遠田晉次

（日本東京大學(xué)防災(zāi)研究所）

日本關(guān)于2011年東北地方太平洋近海地震的研究報告（四）
——對內(nèi)陸的影響和強震動情況東北地方太平洋近海地震引發(fā)的地震活動及對活斷層的影響＊

遠田晉次

（日本東京大學(xué)防災(zāi)研究所）

東北地方太平洋近海地震對今后幾年～幾十年東日本地震活動的影響不容忽視。事實上，我們已經(jīng)確認，該地震使琵琶湖以東的東日本地震活動發(fā)生了明顯的變化（圖1）[1]。特別是，秋田縣南部、秋田近海、山形縣月山周邊、福島縣磐梯山一帶、日光男體山和白根山周邊、長野縣北部、福島縣和茨城縣邊境附近、銚子周邊、飛騨山脈等地區(qū)，在主震后的地震活動明顯活躍。其中，主震發(fā)生約13小時后，長野縣北部發(fā)生了M6.7地震；約14小時后，秋田縣近海發(fā)生了M 6.4地震；4日后靜岡縣東部發(fā)生了M6.4地震。日本列島內(nèi)陸M≥6地震的發(fā)生頻率是每年1次左右，這些地震都可以稱為距宮城縣近海最大滑動區(qū)域300 km以遠地方發(fā)生的“廣義上的余震”。也有地震活動下降的情況，例如在秋田縣中部、巖手宮城內(nèi)陸地震的余震區(qū)、豬苗代湖的湖南地區(qū)、新瀉縣中越地震的余震區(qū)等地都證實了這一點（由于這些與地震前后的震級檢測能力有關(guān)，所以，將取決于今后氣象廳一元化數(shù)據(jù)的更新情況）。

圖1 東北地方太平洋近海地震前后的地震活動度的變化。將主震后的地震發(fā)生率除以主震前的地震發(fā)生率的結(jié)果進行平滑和可視化。使用從主震前2010年6月28日到主震后11月22日的氣象廳一元化震源數(shù)據(jù)（震源深度20 km以內(nèi)，M≥1.0）（更新了文獻[1]的結(jié)果）。由于主震后在震源區(qū)及其附近的震級檢測能力明顯提高，所以判斷地震活動下降時要注意

怎樣說明這些擴展到震源斷層以外的地震活動的變化呢？估算伴隨主震的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化（static Coulomb failure stress change，ΔCFS）的方法是評價方法之一。ΔCFS是在斷層面所受的剪切應(yīng)力變化和法向應(yīng)力變化（這里取離開斷層面的方向為正）乘以摩擦系數(shù)的值的總和。如果剪切應(yīng)力或法向應(yīng)力一增加（即擠壓斷層的壓縮力變?。珻FS就增加，斷層運動就容易被誘發(fā)。通常，首先求得各地點在半無限彈性體中[2]同震地形變造成的應(yīng)力張量，然后計算評估與斷層（接收斷層）走向、傾向、傾角相關(guān)的ΔCFS。

圖2 東北地方太平洋近海地震造成的主要活斷層和板塊邊界的庫侖應(yīng)力變化（ΔCFS）。地震發(fā)生層深15 km，斷層的CFS是在各斷層中央（深7.5 km）部分計算的。半無限彈性體的泊松比為0.25，剪切模量為32 GPa，摩擦系數(shù)為0.4。斷層模型采用Wei和Sladen[3]模型

圖2給出的是因東北地方太平洋近海地震而發(fā)生變化的主要活斷層和在板塊邊界的ΔCFS的推定值。由于東北地方大部分活斷層的ΔCFS都是負的，所以極大地抑制了這次地震誘發(fā)的活動。但是，在震源附近被推斷為左旋斷層的雙葉斷層，估計新增加了0.6 MPa左右的CFS。還有，在系魚川—靜岡構(gòu)造線（系靜線）等中部地區(qū)的北西－南東方向的走滑斷層，也增加了最大約0.05 MPa的CFS。但是，在近畿地方的活斷層，卻只有絕對值不到0.01 MPa的變化量。至于板塊邊界，在房總半島東部近海和關(guān)東正下方增加了零點幾MPa左右，而沿相模海溝稍有減少。從駿河海溝到南海海溝之間，CFS只有不到0.01 MPa的極少增加。一般來說，對地震產(chǎn)生很大影響的ΔCFS的絕對量是0.01 MPa左右。所以，計算得到的應(yīng)力變化分布與在琵琶湖以東觀測到的地震活動度的變化區(qū)域一致。

但是，ΔCFS的符號與地震活動變化不一定一致。我們發(fā)現(xiàn)了主要活斷層的ΔCFS增減與中小地震發(fā)生的增減不一致的情況。特別是在東北內(nèi)陸地區(qū)，逆斷層的CFS減小與地震活動的活躍化相矛盾。這是因為主震前發(fā)生了一些很少的機制解為走滑斷層型、正斷層型地震的緣故[4]。還要特別指出，從宮城縣近海到福島縣近海之間多發(fā)生正斷層型地震，由主震造成主應(yīng)力軸回轉(zhuǎn)現(xiàn)象[5]。特別是在福島縣和茨城縣邊境附近，主震后半年間檢測到了數(shù)千個以上的地震，視為群發(fā)地震活躍，幾乎都是正斷層型的地震[6]。4月11日在巖木市發(fā)生了M 7.0地震，沿著被推斷為活斷層的湯之岳斷層和井戶澤斷層，各自出現(xiàn)了長達約15 km的地表地震斷層（最大上下位移約2 m）（圖3）。這可稱之為特大地震引發(fā)活斷層活動的實例。從同樣為正斷層的井戶澤斷層的ΔCFS分布看出，＋0.5 MPa以上的區(qū)域與宮城縣近海至福島縣近海之間的正斷層型地震多發(fā)區(qū)域相重合（圖4）。

圖3 4月11日巖木市正下方發(fā)生的M7.0地震造成的地表地震斷層。沿井戶澤斷層的正斷層運動造成水田上下約1.5 m的位移

圖4 東北地方太平洋近海地震造成淺部正斷層的庫侖應(yīng)力變化（ΔCFS）。接收斷層的走向132°，傾向50°，傾角82°。計算深度10 km，摩擦系數(shù)0.4。機制解使用的是主震后至8月14日深度在20 km以淺的F－net數(shù)據(jù)

另一方面，在活斷層密集的中部地區(qū)，北西－南東方向的走滑斷層的CFS在這次地震后有所增加（圖2），特別是牛伏寺斷層，據(jù)推斷，其ΔCFS最大。牛伏寺斷層位于系魚川—靜岡構(gòu)造線活斷層系中部，平均活動間隔據(jù)推算約為1 000年，距最后一次活動已經(jīng)歷了約1 200年，其30年地震發(fā)生概率推定為14%[7]。像是應(yīng)力計算結(jié)果的證明一樣，主震后，牛伏寺斷層周邊的微小地震活動馬上增加，6月30日，在此附近發(fā)生了M 5.5災(zāi)害地震。如果采用由摩擦構(gòu)成法和震源核形成理論出發(fā)的應(yīng)力－地震非線性響應(yīng)解析方法[8]，其計算結(jié)果為，CFS增加0.03 MPa，30年地震概率上升至25%；CFS增加0.1 MPa，30年概率增加到47%（圖5）。其他還有阿寺斷層和境峠斷層，它們與牛伏寺斷層一樣，也是30年地震概率隨CFS增加而增大的活斷層。

圖5 受東北地方太平洋近海地震影響的牛伏寺斷層的30年固有地震發(fā)生概率的試算。虛線為沒有發(fā)生該地震的情況（概率密度函數(shù)采用BPT函數(shù)，離散的α設(shè)定為0.24）。考慮應(yīng)力變化的計算方法[8]，摩擦構(gòu)成法參數(shù)ta為余震持續(xù)時間，表示應(yīng)力變化率

主震后，后效滑動沿著板塊邊界仍在繼續(xù)。后效滑動區(qū)達到的范圍，圍繞著震源區(qū)從青森縣東部近海到銚子近海之間的廣大區(qū)域，俯沖方向達100 km以深[9]。與主震同一方向的地形變目前還在繼續(xù)，不光是同震的ΔCFS，還必須考慮后效變化所造成的地震后ΔCFS。但是，即便ΔCFS處于同樣的階躍狀的情況，慢慢變化著的地震響應(yīng)也是不同等的，前者變化的影響要大得多[10]。因此必須注意僅憑單純的ΔCFS增加而無法評價的問題，也不能忽視被誘發(fā)的M6～7地震形成的ΔCFS，今后還必須考慮到區(qū)域性或時間依賴性來進行評價。

P315.72＋7；

A；

10.3969／j.issn.0235－4975.2012.11.001

2012－08－30。