Examination of source fault model for the Gifu-Ichinomiya fault based on seismic intensity data

Abstract

To investigate possible source fault models for the Gifu-Ichinomiya fault, we construct multiple source fault models of the 1891 Nobi earthquake, taking into account several different types of geometry for the GifuIchinomiya fault, and conduct strong ground motion simulations. We choose the most plausible source model by comparing the distribution of simulated seismic intensities with the spatial distribution of a questionnairebased intensity of 7, and with that of the damage ratio of wooden houses in the near-source region. Our results imply that the length of the source fault of the Gifu-Ichinomiya fault is relatively short and the dip angle is 75 degrees to the east. Because a seismic intensity of 7 is considered to arise from site amplification and the short distance from a source fault, we classified the points with a seismic intensity of 7 based on the H/V spectral ratio of microtremors by considering the contributing factors to the generation of a seismic intensity of 7. A linear distribution of the points, which might have relatively lower site amplification factors, in the northeastern part of the Nobi Plain implies that a part of the source fault of the 1891 Nobi earthquake existed in this area, as indicated through strong ground motion simulations.

Focal mechanisms and stress field in the Nobi fault area, central Japan

“…The strike of the Umehara fault in the area of the spatial stress rotation is different from the strike of the other two faults in the central part ruptured by the 1891 Nobi earthquake. Additionally, a buried fault, a reverse fault dipping to the east, located to the southwest of the Umehara fault might have been ruptured by the 1891 Nobi earthquake (Kuriyama et al 2013). Therefore, an alternative hypothesis is that the spatial rotation of the σ 1 -axis is related to the change of strike or/and the rupture of the buried fault.…”

The weakened lower crust beneath the Nobi fault system, Japan: Implications for stress accumulation to the seismogenic zone

“…Surface deformation data derived from leveling and triangulation measurements are the most important constraints on the faulting model for the Nobi earthquake (e.g., Mikumo and Ando, 1976;Nakano et al, 2007;Pollitz and Sacks, 1994;Takano and Kimata, 2013). Although coseismic ruptures along the Nukumi, Neodani, and Umehara faults have been confirmed by the identification of surface ruptures, it remains unclear whether coseismic ruptures propagated along a buried fault (the Gifu-Ichinomiya fault) that extends southward from the junction of the Neodani and Umehara faults (e.g., Fukuyama and Mikumo, 2006;Kuriyama et al, 2013;Nakano et al, 2007;Takano and Kimata, 2013).…”

Re-examination of scaling relationships of source parameters of the inland crustal earthquakes in Japan based on the waveform inversion of strong motion data

“…断層面積(S)と地震モーメント(Mo)の関係において、 M w 5.7～7.2 の範囲で自己相似則(S∝Mo 2/3 )が成り立 つとしている。また、微視的震源パラメータであるアスペリティ領域(Sa)に関しては、震源断層面積(S) に対するその面積比(Sa/S)は 0.22 となることを示している。なお、Somerville et al 1) が収集した地震は、 1995 年兵庫県南部地震と 1978 年 Tabas 地震(イラン)を除くと、ほとんどが米国カリフォルニアの地 震である。 1995 年兵庫県南部地震以降、国内では強震観測網(K-NET, KiK-net 等)が整備され、強震動記録を 用いた震源インバージョン解析による断層面の不均質すべり分布の結果が数多く蓄積されてきた。得 られた不均質すべり分布に対して、一定の規範に基づいて震源パラメータが推定され、それらのパラ メータと地震規模の関係の回帰分析により、震源スケーリング則の評価がなされるようになった。入 倉・三宅 2) は、M W 6.5 以上の地震については地震発生層の厚さ限界に伴う断層幅の飽和によって、自己 相似の関係から乖離して、S ∝ M 0 1/2 の関係になることを示している。さらに田島・他 3) や Murotani et al 4) は海外の内陸地殻内の長大断層による巨大地震の解析結果を収集し、M W 7.4 以上の地震については 断層面上でのすべり量の飽和に伴い S ∝ M 0 1 の関係になることを明らかにした。これらの結果をまと めて、 (i)M W 5～6.5 程度の規模の地震は自己相似(S∝Mo 2/3 )、(ii)M W 6.5～7.4 程度は地震発生層厚内に 基づく断層幅の飽和によって S∝Mo 1/2 (入倉・三宅 2) ) 、(iii)M W 7.4 以上では断層面上でのすべり量の飽 和によって S∝Mo 1 となる「3 stage scaling model」が提唱されている。地震調査研究推進本部 5) (地震 本部)の強震動予測手法では、このような震源スケーリング則(S-Mo)に基づき、断層面積(S)から地 震モーメント(Mo)を設定している(地震本部 5) による強震動予測手法の(ア) ；以後、 「詳細化手法」と 呼ぶ) 。 一方、地震本部における長期評価では、内陸の活断層に発生する地震の規模の推定のため、活断層 の長さ(L)から松田 6) の経験式を用いて気象庁マグニチュード(M J )を評価している。それに武村 7) の M J -Mo の経験的関係式を用いると地震モーメント(Mo)に変換でき、 結果として、 L-Mo の経験的関係式 (地 震本部 5) による強震動予測手法の(イ) ；以後、 「簡便化手法」と呼ぶ)が求められる。後述するように、 M W 6.5 以上の地震を対象に L-Mo の経験的関係式に対して平均的な断層幅を約 18km として設定すると、 入倉・三宅 2) の S-Mo の経験的関係と整合することが確認されている(橋本 8) ) 。同様なスケーリング 則として武村 9) の L-Mo の経験的な関係式がある。彼は 1995 年以前の国内で発生した内陸地殻内地震 (M W 4.1～7.4)を対象にしている。しかしながら、この武村 9) の関係式は、M W 6.5 以上において上記の簡 便化手法である L-Mo の関係式とは一致しない。 松田 6) や武村 9) の関係式は 1995 年兵庫県南部地震を除き、主に 1891～1984 年に発生した内陸地殻内 地震を対象に、地震後の地表地震断層調査結果と主に周期数秒以上の長周期地震動記録のフォーワー ド・モデリング解析結果のデータベースに基づいている。入倉・三宅 2) は 1971～1995 年に発生した内 陸地殻内地震を対象に、周期数秒程度の強震動記録を対象にした Somerville et al 1) の震源インバージョ ン結果のデータベースを主とし、それに加え、2000 年までに発生した国内外の地震の震源インバージ ョン結果もコンパイルしている。なお、入倉・三宅 2) は余震分布、地表地震断層情報、測地学的データ などの種々の文献データをコンパイルした Wells and Coppersmith 10) のデータベース(1857～1993 年)も 用いて M8 クラスまでの内陸地殻地震の震源パラメータのスケーリング則を検討している。 巨視的・微視的震源パラメータのスケーリング則は、用いるデータベースの取得状況(あるいは年 代)や震源インバージョン解析の進展に依存している可能性が考えられる。このため、本研究で得ら れた 1995 年以降の内陸地殻内地震の震源パラメータのスケーリング則と 1995 以前のデータで得られ た経験的関係式 1) をできる限り同一の条件で比較できるように、1995 年以降に国内で発生した内陸地 殻内地震(M W 5.4～6.9)を対象に震源インバージョン結果を収集・整理し、震源断層の巨視的・微視的パ ラメータのスケーリング則の再評価を行う。 2．震源インバージョン結果の収集・整理 本研究で収集・整理した震源インバージョン結果は 1995～2013 年に国内で発生した 18 個(横ずれ 断層：9 個、逆断層：8 個、正断層：1 個)の内陸地殻内地震(M W 5.4～6.9) の強震動記録を用いて解析 されたものである(図 1 参照) 。このため、ここでのスケーリング則の検討は「3 stage scaling model」 の stage1～2 の範囲に相当する。収集した震源インバージョン解析はバンドパス・フィルターされた波 形記録を用い、そのフィルター帯域は長周期側 10～30 秒、短周期側 0.5～1.0 秒程度であり(表 1 11)～31) 参照) 、対象周期帯域は地震毎にあまり変わらない。一方、Somerville et al 1 58) による subevent 1～5)を選択している。1981 年濃尾地震の場合、武村 9) は枝分かれしている潜在断層(岐阜-一宮断層帯)は無視し、主に測地学的データに基づく地表地震断層(温見・根尾谷・梅原断層帯)の 震源パラメータを採用している。一方、新たに発見された波形データを対象にしたフォーワード・シ ミュレーション解析によって、潜在断層(岐阜-一宮断層帯)の必要性が指摘され、震源断層長さは 地表地震断層より長いことが分かってきた(Fukuyama et al 62) )。この潜在断層の必要性は Kuriyama et al 63) による震源近傍域の震度分布を対象にしたフォーワード・シミュレーション評価による震源断層 モデルとも整合的である。また、1995 年兵庫県南部地震(Sekiguchi et al 11) ；図 7 参照)の震源インバ ージョン結果による震源断層長さは 64km であり、武村 9) の 24km に比べて 2 倍以上長く評価されてい る。なお、武村 9) では断層長を求める規範が明確に示されていないため、この違いの理由は必ずしも明 らかではない。 本研究では、震源インバージョン結果から震源断層を抽出する際、Somerville et al 1) の規範に従い、 断層面上の不均質すべり分布から平均すべり量を算出し、その 0.3 倍以下の領域は削除し、最終的に平 均すべり量が 0.3 倍以上のすべりをもつ断層破壊領域を抽出している。ただし、1891 年濃尾地震 (Murotani et al 4) )、1948 年福井地震(菊池・他 56) ) 、1978 年伊豆大島地震(Kikuchi and Sudo 58) )の不均 質すべり分布のデータは入手できなかった。このため、1948 年福井地震については論文中の図から最 終すべり量を読み取り、断層破壊領域の抽出を試みている。また、1891 年濃尾地震と 1978 年伊豆大島 地震は、震源インバージョン解析に設定した断層長さとほぼ同じ震源断層長さを仮定しており、これ は他の地震に比べ若干過大に評価されている可能性はある。しかしながら、上述したように可能な限 り地震動生成に関連する震源断層を抽出するようにしている。図 9 は見直した 6 個の地震の震源断層 長さ(L sub )と地震モーメントの関係を示しており、ほとんどの地震で武村 9) による断層長さに比べて長 くなっている(表 5、表 6 参照) 。これらの震源断層長さ(L sub )は地震本部 5) の簡便化手法のスケーリン グ則とよく一致するとともに、本論文で収集・整理した国内の震源インバージョン結果とも調和的で ある。さらに、同図には Murorani et al 4) で収集・整理されて...…”