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科学, Vol.81, No.10, 1068-1070, 2011.

ひずみの収支が示唆していた巨大地震

京都大学防災研究所　宮澤理稔

　プレート境界で起きる大地震の規模と発生時期の予測には，地震アスペリティの概念が利用されている。しかしこの概念に基づくモデルでは長期的にですらM9クラスの超巨大地震の発生を正しく評価できていなかった。一方異なる解釈では，東北沖において巨大地震や非地震性のすべりの発生の可能性が指摘されていた。このような状況下で，特に宮城県沖では，特定のモデルだけを重要視した地震の予測をすべきでなかった。

アスペリティの時空間的分布

　地震による断層の破壊とは，一枚の平面断層で滑りが一様に起こる現象ではなく，断層の形状も破壊のパターンも複雑である。断層面上において，普段は固着してひずみを蓄積しているが，地震時に大きく滑りひずみを解放する領域のことを，アスペリティと呼んでいる。実際にアスペリティそのものが直接調査された事がないため，その実体については未解明であるものの，地震の発生メカニズムを理解していく上で役に立っており，地震学で流行の研究対象の一つである。　過去の規模の大きな地震についてアスペリティの分布を調べると，アスペリティが地域毎に特徴を持ち，また別々に発生した地震において共通のアスペリティが破壊される場合があることが明らかにされてきた¹。特に宮城県沖の特定の領域で発生するM7クラスの被害地震は，歴史記録で明確に分かっている1793年以降，30-40年毎に起きている事から，一つないしは複数のアスペリティが繰り返し破壊することにより生じると考えられてきた。そして1978年宮城県沖地震(M7.4)はそのうちの一つで，将来も同じアスペリティが破壊され同様の地震（想定宮城県沖地震）が繰り返されると考えられてきた²。このことは地震発生可能性の長期評価にも組み込まれ，2011年東北沖地震前には，今後30年以内に次の宮城県沖地震が発生する確率は99%であると予測されていた³。また，1793年宮城県沖地震(M8.2)のように，日本海溝寄りのアスペリティが連動して破壊することも長期評価に入れて，強震動予測の高度化が行われてきた⁴。

　ここで2005年8月16日に宮城県沖で発生したM7.2の地震とそれについての研究が，アスペリティに基づいた予測モデルに一つの疑問を投げかけるきっかけとなっていた。2005年の地震発生直後，これが想定していた宮城県沖地震かどうか，もしそうでなければ今後想定される宮城県沖地震はどうなるかという議論がなされていた。地震波形記録で遡れるだけ過去のこの領域で発生する地震を調べた結果，（１）1933年，1936年，1937年にM7前後の地震（1936年の地震は宮城県沖地震）がそれぞれ隣接した場所で起き，互いに異なるアスペリティを破壊していた事，（２）1978年の宮城県沖地震はこれら３つのアスペリティを足し合わせた領域を一度に破壊した事，そして（３）2005年の地震は1936年の宮城県沖地震に良く似ている事が，多くの研究者によって結論づけられた^5,6,7。想定宮城県沖地震の発生領域にはM7クラスの地震を起こせるアスペリティが少なくとも３つ，パズルのピースのように組み合わさって存在し，この全領域は30-40年毎に破壊されるが，ある時はそれぞれがばらばらに，またある時は一つにまとまって破壊しているように見えた。

解釈の分岐

　この結果について解釈の違いが現れた。国の地震調査研究推進本部地震調査委員会⁸が出した結論をまとめると次の通りである。2005年の地震は1978年の地震よりも規模が半分ほど小さく，1978年のアスペリティの一部が破壊したに過ぎず，まだ残りのアスペリティ（1933年，1937年の地震のアスペリティ）が破壊されずに残っている。このため想定宮城県沖地震はまだ起きておらず，その際にこの領域が破壊する可能性がある，というものである。このようなアスペリティに対する考え方は，地震学の中ではむしろ主流であった。実際，過去何回かの宮城県沖地震の繰り返し活動が将来も続くとすれば，合理的な解釈であったためである。また，2005年の地震は地震調査委員会が想定している宮城県沖地震のアスペリティの一部が破壊したに過ぎないため，「想定」宮城県沖地震ではないと言うのは文字通り正しい。しかし，本質的には重要な事でないのだが，実際２つ前の宮城県沖地震と考えられていた1936年の宮城県沖地震と同等の地震が起きたわけだから，2005年の地震も宮城県沖地震と呼ばない理由はない。ただしこう主張する事によって，2005年の地震により次のサイクルまでしばらく宮城県沖地震が起きないという議論になる訳ではない。

　これに対するもう一つの考え方は，宮城県沖のアスペリティの破壊モデルは将来の宮城県沖地震を規定出来るモデルとは限らない，というものである。釜石沖で観測されるような相似地震と呼ばれるM5程度の小繰り返し地震とは異なり，宮城県沖では大きな地震がいつも同じメカニズムで，同じアスペリティだけを破壊することで繰り返し発生していない事は，1930年代，1978年，2005年の宮城県沖の一連の地震活動を見ても明らかである。どのように地震の破壊が開始するかによって，実際の破壊パターンや破壊の規模は大きく変わってくるのである。

　後者の立場を取ったKanamori et al.(2006)⁵では，次の様に議論が続く。宮城県沖地震のアスペリティ群が繰り返し破壊するだけでは，宮城県沖でプレートの沈み込みにより蓄積されるひずみの1/4程度しか開放できていない⁹。更に過去約1,400年間の歴史地震記録によれば，南の福島県沖，茨城県沖についても，南北200kmにわたり大きな地震が起きていない領域があることから，同様のことが言える。一方GPS記録の解析結果¹⁰からは，これらの領域ではプレート間カップリングが強く，大きなひずみが蓄積されていることが示されている。これらのひずみの収支を説明するために，以下の二つの可能性が結論付けられた。（１）地震の起きていない場所では，GPSで観測されていない非地震性すべりが起きている。（２）巨大地震，明治三陸地震のような大津波地震，大ゆっくり地震のいずれかにより，大きなひずみが解消される。プレートがカップリングしているにもかかわらず，そのひずみを解消できるだけの大きな地震が十分起きていないという指摘は，瀬野(2005)¹¹によっても行われていた。結果的には，東北沖でこのプレート間での大きなひずみを解消するために巨大地震が発生した。

　しかし上記の考え方についても強い確信があったとは言い切れない。そのような結論を導く元となったデータの質について，GPS観測点のない海域に求められたひずみの解像度の問題や，近代的な観測の行われる以前の地震活動記録に対する不確実性が認められる。実際，869年貞観地震(M8.4)についての研究も今日ほど進んでいなかった例がある。また2011年東北沖地震の様に，海溝付近での50mにも上るすべりや，発生する可能性のある地震がM9にまで成長する事を示唆するには至らなかった。

アスペリティモデルは地震の予測に繋がるのか？

　前出の論文⁵の真意を共著者一個人として述べると，特に宮城県沖では同じ規模の大地震が同じメカニズムで繰り返し発生するような固有地震的な地震活動ではないことから，現在のアスペリティを利用した地震発生予測モデルは，現実を説明するには不十分である。また不確実なデータに基づくものの，これとは異なる複数の可能性が示唆されるのだから，特定のモデルを主張することにより地震予測を行う事は妥当ではないと言えていた。アスペリティモデルに基づく宮城県沖以外の地震発生予測³についても同様かどうかは，今後検討の必要はある筈だ。

　アスペリティに基づく地震予測の難しさは，海外の地震にも学べていた。例えば，日本と同様に地震活動が活発で観測網が密である米国カリフォルニア州パークフィールドの地震がある。ここでは分かっている限り1857年から1966年まで平均約22年の間隔で，M5.5 - M6の地震が繰り返し発生しており，来たる地震の予知に向けた稠密な観測が行われていた。しかし95%の確率で発生が予測されていた1993年までには起きず，その11年後の2004年にM6.0の地震が発生した。また前回1966年の地震は断層の北側から破壊が開始したのに対して，2004年の地震は断層の南側から破壊が開始した。この結果をもってして，予定通り断層上の同じアスペリティが破壊したから，アスペリティは同じ様に繰り返し破壊することが示されたという考え方は，大きな間違いである。テクトニクスは東北沖の沈み込み帯とは異なるものの，パークフィールドで発生する，予測可能と思われていた地震に関する研究からも，同一のアスペリティにおいて必ずしも同じメカニズムを持つ地震が繰り返し起きていない事が分かり，予測の難しさが明らかとなっていた。

まとめとこれから必要とされる研究

　アスペリティを利用したモデルによる地震の発生規模と時期の予測には，このような困難が伴う。地震調査委員会の言うところの想定宮城県沖地震は，あるモデルに基づけば最も起こりうる地震であったかもしれない。しかし，どのように地震が開始したかで破壊パターンや規模は異なり，それは現在の地震学では，何らかのモデルを仮定しなければ予測ができない。　東北沖巨大地震を含め大地震の発生を理解し予測に繋げようとするのであれば，時空間的に不確実な記録を補い，記録の確度を上げる事で現象を正しく理解する必要がある。具体的には，古文書による歴史地震の記録収集や津波堆積物の調査を通じて，貞観地震のような過去の地震活動をより多く明らかにすることや，プレート境界巨大地震が発生する海域でも地震や地殻変動等の観測記録を得る事である。その上で，我々は既に巨大地震が稀にであっても発生することを知っているので，広域のハザードを考えるべきである。

文献
1--- 菊地正幸：科学, 73, 1000 ( 2003)
2--- 地震調査委員会：「宮城県沖地震の長期評価」(2000)
4--- 地震調査委員会：「全国を概観した地震動予測地図」(2005)
5--- H. Kanamori et al.: Earth Planet and Space, 58, 1533 (2006)
6--- N. Umino et al.: Earth Planets and Space, 58, 1587 (2006)
7--- 松澤暢他：地震予知連絡会会報, 75, 581 (2006)
8--- 地震調査委員会：「宮城県沖の地震活動の評価」(2005)
9--- H. Kanamori: AGU Geophys. Mono., 1693 (1977)
10--- T. Nishimura et al.: Geophys. J. Int., 157, 901 (2004)
11--- 瀬野徹三：月刊地球（号外），27, 63 (2005)