et al., 2015, PAGEOPH)を用いて分散性を含む線形ブシネスク方程式を解いた。 様々なパラメタを仮定した時のアレーでの計算波形と観測波形の規格化最小二乗和を計算し類似度を定量化すると、R=4.1kmおよびA=1.5mの時に最小値をとり、計算波形はアレーでの観測波形を非常によく再現した。この隆起域半径R=4.1kmはカルデラ半径とよく一致し、鳥島地震に伴って、スミスカルデラ内で1mを超える大きな隆起現象が発生したことが明らかになった。5. 八丈島八重根港での津波波形 続いて、アレー記録を用いて推定した波源モデルを与えた時に、約60cmの最大波高が記録された八丈島の八重根港での津波波形を説明できるかを調べた。この際、国土地理院の数値標高モデル(DEM)と、日本水路協会の海図を組み合わせて作成した複雑な湾口の地形データを用い、非線形効果も含めJAGURS(Baba et al., 2015)を用いて津波伝播計算を行った。その結果、計算波形は振幅・位相を含めて後続波まで、観測波形をよく再現した。6. 津波解析のまとめ 以上の結果は、2015年鳥島地震に伴う地殻変動について重要な情報を与える。第一に、この地震伴い1mを超える隆起現象がカルデラ内に集中していることが明らかになり、鳥島近海地震はカルデラ地形に関係する火山活動が発生したことを示唆する。第二に、少なくともカルデラ周囲の北東側には、無視できない規模の沈降が含むことが明らかになった。これはCLVD型の震源メカニズムとも調和的な結果である。深尾らの発表で、以上を踏まえ、火山性津波地震のメカニズム提唱を行う。

著者

綿田 辰吾 西田 究 関口 渉次 関口 渉二

出版者

東京大学

雑誌

基盤研究(C)

巻号頁・発行日

2003

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2003年9月26日に発生した十勝沖地震時に江ノ島津波観測所(宮城県)、地震研究所の筑波地震観測所(茨城県)と、鋸山地殻変動観測所(千葉県)、霧島火山観測所(宮崎県)、海洋開発機構室戸ケーブル陸揚局(高知県)、防災科学技術研究所が管理する広帯域地震計観測点の菅野(山梨県)、中伊豆(静岡県)で地震動に伴う気圧変動を観測した。筑波観測所、中伊豆、菅野では微気圧と地動の同時観測により、地動と大気圧の音響結合データを取得することができた。地動は最大振幅5mm/secの15〜20秒のレイリー波が卓越している。群速度はほぼ3.2km/secであった。微気圧記録は50秒以下の短周期成分では最大振幅約2パスカルの変動が見られ、地動と同様の群速度で伝播している。50秒以下で大気圧変動と地動の周波数領域の応答特性が得られた。大気圧変動は地動面上下速度にほぼ比例し、位相も同一である(上向き速度で圧力増加)。比例定数は、(大気密度)(大気音速)をかけあわせた量である。また密度成層した大気中の長周期音波が地面の運動により発生する問題を解析的に扱い応答特性を理論的に導出した。理論応答特性は音波遮断周波数付近(約300秒)では音波は地動変位に比例し比例定数が約半分となることが示された。50秒以下でほぼ観測どおりの位相と振幅となることが確かめられた。微気圧・地動同時観測と理論予測の比較から、十勝沖地震から伝播した表面波がローカルに音波を発生させたことが明瞭に示すことができた。50秒より長周期側では大気圧ノイズが大きくなり地動と大気圧変動の明確な応答特性を得られなかった。このように放出された音波は大気中を伝播し高層にある電離層まで、エネルギー保存のため、振幅を増大させながら到達する。過去いくつかの研究で報告されている地震にともなう電離層擾乱もこのように地表で発生した圧力変動に起因していると推定される。

著者

市原 美恵 佐藤 元彦 宮林 佐和子 武尾 実 綿田 辰吾 井口 正人

出版者

特定非営利活動法人 日本火山学会

雑誌

日本火山学会講演予稿集 (ISSN:24335320)

巻号頁・発行日

vol.2009, 2009

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Luis Rivera Zhongwen Zhan

出版者

特定非営利活動法人 日本火山学会

雑誌

日本火山学会講演予稿集 (ISSN:24335320)

巻号頁・発行日

vol.2020, pp.6, 2020

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Rivera Luis Zhan Zhongwen

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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1. IntroductionAnomalous volcanic earthquakes repeatedly occurred about once every decade at submarine calderas near Torishima Island in Japan (Torishima earthquakes) [e.g. Fukao et al., 2018, Sci. Adv.] and near Curtis Island in New Zealand [Sandanbata et al., 2019, JpGU]. Despite their moderate seismic magnitudes Mw 5-6, the earthquakes generated disproportionately large tsunamis. Their moment tensors were dominated by non-double-couple (NDC) components. Considering their volcanic origin and efficient tsunami excitation, they are called as volcanic tsunami earthquakes. The mechanism of these events remains unresolved. Here, we present an overview of this project to determine the physical mechanism and characteristic features of these events. The details of kinematic source modeling will be presented by Sandanbata et al. in "Tsunami and tsunami forecast (H-DS08)" session.2. Physical mechanism inferred from kinematic source modelFrom the analyses of tsunamis and long-period seismic waves, we successfully constructed a kinematic source model of the 2015 Torishima earthquake (Fig.a). This model can explain quantitatively both tsunami and long-period seismic waves. The model consists of thrust slip on inwardly down-dipping ring faults extending partially along the rim and asymmetric opening and closing of a sub-caldera horizontal fault (Fig.b). In this model, thrust slip on a partial ring fault is caused by highly-pressurized magma inside a sill-like chamber below the caldera floor. This mechanism is similar to the trapdoor faulting observed geodetically at Sierra Negra caldera, Galápagos [e.g. Jónsson, 2009, Tectonophysics].3. Characteristic properties of long-period seismic excitationsWe next examine their long-period seismic excitations from this source. It is generally known from seismic excitation theory that the moment tensor components, Mrt and Mrp, and the volumetric change of a sill-like chamber at a shallow depth do not significantly contribute to seismic excitation [e.g. Kanamori & Given, 1981, PEPI]. In addition, the ring-fault slip partially eliminates its long-period seismic radiation due to cancellation of excitations from double-couple (DC) components from different portions of the ring fault [Ekström, 1994, EPSL]. These properties not only explain the NDC-type moment tensors of these events but also play an important role in the tsunami earthquake natures. The curved fault geometry focusing deformation just over the caldera also amplifies tsunamis.We demonstrate that the observable moment tensor components (other than Mrt and Mrp) reflect source geometries, arc length and orientation of the ring faults. The similarities of the observable source parameters of most of the recurrent volcanic tsunami earthquakes suggest that the trapdoor faulting repeated at an identical ring-fault geometry every decade. This implies that magma recharges into a shallow sub-caldera chamber, which leads to ring-fault ruptures repeating at least for the decades.4. ConclusionsWe propose a physical mechanism of volcanic tsunami earthquakes by constructing their kinematic source models. A similar mechanism is also suggested for the 2017 Curtis earthquake, although we do not refer to the details here. Our model provides new and first evidences of trapdoor faulting at submarine calderas. We also demonstrate that we can study remote active submarine volcanoes using far-field observations of tsunamis and long-period seismic waves from Mw 5-6 earthquakes.

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Rivera Luis Zhan Zhongwen

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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1. IntroductionAlmost every decade, volcanic tsunami earthquakes occurred at a submarine volcano named Smith Caldera near Torishima Island in Japan (Torishima earthquakes). These earthquakes generated disproportionately large tsunamis for their seismic magnitudes (Mw 5-6) [e.g. Fukao et al., 2018, Sci. Adv.]. In order to determine their physical mechanism, we constructed a kinematic source model based on analyses of tsunamis and long-period seismic waves. Here, we present the detail of kinematic source modeling of the 2015 Torishima earthquake. The overview of the project, including the physical mechanism, characteristic seismic properties, causes of tsunami earthquake nature and similarities of recurrent earthquakes, will be presented by Sandanbata et al. in "Active Volcanism (S-VC45)" session.2. Hypothetical fault systems inferred from initial sea-surface displacementWe started the kinematic source modeling of the 2015 Torishima earthquake by estimating the initial sea-surface displacement around Smith Caldera by the tsunami waveform inversion. We used tsunami waveforms recorded at ocean-bottom pressure gauges deployed in the southern oceanic region of Japan, such as a temporary array [Fukao et al., 2018], DONET, the Deep Sea Floor Observatory off Muroto Cape, and the DART system. We found (1) a large uplift concentrated just over the caldera floor, and (2) clear peripheral subsidence at least along the northern side of the rim structure.Based on the results, we hypothesized a sub-caldera fault system composed of ring and horizontal faults (Fig.a). In the following sections, we examine whether the hypothetical fault system explains both tsunami and long-period seismic records. We also investigate the detailed fault geometries employing multiple fault models with variable fault parameters (i.e. depth of the horizontal fault, dip angle and length of the ring fault).3. Inversion of tsunami waveforms for slip distributions of sub-caldera ring and horizontal faultsWe determined slip distributions on the sub-caldera ring and horizontal faults from the tsunami records by applying a new efficient technique for computing tsunami Green's functions from subfault slips. In most cases, inverted slip distributions consist of thrust slip on an inward-dipping ring fault and asymmetric opening and closing of a horizontal fault (Fig.a).The slip distributions on the multiple fault models accurately reproduce the tsunami records (Fig.b), indicating that these are plausible models for explaining tsunami excitation of the Torishima earthquake. However, if the ring fault extends to a horizontal fault lying at a depth of about 4 km below the caldera floor, slip direction of the ring fault becomes opposite between the upper and lower half portions, which we consider unrealistic. Hence, we believe that the horizontal fault lies at a shallower depth of approximately 2 km.4. Forward modeling of long-period seismic waves from slip distributionsFinally, we investigated the plausibility of the slip models by comparing long-period seismic records at the F-net and GSN stations with their synthetic waveforms. Among the slip models, one with a ring fault with a 75° dip angle extending along an approximately three-quarter portion of the rim structure can best reproduce the observed long-period seismic waves (Fig.c). The waveforms of horizontal components and overall amplitude are sensitive to dip angle and length of the ring fault, respectively. This helps us to constrain the detailed fault parameters well.5. ConclusionWe concluded that the slip model thus obtained can explain quantitatively both tsunami and long-period seismic records, and is a good kinematic source model of the 2015 Torishima volcanic tsunami earthquake. The source model consists of thrust slip on inwardly down-dipping ring fault extending partially along the rim and asymmetric opening and closing of a sub-caldera horizontal fault is attributed to the trapdoor faulting at the active submarine caldera.

著者

都司 嘉宣 佐竹 健治 石辺 岳男 楠本 聡 原田 智也 西山 昭仁 金 幸隆 上野 俊洋 室谷 智子 大木 聖子 杉本 めぐみ 泊 次郎 Heidarzadeh Mohammad 綿田 辰吾 今井 健太郎 Choi Byung Ho Yoon Sung Bum Bae Jae Seok Kim Kyeong Ok Kim Hyun Woo

出版者

東京大学地震研究所

雑誌

東京大學地震研究所彙報 = Bulletin of the Earthquake Research Institute, University of Tokyo (ISSN:00408972)

巻号頁・発行日

vol.86, no.3-4, pp.29-279, 2012-03-16

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We report the results of field surveys conducted by the Earthquake Research Institute, to measure tsunami heights from the 2011 off the Pacific coast of Tohoku, Japan Earthquake (M 9.0), on March 11. Measurements were taken at 296 points on the Sanriku coasts of Aomori, Iwate, and Miyagi Prefectures, and the Pacific coasts of Ibaraki and Chiba Prefectures. The data are included in the results of the 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. We did not cover the Sendai plain in the southern Miyagi Prefecture because other parties extensively measure there, nor Fukushima Prefecture because of the accident of the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant. The twelve surveys first sought traces indicating tsunami runup or inundation heights. Reliability was classified into A (most reliable based on clear physical evidence and eyewitness accounts), B (mostly based on natural traces), and C (least reliable based on equivocal evidence). Most physical evidence obtained after June was not significant; therefore, reliance was mostly placed on eyewitness accounts. Locations and relative heights above sea level were measured using handheld GPS receivers, auto-level, or total station. The measured heights were corrected for differences in tide level between measurement time and tsunami arrival time. The results are shown on table and four regional maps; however, the details of each measurement, including locations shown on 1:25,000 maps and photographs of evidence are shown in the Appendix. Along the northern Sanriku coast (Aomori and Iwate), most of the 141 heights range between 10m and 30m. Runup heights exceeding 30m were measured at one location in Noda Village and nine locations in Miyako City. On the southern Sanriku coast in Miyagi, most of the 76 measurements range between 4 and 20 m. On the Ibaraki coast, 36 measurements range from 2.8 to 8.1 m, and the heights generally decease toward the south. On the Chiba coast, 43 measurements range from 0.7 to 7.9 m, with the maximum height near Iioka, Asahi City.

著者

綿田 辰吾 Iyan Mulia 山田 真澄 Dimas Sianipar

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2019年大会

巻号頁・発行日

2019-03-14

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2018年12月22日UT14時30分頃、インドネシアスンダ海峡周辺のジャワ島・スマトラ島を津波が襲い400名余が犠牲となった。この津波の発生とほぼ同時期にAnak Krakatau火山が噴火し、火山の標高が噴火前後で300mから100mへと低下したと報告されているため、津波は陸上または海中の山体崩壊が引き起こしたと考えられている。噴火直後のSAR画像から南西方向に山頂部を含め山体が崩落し海中に消失している。周辺の検潮記録から、津波の発生は13時58分頃と推定される。インドネシア国内では火山噴火や津波発生時に強い地震の発生の報告はないが、日本を含むインドネシア国内外の広帯域地震計には周期50-100秒の長周期の地震波(S波・レイリー波)が明瞭に記録されている。S波は14時11分に日本の南西諸島へ、14時16分に北海道へ到達している。表面波も14時27分に北海道を通過している。どの地震波も13時56分頃にAnak Krakatau火山付近で長周期の地震波発生イベントがあったことを示している。遠地実体波から震源時間関数は100秒以内(1分程度)であり、スンダ海峡周辺の4観測点の地震波形3成分は、最大5x1011Nの力が、最初に20秒間でほぼ北東方向わずかに上向き、さらに50秒で南西方向に方向でわずかに下向き向きに働いたことで説明できる。力の方向と角度は、Krakatau海底カルデラ外縁部に成長していたAnak Krakatau山体の低角(8度)南西方向へ水深250mのカルデラ底へ崩壊とそれに伴う津波の可能性を指摘していたGiachetti et al. (2012, Geol. Soc. London) の山体崩壊モデルとほぼ一致する。山体崩壊の質量はEkstrom and Startk (2013, Science) が経験的に求めた陸上地滑りの最大力と質量の比例式から3x1011kgと推定され、山体の密度を2gr/cm3を仮定すると山体崩壊体積はおよそ0.15km3となり、検潮記録から推定されている海底地滑りを引き起こした体積0.2km3とおよそ一致している。津波を引き起こすような地震が現地では検知されなかったため、津波警報は発令されなかった。一方、津波の発生と共に発生したと考えられる長周期地震波は地震発生イベントの40秒後にはJakartaに到達した。もし今回観測されたような長周期地震動が定常的にインドネシアでモニターされれていれば、Anak Krakatau山体崩壊の早期検知とそれに伴う津波発生の可能性は津波被害発生前に把握できたかもしれない。

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2019年大会

巻号頁・発行日

2019-03-14

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Abnormal non-double-couple (NDC) earthquakes are sometimes observed near volcanic or geothermal areas [e.g. Shuler et al., 2013, JGR], some of which generate large tsunamis despite their moderate seismic magnitudes, M5-6. The Torishima earthquakes are ones of the few examples and were attributed to a large crustal uplift associated with some volcanic activity at a submarine caldera edifice on Izu-Bonin Ridge [Fukao et al., 2018, Sci. Adv.; Sandanbata et al., 2018, PAGEOPH]. This type of earthquakes therefore can be regarded as "volcanic tsunami earthquakes."Another series of volcanic tsunami earthquake were observed near the Curtis and Cheeseman Islands, parts of the Kermadec Islands, north of New Zealand, on 17 Feb 2009 and 8 Dec 2017 (UTC). Tsunamis were recorded at tide gauges and ocean bottom pressure gauges with a maximum amplitude of ~40 cm. The two earthquakes are remarkably similar in seismic magnitudes (M~6.0), focal mechanisms (dominant NDC components), centroid locations (gap of ~10 km) and observed tsunami waves.In order to investigate their tsunami sources, we numerically solved two-dimensional Boussinesq-like equations with the simulation code, JAGURS [Baba et al., 2015, PAGEOPH]. We first located their source region in the vicinity of the Curtis and Cheeseman Islands, by assuming Gaussian-shaped sea-surface uplifts at 9 locations. We then conducted the tsunami waveform inversion with Green’s functions computed from cosine-tapered uplift distributed around the islands. The estimated tsunami source has a large sea-surface uplift concentrated just over a bathymetric depression that is a characteristic structure of calderas. This suggests a large uplift on seafloor was caused by the earthquakes associated with a volcanic activity of the submarine caldera.Large uplift events called “resurgence” have been observed at calderas in nature and experiments, which are often attributed to reactivation of ring faults due to overpressure of a magma reservoir [e.g. Acocella et al., 2001, JVGR]. We modeled crustal deformation of a caldera with an interacted system of a ring-fault structure and a shallow sill-like magma reservoir [Liu et al., 2017, AGU Fall Meeting]. Our modeling suggests that the system can cause a large uplift concentrated just over the caldera. The uplift also reproduced tsunami waves similar to the observations, while the gap between seismic and tsunami magnitudes can be explained qualitatively. We therefore suggest that a ring-fault reactivation due to overpressure in a sill-like magma reservoir as a possible mechanism of the earthquakes and their resultant tsunamis.

著者

深尾 良夫 三反畑 修 杉岡 裕子 伊藤 亜紀 塩原 肇 綿田 辰吾 佐竹 健治

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2018年大会

巻号頁・発行日

2018-03-14

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1: 津波地震は地震の規模と比較して異常に津波の規模が大きな地震(Kanamori, PEPI, 1972)で、典型的には海溝すぐ内側に起こる低角逆断層地震が津波地震になりやすい。一方、ほぼ10年に一度繰り返して起こる鳥島近海地震(Mw=5.6-5.7)は、海底カルデラ下で発生する全く別種の津波地震である。最新のイベント(2015年5月2日)であるが、その地震波と津波を震央距離約100km(北北東)の海底に展開した10点の水圧計アレーが記録した。本発表では、津波地震の観測からメカニズム提唱までの概要を報告する。津波解析の詳細は、三反畑らによる別途発表に譲る。2: 10点の絶対圧力計(7000mの水深に相当する圧力を9桁の分解能で測定可能)を最小辺長10km、最大辺長30kmの正三角形を構成するよう配置する。今回は、このアレーを青ヶ島東方沖水深1470-2240mの海底に2014年5月に設置し翌年5月に回収した。このアレーは、周期半日の内部潮汐波(Fukao et al., JpGU, 2017)、周期50-200秒の長周期海洋重力波(Tonegawa et al., JGR, 2018)、周期100-300秒の津波(Sandanbata et al., PAGEOPH, 2018; Fukao et al., Sci. Adv., 2018)など、多様な海洋現象の観測に有効である。3: アレーの観測点配置は、卓越周期200秒の津波がアレーを伝播する間に位相がほぼ1周期ずれ、そのズレを10点で測定することに相当し、高精度な位相解析が可能である。得られた位相速度は周期に依存し理論的な分散曲線と良く一致する。点波源をスミスカルデラ内に仮定し、周期に依存する局所位相速度分布図を用いて破線追跡を行うと、観測された走時と入射方向の周波数依存性をよく説明できる。仮に波源がリムにあるとすると、測定された到達時刻あるいは入射方向との一致は有意に悪くなる。一方、津波の初動は、波形の立ち上がり寸前のゼロ線を切る瞬間として読み取ることができるが、そのアレー通過速度は理論的な長波速度に一致する。この立ち上がりを地震発震時刻まで逆伝播させると、波源域の縁がカルデラリムにあることがわかる。津波波源はカルデラ全体にわたり、それを超えることなかったと推測される。一方、USGS、JMA、GCMTの求めた地震の震央はカルデラサイズを超えて散らばり、津波波源のほうが高精度で求められていることがわかる。4: 津波波源をモデリングするためにt=0の瞬間に海面擾乱を与え、その擾乱の伝播をブジネスク方程式の解として求めた。初期擾乱を軸対称とし、観測波形を最も良く説明する波源域の半径Rと中心隆起の振幅Aをグリッドサーチにより求めた。最適半径A=4kmはスミスカルデラのサイズとよく一致する。最適波高はA=1.5mと求められた。最適モデルに基づいて計算された波形と観測波形との一致は驚くほど良い。アレーで観測された最大振幅は約2cmであるが、八丈島(八重根港)の験潮儀には約60cmの最大振幅が観測されている。八重根港における津波波形を、湾の複雑な地形と津波の非線形効果を考慮して計算すると、計算波形は観測波形と驚くほどの良い一致を示した。5: この地震のメカニズムはT軸がほぼ鉛直のCLVD(Compensated Linear Vector Dipole)であり、Mwは5.7相当である(JMA, GCMT)。しかしこのメカニズムでは、直径8kmの波源域、1.5mの津波波高に相当する海底変位を生ずることはできない。震源を如何に浅くしようとも海底変位は津波の初期波高のたかだか1/20程度しかならない。両者のこの大きな差異は、実際のメカニズムがCLVDではなくHorizontal Tensile Fault(HTF)が鉛直に開口したためであったことを示唆する。このメカニズムが海底下の極浅部に働く場合、(1)遠方長周期地震波の励起効率はゼロに近く、一方で津波の励起効率は最大、(2)励起された地震波は殆ど上側(海側)に放出されるので、断層面上の変位は上側に集中し、水中音波の励起効率も大きく増幅される、(3)震源で体積変化なしと仮定して遠方変位場からメカニズムを求めるとモーメントの不当に小さなVertical-T CLVDが得られる。これら3つの極浅部HTFの特徴は鳥島近海津波地震の特徴と整合する。

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 深尾 良夫 杉岡 裕子 伊藤 亜妃 塩原 肇

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2016年大会

巻号頁・発行日

2016-03-10

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2015年5月2日に鳥島の近海で発生したM5.7の地震は,震央から約100km北方の八丈島では60cmの津波が観測されるなど,地震の規模から想定されたよりも大きな津波を引き起こした「津波地震」であったと言える.Global CMT解の震源は,伊豆・小笠原海溝に沿った火山体である須美寿カルデラ付近の地下浅部に定まっている.この地域では規模・震源メカニズムの類した地震が,1984年,1996年,2006年に観測され,同様に津波を発生させている(Satake and Gusman, 2015, SSJ).1984年の地震に関して,Satake and Kanamori (1991, JGR) は長波近似を用いた津波伝播シミュレーションにより,円形の隆起の津波波源モデルを提案した.震源メカニズムは地下浅部でマグマ貫入に伴う水圧破砕(Kanamori et al., 1993)や,カルデラの環状断層(Ekström, 1994, EPSL)の火山活動に伴うCLVD型の地震モデルが推定されている.2015年の鳥島地震による津波は,海洋研究開発機構が設置した10の海底水圧計から成る観測点アレーによって観測された.水圧計アレーでの観測波形は,波束の到達時間が長周期ほど遅くなる分散波としての特徴を示しており,特に位相波面の到来方向が観測点と震源を結ぶ方向から,低周波の位相波面ほど大きく外れるという特異な傾向が確認された(深尾ほか,本大会).本研究では,津波を分散性の線形重力波として扱い,周波数ごとの位相波面およびエネルギー波束の波線追跡をおこなった.まず,線形重力波の理論式と平滑化した水深データを用いて,各周波数での二次元位相速度場・群速度場を反復計算により帰納的に計算した.位相速度・群速度の両速度場を用いることで,周波数ごとの位相波面およびエネルギー波束の伝播時間の測定が可能になる.そして,球面上の地震波表面波の波線方程式(Sobel and Seggern, 1978, BSSA; Jobert and Jobert, 1983, GRLなど)と同様な方程式について数値積分を行い,須美寿カルデラを波源とする各周波数の波線を追跡した.周波数に依存する波線追跡の結果,低周波の波ほど水深の影響を受けて波線が大きく曲がる様子が確認された.特に,波源から北東へ射出した波線が北側に大きく曲がり,周波数が低いほど波面の進行方向が変化する傾向が見られた.この結果は,水圧計アレーに入射する位相波面の到来方向が周波数に依存して変化するという観測結果と調和的である.また,波線追跡に基づくエネルギー波束(群速度)の到達時間は,水圧計アレーの各周波数帯における波束の最大振幅の到達時間によく一致した.さらに,周波数帯によらず波源の北方向で波線が集中する様子が確認された.この結果は,北側の広い方向に放射された波が地形変化による速度勾配によりエネルギーが集中することで,八丈島での振幅が大きくなった可能性を示唆している.本手法による周波数に依存する波線追跡により,長波近似がよく成り立つ長周期の波動だけでなく,分散効果により後続波として到達する高周波の波についても同様に波線を追跡し,津波伝播の特徴をより詳細まで捉えることができる.例えば,周波数帯ごとの津波の伝播経路上の特徴的な地形が波形に与える影響を考察することや,高周波の後続波を含むエネルギー波束の到達時間を,少ない計算量で推定することが可能になる.

著者

堀 貞喜 石田 瑞穂 青井 真 井上 公 大久保 正 岡田 義光 小原 一成 笠原 敬司 木村 尚紀 熊谷 博之 汐見 勝彦 関口 渉次 根岸 弘明 野口 伸一 松本 拓己 山水 史生 藤原 広行 功刀 卓 浅野 陽一 関根 秀太郎 廣瀬 仁 松原 誠 安逹 繁樹 伊藤 喜宏 針生 義勝 松林 弘智 松村 稔 宮川 幸治 山品 匡史 坂無 雅子 雷 楓 伊東 明彦 岩田 知孝 ト部 卓 川勝 均 木下 繁夫 工藤 一嘉 纐纈 一起 佐藤 春夫 佐藤 比呂志 武井 恵雄 中尾 茂 平田 直 平原 和朗 堀家 正則 松澤 暢 山北 聡 綿田 辰吾 山野 誠

出版者

独立行政法人防災科学技術研究所

雑誌

防災科学技術研究所年報 (ISSN:09186441)

巻号頁・発行日

vol.15, pp."I-12"-"I-16", 2004-09-06

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地震調査研究推進本部の総合基本施策(「地震に関する観測、測量、調査及び研究の推進についての総合的かつ基本的な施策(平成11年4月23日)」)、及び調査観測計画(「地震に関する基盤的調査観測計画(平成9年8月29日)」、「地震に関する基盤的調査観測計画の見直しと重点的な調査観測体制の整備(平成13年8月28日)」、「地震に関する基盤的調査観測等の結果の流通・公開について(平成14年8月26日)」)等に基づき、高感度・広帯域地震観測施設と強震観測施設を整備し、観測網の維持・管理・運用を行う。これら基盤的観測網と防災科研の在来地震観測網から得られるデータの収集・処理を行い、気象庁、大学等のデータと合わせて蓄積・流通・公開を行う。また、防災科研が海外に整備した観測施設についても、円滑な維持・管理とともに、観測方式の高度化を行いつつ、データの収集・処理・蓄積・公開を行う。さらに、各観測網から得られるデータを用いて、高度な地殻活動のモニタリングを実施し、地震活動状況の推移を判断するための研究成果を創出する。