近地強震記録を用いた平成30年北海道胆振東部地震で発生した地震の震源インバージョン解析

はじめに

2018年9月6日3時8分に発生した平成30年北海道胆振東部地震(Mj6.7; 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4点、KiK-net地中観測点14点の計18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とF-netの2観測点での強震速度波形記録を用いた。 これらの速度波形に0.05-0.5Hz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25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

地震後の余震活動分布およびF-netのモーメントテンソル逆解析の結果を参考に、上端長さ約22km、幅20km、傾斜65度の曲面断層面を仮定した。 図2に仮定した曲面断層面モデルを示す。 破壊開始点は、気象庁震源に基づき、北緯42.6908度、東経142.0067度、深さ37.04km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、断層面を長さ最大2km、幅2kmの小断層で、走向方向15個、傾斜方向10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8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107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。平滑化の強さはABIC(Akaike, 1980)を基準に決定し、Vftwは残差を最小とするものを選んだ。

結果

図3にすべり分布の地表投影を、 図4にすべり分布の平面投影を示す。 図5に断層破壊の時間進展過程を示す。 図6に各小断層でのすべり速度時間関数を示す。 図7に観測波形と理論波形の比較を示す。 最大すべり量は3.8m、断層面全体での地震モーメントは2.5×1019Nm(Mw 6.9)である。 Vftwは波形の合い具合から1.4km/sとした。 大きなすべりが震源からup-dip方向の深さ25-30kmの領域において見られる。 この大きなすべりの領域は、破壊開始6-12秒後において、up-dip方向へ進展した主たる断層破壊によって生じた。

*本研究の詳細はKubo et al. (2020)をご参照ください。
(文責:久保久彦、岩城麻子、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))

2019年9月18日にEarth, Planets and Spaceから公表されたKubo et al. (2019a)において、断層面の破壊開始点位置に誤りがあることが論文公表後に判明したため、2019年12月23日に撤回しました(Kubo et al. 2019b)。その後訂正した解析結果でEarth, Planets and Spaceに再度投稿し、2020年2月18日にKubo et al. (2020)が公表されました。以前の結果を参照されている場合は、お手数ですが、Kubo et al. (2020)を改めてご参照ください。

2019年10月11日公開

2020年2月21日一部記述変更

fig1

図1:観測点分布。星印は破壊開始点を示す。

fig2

図2: (a)曲面断層面モデルの地表投影。星印は破壊開始点を示す。 丸印は本震発生後一日間の余震(M1以上)の分布を示しており、丸の色は余震の深さを表現している。 (b)曲面断層面モデルの走向角度の分布。

fig3

図3:すべり分布の地表投影。星印は破壊開始点を、灰色丸は本震発生後一日間の地震活動を示す。

fig4

図4:すべり分布の平面投影。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。

fig5

図5:破壊の時間進展過程。2秒ごとのすべり分布を示す。

fig6

図6:各小断層でのすべり速度時間関数。星印は破壊開始点を示す。

fig7

図7: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。