東北日本の前弧域における2011年東北地方太平洋沖地震前後の絶対応力場のモデリング
- Keywords:
- Absolute stress field, 2011 Tohoku earthquake, Megathrust, Arc–trench system, Northeast Japan, Finite-element method
2011年東北地方太平洋沖地震前、東北日本前弧上盤内で発生するプレート内地震のメカニズムは逆断層型主体であったが、東北地方太平洋沖地震後、正断層型主体へと大きく変わった。本研究の目的は、東北日本前弧上盤内の応力場形成メカニズム及びその2011年東北地方太平洋沖地震前後における変化のメカニズムの解明である。それにより、沈み込み帯の応力場形成メカニズムが明らかになる、プレート境界に働く摩擦力の大きさの拘束が出来る等が期待される。そのため、本研究では有限要素法を用いて、東北地方太平洋沖地震前後における東北日本前弧域の絶対応力場のモデリングを行った。モデルでは、地形・重力の効果、プレート境界の摩擦力、プレート定常沈み込み、マントル対流を考慮した。その結果、前弧上盤内浅部は2011年東北地方太平洋沖地震前・後共に、正断層的応力場を示すことが分かった。その正断層応力場は、地形と密度構造に伴い重力が作る引張場及び定常沈み込みが作り出す浅部の曲げ引張応力に起因する事が明らかになった。そして、定常沈み込みが作り出す深部の曲げ圧縮応力及びプレート境界の摩擦力が作る圧縮場が、前弧上盤内のプレート境界付近の逆断層的応力場を作り出す事が分かった。東北日本前弧の地震メカニズムが2011年東北地方太平洋沖地震前後で逆断層主体から正断層主体へと大きく変化した主要因は、地震間はプレート間固着によって逆断層活動が促進され正断層活動が抑制されるが、2011年東北地方太平洋沖地震によって正断層活動が促進され、逆断層活動が抑制されることである。従って、前弧上盤内全体の応力場が逆断層的から正断層的へと逆転する事は必ずしも必要ない事が明らかになった。また、本結果はプレート境界が非常に弱いことを明らかにした。海溝軸から40～160kmの範囲の2011年東北地方太平洋沖地震後の平均摩擦力は、5-15MPa程度であると推定された。この値は、先行研究によるプレートテクトニクスを駆動するために必要なプレート境界の摩擦力の弱さと調和的である。