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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
2011年3月11日14時46分に発生した東北地方太平洋沖地震(東北・関東大震災)は三陸沖〜茨城県沖の延長500km幅200kmに及ぶ太平洋プレート沈み込み境界で連鎖的に破壊が発生した日本の歴史上最大規模M9.0の超巨大地震です。GPS基線長変動では2011年2月19日更新時点のデータで日立基線に2011年1月21日にとらえられた急激な北方への変位を人為的な原因で発生した可能性が高いと判断し、直前前兆として異常を指摘することができませんでした。三陸沖〜茨城県沖のプレート境界での大規模地震の連鎖的発生について昨年2010年7月〜10月時点(※2011年となっていたのを修正しました)で数年以内での発生を予測していただけにあまりにも悔いが大きいです。GPS基線長解析が地震前兆をとらえる有用な手法であることを記録するために、当時栃木県の独り言さんの掲示板で発表した内容を引用します。自前で観測していた地磁気データからの予測については除きました。
(2010.07.16時点)（前略）一方、GPS基線長変動の宮城県南部周辺の明瞭な異常は6月26日までのデータで、再び福島県〜茨城県沿岸までの広域での変動が戻っており、こちらももし地震前兆として発生している変動だとすると、解析に使用している1999年6月以降には例の無い広域かつ長期的な変動になっています。対応する地震として最も可能性の高いのは宮城県沖地震であることには変わりありませんが、岩手県沖南部〜茨城県沖北部までの広域で連鎖的に大規模地震が発生する可能性も否定できません。
(2010.07.30時点)（前略）宮城県〜福島県〜茨城県にかけてGPS基線長の大きな非定常的変動が継続している多くの基線で7月に入って変動傾向が反転しており、この状態が現在も継続しているとするとすでに対応する地震発生のタイミングに入っていると考えられます。今後、1週間程度の間に岩手県南部沖〜茨城県北部沖でM7前後の地震が連鎖的に発生する可能性があり、特に宮城県沖はM7.5を超える可能性があると考えます。
(2010.08.01時点)（前略）GPS基線長変動グラフに見られる、宮城県〜福島県〜茨城県の広域で継続している非定常的変動について、特に変動が顕著な基線についてまとめてみました。最新データは7月10日です。日立放射基線の非定常的変動は2010年1月に始まっており、北側との基線で伸張、南側との基線で短縮の傾向です。4月末〜5月上旬に一時的に反転傾向の変動に変化しましたが、その後元の傾向に戻っていました。しかし、7月に入って再び反転傾向の変動に変化しています。小高放射基線及び牡鹿放射基線の非定常的変動は2010年3月14日の福島県沖M6.7以降に始まっています。小高放射基線で目立つのは小高−米沢基線の伸張傾向の変動と小高−下郷基線の短縮傾向の変動で、特に後者は福島県沖地震による変動傾向とは逆の傾向になっているのが注目されます。また、小高−下郷基線では6月中旬頃から反転傾向の伸張に変化しています。牡鹿放射基線は2008年6月14日の岩手・宮城内陸地震の影響が大きく、短い基線長の基準点を選定しているため非定常的変動は大きくありませんが、基線長の長い宮古放射基線の宮古−牡鹿基線では伸張傾向の直線的な変動が継続しており、それまでの長期的な傾向とは明らかに異なる変動であることが明らかです。また、牡鹿放射基線の牡鹿−気仙沼で7月に入って、牡鹿−皆瀬基線で6月下旬以降伸張傾向の変動が反転して短縮傾向に変化しています。これら全ての地点の非定常的変動を系統的に説明することは困難ですが、宮城県〜福島県〜茨城県の広域に影響を及ぼしているスロースリップに7月に入って変化が生じている可能性が高いと思われます。（後略）
(2010.10.20時点)（前略）GPS基線長変動グラフから、10月2日までのデータで非定常的な変動が長期間継続している２つの地域についてコメントします。
１．宮城県〜茨城県沿岸
2010年3月14日の福島県沖M6.7発生以降にとらえられている宮城県〜茨城県沿岸での牡鹿基準点及び日立基準点付近を中心とした南方への非定常的変動は、大規模地震の短期的前兆である可能性はほぼ無くなったと判断されますが、半年を超える継続期間から変動のトレンドの変化を見ている可能性が指摘されます。過去10年のグラフからは、一連のトレンドが大規模地震に区切られる期間継続し、地震発生後に新たな傾向のトレンドに変化しているのが判ります。今回の3月14日以降の変動がトレンドの変化だとすると、変化の傾きが過去10年にはない大きさであり、次の大規模地震発生までの期間が短いことを示唆しています。過去10年間の例では2年〜3年スパンでした。なお、9月29日の福島県中通りM5.8は、トレンドの変化による応力変動がトリガーになって発生した可能性があります。関連して、震源域をはさむ小高−下郷基線の3月14日以降の変動傾向が他の地域のパターンと逆であったことが注目されます。
２．甲信越
2009年12月中旬に発生した伊豆半島東方沖群発地震以降、神奈川川崎−富士吉田、初島−山梨大月、浜北−韮崎、糸魚川２−塩尻など甲信越と他の地域との基線で非定常的な変動が継続しています。こちらの変動についても継続期間の長さから、大規模地震の短期的前兆ではなく、変動のトレンドの変化である可能性が高いと考えられます。変動のパターンは南関東〜東海地方に対して甲信越側が南方へ移動する傾向ですが、糸魚川２−塩尻基線では2010年1月〜3月に逆の北方への移動傾向が見られます。この期間、塩尻基準点では段階的に機材の交換を行っており、実際は変動初期から南方への移動傾向だった可能性もありますが、真相は不明です。この変動はフィリピン海プレートの富士山より北西側のほとんどプレート沈み込みに伴う地震が発生しない境界での滑りが始まったことを示していると考えられ、その場合、富士山のマグマ活動の活発化に直結する可能性もあり、今後の富士山での低周波地震活動や地殻変動に注目する必要があります。（後略）※甲信越についてのフィリピン海プレートとの関連の解釈は間違いであったと思われます
2010年10月2日時点
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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
2009年8月11日5時7分に発生した駿河湾でのM6.5 D23km(一元化震源)の地震発生2日前から駿河湾西岸の静岡周辺と御前崎周辺の北東−南西方向の基線で、先行すべりと考えられる基線長の短縮がとらえられていることが判りました。基線の方向は、推測される断層の走行に直行しています。下図は「焼津Ａ−御前崎」「静岡清水市２−浜岡２」「静岡３−浜岡１」の3基線について東海スロースリップと2004年紀伊半島沖地震の影響がほぼなくなった2005年1月1日〜地震発生前日の2009年8月10日までの各基線長変動の直線回帰式とのO-Cを平均したグラフです。しかし、実際にGPS座標に2日前から変動が見られるのは、北東から「静岡清水市２」「静岡３」「焼津Ａ」「御前崎」の4基準点のみで、先行すべりの影響を受けた範囲は局地的だったようです。先行すべりと考えられる変動が始まった8月9日は東海道南方沖でM6.8 D333km(一元化震源)の深発地震が発生しており、これがトリガーとなった可能性も考えられますが、私は、8月13日の八丈島東方沖 M6.6 D57km(一元化震源)をふくめ、いずれの場所にも応力的な影響を与えた伊豆・小笠原弧に沈み込む太平洋プレートとウエッジマントル間の非地震性境界広域での定常すべりの加速が発生したのではないかと推測しています。
また、2009年8月11日の駿河湾地震の震源域の応力ポテンシャルを上昇させた可能性のある変動が初島放射基線に5月下旬頃〜地震発生まで記録されています(黄色塗り範囲)。傾向としては「神奈川川崎」「山梨大月」「静岡２」基準点を含むブロックの相対的に南西への変動です。「初島−館山」基線では変動の前半は同様の傾向を示していますが後半で反転、「初島−南伊豆２」基線では短期変動幅が大きくなっています。また、「初島−静岡２」基線では2009年に入って同様の傾向の緩やかな伸張が先行しているように見えます(緑色塗り範囲)。注目されるのは駿河湾地震発生前の8月5日〜9日の箱根山での群発地震で、この活動も駿河湾地震同様に北西−南東方向に活動域が延びています。これも、周辺地域の北東−南西方向の圧縮応力の上昇を示している可能性があります。
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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
2008年6月14日8時43分に発生した岩手・宮城内陸地震M7.2発生前の2008年4月頃より震源域西側に隣接する秋田県南東部でやや活発な群発地震が発生しました。この群発地震震源域の北端に位置する皆瀬GPS基準点には群発地震発生前から周辺のGPS基準点に対して定常的な変動に対して顕著な北方への非定常的変動が記録されていたことが判りました。北側の横手との基線では2007年10月から2008年4月に直線的な短縮変動、南西側の山形新庄との基線では2007年10月から2008年4月に季節変動が伸張変動に重なる状態、南側の鳴子との基線では2003年3月から岩手・宮城内陸地震発生にかけて加速的な伸張変動がとらえられています。ほぼ直交方向でわずかに北側の胆沢と鳥海との基線では弱い短縮傾向に数ヶ月周期の変動が重なる状態になっています。この北方への変動は岩手・宮城内陸地震のコサイスミックな変動とは一致せず、単純な先行すべりでは説明できません。また、2007年新潟県中越沖地震の前兆変動のような既に発生している地震に関連したすべりでもないため、解釈としてはごく地表に近い部分で発生した可能性がありますが、地滑りが発生するような場所ではありません。注目されるのは、鳴子との基線に期間が長く加速度的な変動が記録されていること、さらに横手・鳥海・鳴子との基線には2003年5月26日に発生した宮城県沖地震M7.0及び2005年8月16日に発生した宮城県沖地震M7.2に先行する変動が記録されていること、そして横手・鳥海との基線には両宮城県沖地震の間と2005年宮城県沖地震後に明らかな変動パターンの変化が見られることです。これらは、周辺の応力状態の変化を示す重要な現象であると思われます。下図は、各基線の1999年3月29日〜2003年5月25日までの直線回帰式とのO-Cグラフと秋田県南東部の群発地震活動の震源マップにGPS基準点をプロットしたものと同地震活動のM-T図(マップの青枠範囲)です。
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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
2007年7月16日10時13分に発生した新潟県中越沖地震M6.8のコサイスミックな変動は震源域の南東側の北西側への移動であり、佐渡島−中越地方の基線では顕著な短縮変動となっています。ところが、6月上旬以降に直前前兆と思われる急激な伸張傾向の変動がとらえられていました。これは本震の変動センスとは逆であり、単純な先行すべりでは説明ができません。2004年10月23日に発生した新潟県中越地震M6.8での佐渡島−中越地方基線のコサイスミックな変動は同様の伸張変動でした。さらに、新潟県中越地震の余効変動がほぼ収束した2005年1月頃以降にも、2005年6月〜8月及び2006年6月〜7月にも同様の伸張傾向の変動が記録されており、その変動速度は次第に速くなっていったようにも見えます。
この3回の伸張傾向の変動は、新潟県中越地震の震源域もしくはその深部延長での準静的すべりが発生していた可能性があり、最後の2007年6月以降の変動は新潟県中越沖地震のトリガーとなった可能性が考えられます。下図は両津２-出雲崎・金井-小千谷・小木-柏崎１の3基線について、中越地震発生日から中越沖地震発生前日までの直線回帰式とのO-Cの平均をグラフ化したものです。この間の変動は中越地震発生前の定常的変動より短縮傾向が緩くなっているように見えますが、前述の3回の伸張傾向の期間以外は定常的変動をしていたことがわかりました。また、6月に3回の準静的すべりによると思われる変動が発生した理由は日本海側の積雪・融雪効果が考えられます。
もう一方の2004年10月23日に発生した新潟県中越地震M6.8では直前前兆はとらえられていたのでしょうか？下図は同じ基線での1999年3月22日から中越地震発生前日までの直線回帰式とのO-Cの平均をグラフ化したものです。2004年8月以降に長期的な短縮傾向と異なる、本震の変動センスと同様の伸張傾向の変動がとらえられているように見えますが、この期間は観測ノイズによる短期間変動と8月〜9月をピークとした季節変動が重なっており、実際に先行すべりによる変動があったとしても分離は困難と思われます。ただし、季節変動のピークが過ぎた10月以降も伸張傾向が継続していたことは注目に値すると思います。
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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
現在の観測体制がととのってから初めて発生した巨大地震であった2003年9月26日の十勝沖地震については、傾斜計・伸縮計・歪計などの地殻変動観測記録からは明瞭な前兆はとらえられなかったとされています。しかし、今回GPSの連続記録を解析したところ、明らかに先行すべりによると思われる変動がとらえられていることがわかりました。
手法は、まず震源域に近く地震発生時及び余効変動が最も大きかった北海道南東部の4基線(大樹２-釧路市・広尾-釧路町・帯広-弟子屈・中札内-鶴居)及び本州側と北海道側の変動の差を見るために東北北部−北海道南西部の4基線(六ヶ所-苫小牧・三沢-白老・十和田-北海道森・黒石-八雲)について、まず地震発生前の長期変動をキャンセルするために1998年9月7日から発生前日の2003年9月25日の各基線の直線回帰式を基準にO-Cを求め、次に短期ノイズを除去するために各日の4基線の平均値を算出しました。
画像はそれぞれの基線群のO-C平均値の2003年1年間と2003年9月の1ヶ月間の変化をグラフにしたものです。北海道南東部4基線平均では、前日に-39.2mmという明らかな変化がとらえられています。これは狭義の先行すべりをとらえらものと考えられます。しかし、数日以上のゆるやかな変動は全く読み取れません。これに対して、本州北部−北海道南西部4基線平均では７月頃から緩やかな縮みが始まりノイズの変動幅の中心では発生直前には約-5mmになっています(前日の数値は-3.6mm)これは狭義の先行すべりとは異なる、プレート沈み込みの常時すべり領域と地震性すべり領域の遷移帯で発生したすべりの加速を示唆するものと考えられます。この現象はむしろ巨大地震を引き起こすトリガーとして働いている可能性もあります。
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2003年十勝沖地震の前兆 2008年十勝沖地震の前兆
2008年9月11日9時21分に発生した十勝沖地震M7.1は2003年の十勝沖地震と比較して一桁小さいコサイスミックな変動でしたが、青森県東岸と襟裳岬周辺の限られた基線で8月中旬より前兆変動がとらえられています。下のグラフは三沢-えりも２・十和田-えりも１・六ヶ所-様似の3基線について、2003年十勝沖地震の余効変動がほぼ収束した2005年以降の直線回帰式とのO-Cを平均したものです。7月5日〜10月4日のグラフに引いた緑線はその期間での2次回帰式で、9月上旬から発生直前に一時的な基線長の縮みが起きていたことも判ります。その一時的な縮みを除くと地震発生前後で連続した変動が継続しているように見え、襟裳岬から沖合いでスロースリップが発生している可能性があり、2008年十勝沖地震M7.1はその変動の中で発生した一部のモーメント開放にすぎないのかもしれません。
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