近地強震記録を用いた平成28年(2016年)熊本地震(4月16日1時25分、M7.3)の震源インバージョン解析(2016/5/12改訂版)

はじめに

一連の平成28年(2016年)熊本地震のうち、4月16日1時25分の地震(M7.3; 気象庁)について、強震波形記録を用いた震源インバージョン解析を行った。

データ

図1に示す防災科学技術研究所のK-NET観測点13点、KiK-net観測点11点、F-net観測点3点の計27観測点での強震加速度波形記録を積分して得た速度波形を用いた。これらの速度波形に 0.05-1.0Hzのバンドパスフィルタをかけ、5Hzにリサンプリングし、S波到達1秒前から30秒間を切り出し解析データとした。

断層面の設定と断層破壊過程のモデル化

走向方向の長さ56km、傾斜方向の幅24kmを持つ断層面を仮定した。断層面の走向はF-netのモーメントテンソル逆解析の結果から226度とした。断層面の傾斜は地震後の地震活動の分布及び地表地震断層の分布、InSARやGNSSで捉えられた地震前後の静的地表変位を参考に65度とした。より傾斜の 急な断層面に比べて波形の合い具合がよいことも確認している。 破壊開始点は、DD法で再決定された震源位置に基づき、北緯32.7557度、東経130.7616度、深さ13.58kmにおいた。
本解析ではマルチタイムウィンドウ線型波形インバージョン法(Olson and Apsel, 1982; Hartzell and Heaton, 1983)に基づき、断層破壊過程を時空間的に離散化した。 空間的には、断層面を長さ2km、幅2kmの小断層で、走向方向28個、傾斜方向12個に分割した。 時間的には、各小断層でのすべり時間関数を、破壊開始点から一定速度Vftwで広がる同心円が到達した時刻から、0.8秒幅のスムーズドランプ関数を0.4秒ずらして13個並べることにより表現した。これにより、各小断層からの要素波形(グリーン関数)を通じて、断層破壊過程と各観測点での波形は線型の方程式で結び付けられる。
各小断層からの要素波形は、一次元地下構造モデルを仮定し、離散化波数積分法(Bouchon, 1981)と反射・透過係数行列法(Kennett and Kerry, 1979)により点震源の波形を計算 し、小断層内部の破壊伝播の効果を25個の点震源(走向方向、傾斜方向それぞれ5列)を分布させることにより表現した。地下構造モデルは、藤原・他(2009)による三次元地下構造モデルの各観測点直下の情報を用いて観測点ごとに構築した。 KiK-net観測点については速度検層の情報も利用した。

波形インバージョン解析

各小断層の各タイムウィンドウでのすべり量を、観測波形と合成波形の差を最小とするように、最小二乗法を用いて求めた。 不等式拘束条件をつけた最小二乗法(Lawson and Hanson, 1974)を用いて、各小断層でのすべり方向の変化を、F-netメカニズム解のすべり角である-142度の±45度に収めた。また時空間的に近接するすべりを平滑化する拘束条件(Sekiguchi et al., 2000)を付加 した。

結果

図2に推定された最終すべり分布を示す。 図3に観測波形と理論波形の比較を示す。 図4に断層破壊の時間進展過程を示す。 図5に各小断層でのモーメント時間関数を示す。 図6にすべり分布の地表投影を活断層トレースと地震後の地震活動と比較した図を示す。 Vftwは2.8km/s、最大すべり量は4.6m、断層面全体での地震モーメントは5.3×1019Nm(Mw 7.1)である。すべりの大きい領域は震央の北東10 kmから30 km程度の領域に広がり、阿蘇山付近にまで及ぶ。浅い領域のすべりは、地表踏査で確認された地表地震断層と整合的である。また、すべりの大きな領域と地震後の地震活動の領域は相補的である。主たる破壊は地震発生から5-15秒後に生じており、全体の破壊は約20秒で収束する。

注:なお、本解析は今後改訂される可能性がある。
(文責:久保久彦、鈴木亘、青井真(防災科学技術研究所)、関口春子(京都大学防災研究所))

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2016年5月12日改訂

以前の震源モデル(2016年4月17日公開)はこちらです。

fig1

図1:観測点の分布及び断層面の地表投影。星印は破壊開始点を、破線枠は4月14日21時26分の地震(M 6.5)の震源インバージョン解析における断層面を示す。

fig2

図2:断層面上の最終すべり分布。ベクトルは上盤のすべり方向とすべり量を示している。星印は破壊開始点を示す。

fig3

図3:観測波形(黒線)と理論波形(赤線)の比較。波形の右上にそれぞれの最大値を示す。

fig4

図4:破壊の時間進展過程。2.5秒ごとのすべり分布を示す。

fig5

図5:各小断層でのモーメント時間関数。星印は破壊開始点を示す。

fig6

図6:すべり分布の地表投影。星印は破壊開始点を、三角は観測点を、青丸は地震発生後六時間以内の地震活動のHi-net震源位置を、紫線は活断層トレースを示す。 背景の地図は「地理院地図」(国土地理院)(http://maps.gsi.go.jp)をもとに作成。