平成23年東北地方太平洋沖地震については、M9.0 というこれまでに日本国内で観測された最大の地震であり、発生直後には活発な余震活動や余効変動が発生しました。これらにより、地震の震源域に隣接する領域を含めた幅広い陸海域での調査観測や研究を行い、東北地方太平洋沖地震のような巨大な海溝型地震や津波の発生メカニズム等の解明を図り、防災・減災に資する情報収集の必要性が認識されました。この背景から、根室沖から房総沖にかけての海域及びその沿岸を対象として、地震・津波の調査観測を行い、東北地方太平洋沖で今後発生する地震・津波の規模や発生確率等の評価の高度化に資することを目指したプロジェクトが、平成23年度から平成25年度まで実施されました。本プロジェクトは、以下に示すサブテーマ①～④からなっており、海域を中心とした広範囲な領域での地殻構造・海底地形・地殻活動などの現状把握の高度化と過去の地震・津波の規模や活動など、発生履歴の高度化に資することが目的です。調査観測には、東京大学地震研究所、北海道大学、東北大学、千葉大学、海洋研究開発機構、産業技術総合研究所などの多数の大学・研究機関が参加しました。

①海底自然地震観測等
　東北地方太平洋沖地震の震源域及びそれに隣接する海域において、自然地震観測を計画しました。得られたデータにより、震源域及び隣接域内やその深部、さらには海溝外側の地殻活動や地殻構造を把握することが目的です。
②地殻構造調査等
　津波波源域とその周辺の地下構造を求め、断層分布などを明らかにすることが目的です。また、海陸統合地殻構造探査や地形地質調査により、プレートや地殻内の断層形状、過去の地質形成履歴を明らかにすることも目的です。
③海底堆積物調査等
　震源域付近において、海底堆積物の採取を計画しました。陸域調査では得られない震源域での過去の地震の発生履歴や震源域の拡がりを明らかにすることが目的です。また、沿岸における歴史時代の地震や津波の履歴に関する古文書や古絵図等を収集して発生場所や時期、規模、被害状況等の把握も計画しました。
④海底地形調査等
　海底において、変動地形（断層が動いた跡）や地殻構造を明らかにするとともに、東北地方太平洋沖地震で発生したと考えられる海底の地すべりの分布等を推定するための海底地形調査を計画しました。

　本プロジェクトは比較的短期間の調査観測プロジェクトでしたが、多くの成果が得られました。サブテーマ毎に得られた成果を以下にまとめます。

①海底自然地震観測等
　東北地方太平洋沖地震発生直後から、海底余震観測が実施されていました。本プロジェクトでは、その観測を引き継ぐ形で、房総沖及び福島沖で、2回の長期海底地震観測を実施しました。その結果、海溝軸付近や海溝軸外側の浅部で地震が発生していること（図1）や、地震活動度や地震発生場所に時間変化があることがわかりました。また、震源近傍である宮城沖で、海底圧力計による海底地殻変動観測を行い、海底は本震後から、余効変動による沈降が進行しているが、その大きさは本震発生からの時間経過とともに急速に小さくなっていることが明らかになりました。

図1　海底地震観測から求めた宮城県沖から房総半島沖にかけての余震の震源分布。
房総半島沖から福島沖の領域においての845個の精度の良い震源分布を得ることができました。

②地殻構造調査等
　震源域である福島県沖の海域から福島県において、海陸統合屈折法及び反射法地震探査を実施しました。また、宮城県沖などの波源域で、海溝軸付近の変形構造を明らかにするため、稠密で高解像度な反射法地震探査も実施しました。これらの調査により、陸域や津波波源域での断層分布等が明らかとなりました（図２）。また、三陸海岸において変動地形学的・地震地質学的調査観測を行いました。そこで得られた隆起・沈降の傾向は、日本海溝における巨大地震サイクルに関係していると推定されました。東北地方を横切る２つの測線でGPS連続観測を実施し、太平洋沿岸域及び奥羽脊梁山脈では収縮傾向であることに対して、それ以外では膨張傾向にあることがわかりました。

図2　海陸統合構造調査の一環として得られた相馬-米沢測線下の反射法地震探査断面。
活断層の深部形状が明らかになりました（下図）。
双葉断層を横切る区間で高分解能探査を実施した結果、
より詳細な断層構造が明らかになりました（上図）。

③海底堆積物調査等
　三陸沖から採取された海底堆積物の解析を行い、地震性堆積層が100～500年の間隔で存在している可能性が高いことがわかりました（図３）。特に、宮城県沖では岩手県沖よりも地震性堆積層の堆積頻度が高く、堆積間隔も短いことが明らかになりました。また、海底堆積物から過去の海底地すべりや、変形した地層が見いだされました。これらは、過去の大地震の履歴を考える上において、重要な情報です。沿岸域では、青森県や北海道において、津波堆積物調査を実施しました。北海道東部では、2,500年前から350年前の間には、大規模な津波が４回発生した可能性が指摘されました。東北地方太平洋沖地震の震源域において過去に発生したと考えられる地震の古い記録を収集して、発生様式の再検討が必要なことがわかりました。

図3　日本海溝底から採取された海底堆積物中に認められる石灰質微化石を含む海底乱泥流（左）と
海底堆積物中に認められる火山灰層（右）。

④海底地形調査等
　これまでの海底地形調査により得られているデータを用いて、東北地方太平洋沖地震本震の震央付近において詳細な海底地形図が作成され、変動地形・構造地質学的な解析を行いました。この解析により、地震前後において、海溝軸付近で明瞭な地形変化が検出されました。また、曳航体等を用いた高精度の地下構造イメージングを行い、堆積物採取と対比可能な地下構造データを作成しました。

　これらの調査観測は、現状評価及び過去の発生履歴の高度化を図るために、有益なデータを提供したことのみならず、本プロジェクトにより確立された調査手法は、現状評価の高度化及び地震津波の発生履歴の高精度化に寄与することがわかりました。今後は、得られたデータのより高度な解析を行い、さらなる知見を得るとともに、本研究で確立された調査手法をさらに高度化することが期待されます。

篠原　雅尚（しのはら・まさなお）

東京大学地震研究所　教授。
1986年九州大学理学部卒業、1991年千葉大学自然科学研究科修了。学術博士。東京大学海洋研究所助手などを経て、2010年より現職。専門は、海底観測地震学、海底観測機器開発。