Deep Investigations of Outer-Rise Tsunami Characteristics Using Well-Mapped Normal Faults Along the Japan Trench

To assess the risk of tsunamis from outer-rise earthquakes, we carried out tsunami simulations using 33 simple rectangular fault models with 60° dip angles based on marine seismic observations and surveys of the Japan Trench. The largest tsunami resulting from these models, produced by a Mw 8.7 normal-faulting event on a fault 332 km long, had a maximum height of 27.0 m. We tested variations of the predictions due to the uncertainties in the assumed parameters. Because the actual dip angles of the Japan Trench outer-rise faults range from 45° to 75°, we calculated tsunamis from earthquakes on fault models with 45°, 60°, and 75° dip angles. We also tested a compound fault model with 75° dip in the upper half and 45° dip in the lower half. Rake angles were varied by ±15°. We also tested models consisting of small subfaults with dimensions of about 60 km, models using other earthquake scaling laws, models with heterogeneous slips, and models incorporating dispersive tsunami effects. Predicted tsunami heights changed by 10–15% for heterogeneous slips, up to 10% for varying dip angles, about 5–10% from considering tsunami dispersion, about 2% from varying rake angles, and about 1% from using the model with small subfaults. The use of different earthquake scaling laws changed predicted tsunami heights by about 50% on average for the 33 fault models. We emphasize that the earthquake scaling law used in tsunami predictions for outer-rise earthquakes should be chosen with great care

南海トラフ沿いの地震活動

Occurrences of large earthquakes with estimated magnitudes as large as 8 along the Nankai Trough have been well documented in historical materials, and the oldest documented earthquake dates back to A.D. 684. The recurrence periods are fairly constant, and are approximately 200 years for the earthquakes occurring before 1361, and about 100 years for those after 1361. However, the number of smaller earthquakes observed by the on-land seismic stations is very small. Both seismic and tectonic couplings along the interface between the overriding and subducting plates are estimated to be nearly 100% from seismic and geodetic data. Therefore, it has been considered that relatively simple physics govern the generation of the historical large earthquakes along the Nankai Trough. With the availability of abundant information on large earthquakes and modern data sets from dense seismic and geodetic networks, the Nankai Trough is one of the best-studied seismogenic zones. Although improvements have been seen in estimating the fault-plane parameters for the historical earthquakes, there still remain important unanswered questions, such as if there have been unidentified earthquakes that fill in the 200-year recurrence period. Estimates of precise fault-plane parameters are being demanded to have a better understanding of earthquake generation. One of the most important topics is where the updip limit of the seismogenic zone is located. The location had not been resolved by on-land seismic observations. Seismic observations using ocean bottom seismometers have recently been conducted in both western and eastern regions along the Nankai Trough. The observations in the western region confirm that the updip limit coincides well with both the updip limit of the estimated fault plane for the 1946 Nankaido earthquake and the estimated 150℃ isotherm along the interplate interface. Earthquake activitiy has been proved to be very low in both regions

Geometry of the Philippine Sea plate subducting beneath the westernmost Nankai Trough

SSS035-06発表要旨 / 日本地球惑星科学連合2011年大会（2011年5月22日～5月27日, 幕張メッセ国際会議場） / 日本惑星科学連合の許諾に基づき本文ファイルを掲

構造研究に基づく南海トラフ（西部）地震発生帯のプレート形状および速度構造の3次元モデル

Great interplate earthquakes have repeatedly occurred in pairs along the Nankai Trough. In order to reduce a great deal of damage to coastal area from both strong ground motion and tsunami generation, it is necessary to understand rupture synchronization and segmentation of the Nankai megathrust earthquake. For a precise estimate of the rupture zone of the Nankai megathrust event based on the knowledge of realistic earthquake cycles and variations of magnitude, it is important to know the geometry and property of the plate boundary of the subduction seismogenic zone. To improve a physical model of the Nankai Trough seismogenic zone, the large-scale high-resolution wide-angle and reflection (MCS) seismic studies, and long-term observation have been conducted since 2008. Marine active source seismic data have been acquired along grid two-dimensional profiles having the total length of ~800km per year. A three-dimensional seismic tomography using active and passive seismic data observed both land and ocean bottom stations have been also performed. This study is part of 'Research concerning Interaction Between the Tokai, Tonankai and Nankai Earthquakes' funded by Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. The seismic survey was conducted off the Tokai area including the onshore survey across the eastern Kii Peninsula in 2012, the final year of this project. Compiling those studies provides a three-dimensional plate geometry and velocity structure models of the western Nankai Trough at the moment. Although their reliability and resolution should be evaluated, these models can be applied to a numerical simulation to examine if the observed rupture zone of the historical event can be reproduced. We will also try to construct more fine-scale model for the entire Nankai Trough area.SSS31-P15ポスター要旨 / 日本地球惑星科学連合2013年大会（2013年5月19日～5月24日, 幕張メッセ国際会議場） / 日本惑星科学連合の許諾に基づき本文ファイルを掲載http://www.godac.jamstec.go.jp/darwin/cruise/kairei/kr10-11/ehttp://www.godac.jamstec.go.jp/darwin/cruise/kairei/kr11-09/

構造研究に基づく南海トラフ地震発生帯の３次元速度構造モデル

Coseismic rupture area of the great interplate earthquake concerned about its occurrence along the Nankai Trough presumed by government of Japan is now wider to the west, north and south than the former assumption. Although the new estimation is based on seafloor topography, source area of the past largest megathrust event, present seismic activity and so on, structural information has not always been enough reflected yet. In order to estimate precise coseismic rupture area of the Nankai megathrust earthquake, it is necessary to improve a physical model of the Nankai Trough seismogenic zone based on the geometry of the subducting plate and velocity structure model. Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology had conducted the large-scale high-resolution wide-angle and reflection seismic survey and long-term observation from off Kyushu to Tokai between 2008 and 2012. Layered velocity structure models are now obtained along grid two-dimensional seismic profiles from the Hyuga-nada to the Kii channel area. A three-dimensional seismic tomography using active and passive seismic data observed both land and ocean bottom stations had been also performed for the western Nankai Trough. In this study, we constructed a three-dimensional velocity model of the Nankai Trough with the procedure as follows; 1) Sampling the velocity structural information along each seismic profile with interval of ~1km in horizontal, and ~100m in vertical directions 2) Preparing the geometry model of each interface included in layered models, e.g., basement, plate boundary, Moho, etc. 3) Setting minimum and maximum velocities of each layer based on the velocity models along two-dimensional seismic profiles 4) Interpolating sampled velocity information considering layered structure (Landmark DecisionSpaceDesktop is used for constructing 3-D modeling) Previously published layered models are also used to make up for insufficient structural information for the eastern Nankai Trough. Reliability of the three-dimensional model was confirmed by comparing calculated travel-times with observed travel-times along each seismic profile. We will also try to evaluate the reliability of the model by comparing the hypocenter distribution using three-dimensional velocity model obtained in this study with that determined by three-dimensional seismic tomography using active and passive source data. We will plan to revise our 3D model with additional structural information and construct more precise and detailed model for the entire Nankai Trough area so that the model can be applied to more realistic numerical simulation. This study is part of 'Research concerning Interaction Between the Tokai, Tonankai and Nankai Earthquakes (FY2008-2012)' funded by Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan.SSS30-P16ポスター要旨 / 日本地球惑星科学連合2014年大会（2014年4月28日～5月2日, パシフィコ横浜） / 日本惑星科学連合の許諾に基づき本文ファイルを掲

Development of a Super-deep-sea Self Pop-up Ocean Bottom Seismometer using a Ceramic Pressure-tight Housing

We have developed a Super-deep-sea self-popup Ocean Bottom Seismometer (SDOBS) that can be deployed to the ocean floor up to 9,000 m depth. Because the maximum applicable water depth of a conventional self-popup Ocean Bottom Seismometers (OBS) is 6,000 m, some areas have remained inaccessible to seismic surveys, such as the deep part of Japan Trench, where the Great East Japan Earthquake occurred in 2011. Using a ceramic pressure-tight sphere, we were able to develop a SDOBS that has almost identical size, weight, and buoyancy to those of a conventional self-popup OBS using a glass sphere. Regarding the acoustic transponder, which is a key device for the development of SDOBSes. We heighten the transmitting acoustic level of an existing acoustic transponder to raise the positioning accuracy. Detailed results of sea tests conducted to evaluate the acoustic transponder performance are described herein. We used the same built-in seismometers, recorders, batteries, and other equipment as those used for conventional OBSes. We also report that by improving the test procedures, we were able to heighten the measurement accuracy of the uniaxial compressive strength of ceramics, which are important parameters to determine the applicable hydraulic pressure. We have developed seven SDOBSes to date, and have deployed 18 SDOBSes cumulatively for seismic surveys in the Japan Trench and Ryukyu Trench

Construction of the three-dimensional velocity model for Nankai Trough seismogenic zone

南海トラフで繰り返し発生する巨大地震の中には東海・東南海・南海地震が連動して発生する超巨大地震のケースがあることが指摘されている。このような超巨大地震について、どのような場合に連動し、あるいは非連動性巨大地震となるのかを明らかにすることが地震の予測や災害に備えるためには必要である。南海トラフ域の巨大地震の滑り域の範囲を正確に見積もることが重要な課題であり、滑り域の範囲や連動／非連動を規定する構造的特徴を抽出するため、東海沖から日向灘を含んだ南海トラフ地震発生帯全域において反射法・屈折法地震探査および長期自然地震観測データによる構造研究を実施し、南海トラフ地震発生帯のプレート形状、およびプレート境界物性を把握し、これにより、連動型巨大地震発生評価のため地震発生帯の物理モデルの高度化を図ることを目指してきた。 2008年に日向灘から調査を開始し、毎年調査海域を東方移動させ、2012年には東海まで実施してきた（図1）。これまでの調査では毎年総距離が約800kmの探査測線上に設置した海底地震計(OBS)150?200台による制御震源であるチューンドエアガン(7800cu.in.)の発振の記録、3ヶ月程度の自然地震観測、四国沖から紀伊半島沖では長期観測用OBS15?20台による9ヶ月程度の自然地震観測をすることによりデータを取得した。なお、本調査は文部科学省からの受託研究「東海・東南海・南海地震の連動性評価のための 調査観測・研究」の個別研究テーマ「南海トラフ域海域地震探査・地震観測」(平成20年度?24年度)の一環として実施した。 これまでの構造解析の結果と既存の構造モデルに基づき、地震発生帯の物理モデルを高度化するため、日向灘から東海沖までの３次元プレート形状モデルを構築した（仲西他、2013年連合大会）。また、日向灘から紀伊半島沖については、自然地震を用いた３次元深部構造解析の結果（15kmグリッド）、および制御震源地震探査測線に沿った２次元構造解析の結果（現状で水平方向1?2.5kmサンプル、鉛直方向100m~250mサンプルのデータ）を統合し、プレート境界面をはじめとするその他の速度境界面を含む３次元速度構造モデルの構築に取り組んでおり、本発表ではモデル構築の現状を報告する。P1-33ポスター要旨, 日本地震学会2013年度秋季大会（2013年10月7日～9日, 神奈川県横浜市

南海トラフ地震発生帯のプレート形状および速度構造の3次元モデル : 地震発生帯地下構造モデルの高度化に向けて

南海トラフで繰り返し発生する巨大地震の中には、東海・東南海・南海地震が連動して発生する超巨大地震のケースがあることが指摘されている。このような超巨大地震について、どのような場合に連動あるいは非連動性の巨大地震となるのかを明らかにすることが必要である。本研究では、東海沖から日向灘を含んだ南海トラフ地震発生帯全域において、反射法・屈折法地震探査および長期自然地震観測データによる構造研究を行い、南海トラフ地震発生帯のプレート形状、およびプレート境界物性を把握し、これにより、連動型巨大地震発生評価のため地震発生帯の物理モデルの高度化を図ることがねらいである。 　平成21年度に日向灘から調査を開始し、毎年調査海域を東方へ移動させ、平成24年度の東海沖まで実施してきた。これまでの調査では、毎年総距離が約800kmの探査測線上に設置した海底地震計(OBS)150~200台により、制御震源であるエアガンの発振の記録、3ヶ月程度の自然地震観測、および長期観測用OBS15~20台による9ヶ月程度の自然地震観測をすることによりデータを取得した。 　これまでの構造解析の結果から、日向灘から四国沖にかけてのフィリピン海プレートの形状が空間的に詳細に把握できた。沈み込むフィリピン海プレートは、東の南海トラフ側の通常の海洋地殻から、薄い海洋性地殻の「遷移帯」を経て九州パラオ海嶺の厚い地殻へと変化している。遷移帯の西端が1968年の日向灘地震（Mw7.5）の滑り域南西縁と一致していることが特徴的である。さらに、日向灘における短波長速度不均質が強い領域は、構造解析から推定された沈み込んだ九州パラオ海嶺が存在する領域と概ね一致し、海嶺の構造を反映していると考えられる． 日向灘から四国沖にかけての上盤プレート内部では、古い付加体の海側への広がりが空間的に変化している。昭和南海地震の滑り量が大きかった領域と1968年の日向灘地震の地震時滑り域とされる領域では、古い付加体の中でも下部の6km/s以上の高速度域が認められる。南海トラフ域の古い付加体は概ね5km/s以上の速度を持ち、古い付加体の海側の端と沈み込むプレートの接点は、紀伊半島沖から四国室戸沖までは、昭和南海、東南海地震の滑り域上限とほぼ一致することが既存研究で報告されていた。しかし、足摺岬沖から日向灘については、その関係があてはまらないことが本研究で明確となった。一方で、古い付加体の下部の6km/s以上の部分の海側の端と沈み込むプレート境界の接合部が、昭和南海地震、1968年の日向灘地震の滑り域の上限とほぼ一致する結果が得られた。 　さらに、深部低周波地震・微動の空白域となっている紀伊水道周辺の構造探査データ解析の結果、島弧地殻最下面に相当する反射面が周辺よりも有意に浅く、また海側まで張り出して存在している可能性が示された。これは、南海・東南海地震震源域境界に関わる急激な変化が沈み込むプレート形状の変化だけではなく、上盤プレート内部でも存在することを示唆しており、深部低周波地震・微動の空白域となっていることとも関連があると考えられる。 　以上の成果に基づき、地震発生帯の物理モデルを高度化するため、南海トラフ地震発生帯の３次元的なプレート形状および速度モデルの構築と可視化を試み、これまでに日向灘から紀伊水道沖までの一部の構造情報を用いたプレート形状モデルを構築した。深部低周波地震はプレート上面付近で発生している様子も確認できる。今後もモデル領域を拡張し、既存のモデルとの統合などにより、シミュレーション研究での実用化を目指す。 　なお、本研究は文部科学省からの受託研究「東海・東南海・南海地震の連動性評価のための 調査観測・研究」の個別研究テーマ「南海トラフ域海域地震探査・地震観測」（平成20年度から受託）の一環として実施した。BE13-06講演要旨 / ブルーアース2013（2013年3月14日～15日, 東京海洋大学品川キャンパス

構造研究に基づく南海トラフ域の3次元速度構造モデル

昨年、内閣府より発表された南海トラフで発生が懸念される巨大地震の新たな想定震源断層域は、地形の変化、既往の最大地震の震源域、現在の地震活動などを考慮し、以前に想定されていた領域より東西にも南北にも拡大されている。しかし、構造研究の成果は、新たな想定震源断層域の確たる根拠として反映されるほど南海トラフ全域において、十分に実施されているとは言えない。南海トラフの巨大地震の震源断層域を正確に見積もることは、地震の予測や災害に備えるために必要である。海洋研究開発機構では、震源断層域を規定する構造的な特徴を抽出するために、東海沖から日向灘を含んだ南海トラフ地震発生帯全域において反射法・屈折法地震探査および長期自然地震観測データによる構造研究を実施し、南海トラフ地震発生帯のプレート形状、およびプレート境界物性を把握し、これにより、連動型巨大地震発生評価のため地震発生帯の物理モデルの高度化を図ることを目指してきた。 平成21年度に日向灘から調査を開始し、毎年調査海域を東方へ移動させ、2012年には東海まで実施してきた（図1）。これまでの調査では毎年総距離が約800kmの探査測線上に設置した海底地震計(OBS)150?200台による制御震源であるチューンドエアガン(7800cu.in.)の発振の記録、3ヶ月程度の自然地震観測、四国沖から紀伊半島沖では長期観測用OBS15?20台による9ヶ月程度の自然地震観測をすることによりデータを取得した。なお、本調査は文部科学省からの受託研究「東海・東南海・南海地震の連動性評価のための 調査観測・研究」の個別研究テーマ「南海トラフ域海域地震探査・地震観測」(平成20年度?24年度)の一環として実施した。 これまでの構造解析の結果と既存の構造モデルに基づき、地震発生帯の物理モデルを高度化するため、日向灘から東海沖までの３次元プレート形状モデルを構築した。また、日向灘から紀伊半島沖については、自然地震を用いた３次元深部構造解析の結果（15kmグリッド）、および制御震源地震探査測線に沿った２次元構造解析の結果（現状で水平方向1?2.5kmサンプル、鉛直方向100m~250mサンプルのデータ）を統合し、プレート境界面をはじめとするその他の速度境界面を含む３次元速度構造モデルを構築し、3次元的な可視化を試みた（図2）。今後、紀伊半島から東海沖にかけての地震探査測線の２次元構造解析結果も考慮したプレート形状モデル、3次元速度構造モデルに更新していくとともに、シミュレーション研究での実用化を進める。BE14-P59ポスター要旨 / ブルーアース2014（2014年2月19日～20日, 東京海洋大学品川キャンパス