海底下の巨大断層の電磁イメージング

• 海底下の北アナトリア断層の比抵抗構造を電磁探査によって調査
• 解析した比抵抗構造から流体に富む領域と、欠乏した固着域の分布を解明
• 将来、巨大地震が発生しうる位置と規模の推定に活用でき、防災に大きく貢献

東京科学大学（Science Tokyo） 総合研究院 多元レジリエンス研究センターの小川康雄研究員（東京科学大学名誉教授・東北大学理学研究科客員研究者）、トルコ国ボアジチ大学のテュライ・カヤ・エケン助教らの研究チームは、マグネトテルリック法電磁探査^[用語1]によって、トルコ国マルマラ海海底下にある北アナトリア断層の3次元比抵抗^[用語2]構造のイメージングに成功しました。

北アナトリア断層は、全長約1,500 kmの巨大断層で、1939年のエルジンジャン地震以後、東から西に向かって震源が移動しながら巨大地震が発生したことが認められています。大都市イスタンブール南方のマルマラ海において、次の大地震が発生するのではないかと推定されていますが、海底下の断層の構造や地震の規模が不明でした。本研究では、電磁探査の結果をもとに、流体に富んで変形の進む領域と、流体が欠乏した固着域の分布を解明しました。これにより、発生しうる巨大地震の位置と規模を推定することができました。

本成果は、12月8日付（米国東部時間）の「Geology」誌に掲載されました。

北アナトリア断層は、トルコ国を東西に横断する全長約1,500 kmの右横ずれ断層で、1939年のエルジンジャン地震以後、震源を東から西に移しつつマグニチュード7クラスの巨大地震の発生源となってきました。最後の地震はコジャエリ（イズミット）地震（マグニチュード7.6）であり、1999年に発生しました。次に発生する地震は、このコジャエリ地震のさらに西側のマルマラ海付近で発生すると予想されていますが、断層が海底下であるために、断層構造に関する研究が困難でした。

本研究では、図1のように、マルマラ海海底およびその周辺の陸上において電磁気観測を実施し、断層周辺の3次元比抵抗構造を解明することに成功しました。図2（a）は深度5 km、10 km、20 km、40 kmにおける比抵抗分布を示しています。また、図2（b, c）は、中央部の東西断面と南北断面を示しています。比抵抗は地殻中の流体の分布を反映するので、“比抵抗が低い部分は流体に富み力学的に弱い変形域”、“比抵抗が高い部分は流体に乏しい固着域”と推定されました。これによって、巨大地震を発生しうる固着域の位置を推定することが可能となりました。

日本や海外において懸念されている巨大地震の位置や規模の推定につながります。

今後、3次元海底電磁探査がさらに広く用いられ、日本を始めとする沈み込み帯の固着域の研究に活用されることを期待しています。

本研究は、科研費「北アナトリア断層西部地震空白域における比抵抗不均質構造と断層活動に関する研究」（課題番号：19253002）、JST地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム「マルマラ海域の地震・津波災害軽減とトルコの防災教育」の支援により実施されました。

[参考文献1]

Tank, S. B., Y. Honkura, Y. Ogawa, M. Matsushima, N. Oshiman, M. K. Tunçer, C. Çelik, E. Tolak, and A. M. Işıkara, Magnetotelluric imaging of the fault rupture area of the 1999 Izmit (Turkey) earthquake, Phys. Earth Planet. Inter., 150, 213-225, DOI：10.1016/j.pepi.2004.08.033, 2005.

[参考文献2]

Kaya, T., T. Kasaya, S. B. Tank, Y. Ogawa, M. K. Tunçer, N. Oshiman, Y. Honkura, and M. Matsushima, Electrical characterization of the North Anatolian Fault Zone underneath the Marmara Sea, Turkey by ocean bottom magnetotellurics, Geophys. J. Int., 193, 664-677, DOI：10.1093/gji/ggt025, 2013.

[参考文献3]

Usui, Y., T. Kasaya, Y. Ogawa, and H. Iwamoto, Marine magnetotelluric inversion with an unstructured tetrahedral mesh, Geophys. J. Int., 214, 952–974, DOI：10.1093/gji/ggy171, 2018.

[用語1]

マグネトテルリック法電磁探査：地磁気嵐や雷放電による自然界の電磁場変動を信号源として、それが大地に誘導する電磁場を地表や海底で計測することによって、地下の比抵抗構造を推定する探査技術。

[用語2]

比抵抗：単位面積・単位長さあたり、電気の流れにくさの程度を示す物理量。

掲載誌：

Geology

タイトル：

3-D electromagnetic imaging of highly deformed fluid-rich weak zones and locked section of the North Anatolian fault beneath the Marmara Sea

著者：

Tülay Kaya-Eken, Yasuo Ogawa, Yoshiya Usui, Takafumi Kasaya, M. Kemal Tunçer, Yoshimori Honkura, Naoto Oshiman, Masaki Matsushima, Weerachai Siripunvaraporn

DOI：

10.1130/G52995.1

• プレスリリース 海底下の巨大断層の電磁イメージング—トルコ国マルマラ海海底下の北アナトリア断層の構造を解明—（PDF）
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