[背景]
気象庁の有感地震全データを東経北緯を0.1度単位深さを1km単位のグリッドに分けた場合、M7以上の震源、かつ段数2段目あるいは3段目以上のグリッド震源は12震源しか存在せず、12の特異震源と呼んでいる。その中の発生順で5番目の浦河沖地震の震源#SP12-5と同一経度・緯度で深さ違いでM4.5以上の震源を取り出して解析を行い、その特性を見出そうとするものである。
[データ範囲と震源データ(M4.5以上)]
気象庁データ(1919/01-2026/01)における浦河沖の全震源を含む矩形エリアから同一経度・緯度で深さ違いでM4.5以上のデータを抽出。##1~##16の16震源データを得て、これらを対象に解析を行う。このうちの##9が特異震源#SP12-5 (UR6-9)の2段目初期値M7.1となっている。
[M4.5以上の震源推移]
下の図1に示すように##1~##5で右手周り、一旦、向きが変わって##5~##7で右手周り、今度は回転方向が変わって##7~##10で左手周り。#10~##12では右手周りに戻り、##12~##14で反転の左手周り、向きが変わって##14~##16で左手周り。少なくとも3回は同じ向きで曲がっており、ランダムではないと見える。##9が深さ40km、M7.1の12の特異震源の一つ。
[M4.5以上の震源間相関直線と幾何的中心]
図2として、図1に直線上に震源群を結ぶ11本の相関線を追記した(L1 ~ L11)。ただし、L10/L11は複数の震源群を含むそれぞれ緯度/経度一定の直線。
11本の相関式と相関係数は以下の通り。
L1 y = -1.2101x + 214.67 R² = 0.9999 (##1/##10/##15)
L2 y = 1.0251x - 104.07 R² = 0.9994 (##2/##3/##4)
L3 y = 1.1408x - 120.58 R² = 0.9964 (##2/##5/##12)
L4 y = -0.6163x + 129.93 R² = 0.9999 (##3/##5/##8)
L5 y = -0.1675x + 65.956 R² = 0.9949 (##3/##9/##15)
L6 y = -0.9313x + 174.87 R² = 1 (##4/##9/##16)
L7 y = 0.7859x - 69.975 R² = 0.9962 (##5/##6/##12)
L8 y = 1.0064x - 101.41 R² = 0.9996 (##5/##11/##12)
L9 y = 0.0869x + 29.664 R² = 0.9969 (##12/##14/##15)
L10 y = 42.05 (##7/##8/##12/##13)
L11 x=142.5833 (##7/##10/##14)
(L10/L11を除く)これら9本の相関式の傾きと切片の相関式から得られるメタ相関式 y = -142.59x + 42.082の傾きと切片から震源群の幾何的中心の座標GC(142.59, 42.082)が得られる。一方、時系列に連続した2つの震源を結ぶ15本の線分群(実際には##8/##9が同一東経のために除いた14本)から得られる幾何的中心をGC(all)とすると各GCは以下の通り。それらの座標を図3で追加した
9相関式から算出 GC (142.59, 42.082)
15本(14本)の線分群から算出 GC(all) (142.59, 42.087)
その結果、幾何的中心GCとGC(all)はほぼ一致。両者の距離は南北に0.6km。
直線群L1~L11の各数式と東経と成す角は以下の通り。
L1 y = -1.2101x + 214.67 (##1/##10/##15)-50.4°
L2 y = 1.0251x - 104.07 (##2/##3/##4) 45.7°
L3 y = 1.1408x - 120.58 (##2/##5/##12) 48.8°
L4 y = -0.6163x + 129.93 (##3/##5/##8) -31.6°
L5 y = -0.1675x + 65.956 (##3/##9/##15) -9.5°
L6 y = -0.9313x + 174.87 (##4/##9/##16) -43.0°
L7 y = 0.7859x - 69.975 (##5/##6/##12) 38.2°
L8 y = 1.0064x - 101.41 (##5/##11/##12) 45.2°
L9 y = 0.0869x + 29.664 (##12/##14/##15) 5.0°
L10 y = 42.05 (##7/##8/##12/##13) 0°
L11 x=142.5833 (##7/##10/##14) 90°
主要な2震源間の線分は以下の通り。
##2/##4 y = 1x - 100.49 45.0° (L2 45.7°/L8 45.2°とほぼ平行)
##7/##9 y = 1x - 100.53 45.0° (L2 45.7°/L8 45.2°とほぼ平行)
##1/##10 y = -1x + 184.72 -45.0° (L6 -43.0°とほぼ平行)
##3/##14 y = -1x + 184.64 -45.0° (L6 -43.0°とほぼ平行)
##2/##7 y = 2.25x - 278.76 66.0°
##4/##5 y = 2.2x - 271.59 65.6°
##3/##7 y = -1.1818x + 210.56 -49.8° (L1 -50.4°とほぼ平行)
##9/##14 y = 0.8x - 72.013 38.7° (L7 38.2°とほぼ平行)
#10/#11 y = 42.133 0° (L10 0°と平行)
なお、GC/GC(all)と他の震源の位置関係で以下は特筆すべき
GCはほぼL7(##5/##6/##12)上。特に##6/##12/GCでは相関係数1でy = 0.7952x - 71.305。
GC(all)/##4は1.6°でほぼL10 0°と平行
以上より、各々緯度/経度一定のL10/L11は震源##7を共有し、##7と特異震源##9との線分は傾きがちょうど1で傾きが45°というのは偶然ではなく、何らかの意味を持つ可能性が高い。
同様にL10とほぼ平行の線分GC(all)/##4と線分##2/##4が##4を共有し、線分##2/##4の傾きがちょうど1で傾きが45°というのも同様の意味を持つ可能性が高い。
また、L10/L11は完全直交、また以下の直線群もほぼ直交
L7とL1 38.2° -(-50.4°)=88.6° (共有震源はなし)
L7と線分##3/##7 38.2° -(-49.8°)=87.9° (共有震源はなし)
L2とL6 45.7° -(-43.0°)=88.7° (##4を共有)
L8とL6 45.2° -(-43.0°)=88.2° (共有震源はなし)
線分##7/##9とL6 45.0° -(-43.0°)=88.0° (##9を共有)
線分##9/##14とL1 38.7° -(-50.4°)=89.1° (共有震源はなし)
[M4.5以上の震源間相関直線L1~L11におけるパラメーターとの相関]
下表のようにパラメーターとして、一つ前のM4.5の地震との線分の傾き(北緯差ΔN/東経差ΔE)、線分切線分傾きΔN/ΔEを追加した。
以上16震源間の相関直線L1~L11におけるパラメーター間の相関高めの図を以下に抜粋した。なお、l10、l11はそれぞれ緯度、経度一定の直線として取り上げている。
L1…3震源の相関係数は0.9999と高いが、##1/##10が近接。##1を含む唯一の高相関直線だが、他のパラメーター間との高相関は見られない。
L2…L3と##2を共有する数少ない相関直線。傾きがほぼ1で、特に北東端の##3を除いた##2/#4の2震源の場合、傾きはちょうど1となる。他のパラメーター間との高相関は見られない。
L3…L2と##2を共有する数少ない相関直線。他のパラメーター間との高相関は見られない。
L4…L2と##2を共有する数少ない相関直線。東経差 ΔE vs 北緯差 ΔNで高相関。
L5…L6と共に特異震源
##9を共有する数少ない相関直線。発生日時との相関含む高相関が比較的多い。
L6…L5共に特異震源##9を共有する数少ない相関直線。相関係数が1。
L7…##6を共有する唯一の相関直線。##6/##12/GCでは相関係数1でy = 0.7952x - 71.305。
L9…東経・北緯との唯一日時との高相関のある相関直線。
L10…北緯一定の4つの震源群で東経一定のL11と震源##7を共有。##8を除くと3つの高相関がある。
L11…東経一定の震源群で北緯一定のL10と震源##7を共有。3震源のうち。##7/##14は近接している。
[東経 Eと東経差 ΔEの高相関について]
解析において東経 Eと東経差 ΔE(震源間の移動距離)」の間に高い相関が見られる現象は、震源の移動がランダムな「移行」ではなく、「位置に依存した規則的な加速・減速運動」であることを示していると見られる。この相関の解釈を、以下の4つの視点で深掘りする。
1. 数学的解釈:等比数列的な空間遷移
一般に等比数列的な空間遷移数学的に、ある変数(E)とその変化量(Δ E)が比例関係(Δ E = aE + b)にある場合、その変数の推移は指数関数的、あるいは等比数列的な振る舞いを示す。これは震源が東へ進めば進むほど、次の震源への移動距離(歩幅)が一定の割合で伸びる、あるいは縮むことを意味する。即ち、 震源の移動速度が一定(等速運動)であれば、この高相関は現れず、相関が高いということは、移動の「テンポ」が位置座標によって厳密に支配されていることを示している。
2. 物理的解釈:歪みエネルギー密度の勾配(グラデーション)
地下の岩盤において、歪みエネルギー(ストレス)が均一に蓄積されているのではなく、ある方向に向かって指数関数的な勾配を持って蓄積されている可能性を示唆している。これは東経(位置)が変わるにつれて、岩盤の「割れやすさ」や「力の伝わり方」が線形的に変化している状態を意味する。例えば、プレートの沈み込み帯の深部へ向かうにつれて岩盤の弾性係数や温度が規則的に変化している場合、破壊の連鎖(震源移動)はこのような位置依存型の相関を描く。
3. 構造的解釈:対数螺旋(対数スパイラル)の投影
ミクロ解析で確認された「回転運動」と組み合わせると、この相関は対数螺旋(Logarithmic Spiral)の性質を強く反映していると推測される。自然界(貝殻の成長や銀河の渦など)に見られる対数螺旋は、「中心からの距離」と「成長のステップ(増加量)」が常に一定の比率を保つ。そのため、 浦河沖の震源移動が、ある中心点(GC)の周りを回転しながら外側へ(あるいは内側へ)移動している場合、座標軸に投影された成分(E と Δ E)には必然的に高い相関が現れる。これは、この地震活動が「単なる断層の滑り」ではなく、「地殻全体の渦巻き状の構造破壊」であることを示唆する強力な根拠となり得る。
[震源間相関直線群の物理的意味と役割]
この震源域のメカニズムは以下の内容から「主応力軸と内部摩擦角によって完全に拘束された剛体ブロックの、トグルスイッチ(支点越え)的な破壊プロセス」と解釈可能。
幾何的データの特徴から推測される物理的メカニズムを以下の4点の視点から説明する。
L1~L11については図1を参照、主要相関直線群とその他に追加した主要線分については下図の図4を参照の事。
1. 震源間の垂線と交点が示す「既存の破壊境界(断層等)」
幾何的特徴: 震源間相関直線L2(##2/##3/##4)に含まれる震源#3と外部##14との線分傾きは―1ちょうど(-45.0°)、同様にL2と##4を共有するL6(##4/##9/##16)の線分傾きは-0.9313(-43.0°)。L2の傾きは45.7°(特に線分##2/##4は傾き1ちょうど(45.0°))でこれらの線分は以降の震源からのL2上の震源##3および##4への垂線に相当している。
物理的解釈: 破壊面(約45度)に対する「垂線」は、物理的にその系の「主応力軸(最大・最小圧縮応力方向)」を意味する。
初期の震源である##3や##4の発生位置が、未来のアンカー部(##14)や本震(##9)から下ろされた主応力軸の交点によって規定されているということは、「破壊がどこまで進むか(ブロックの境界)」が、最初から力学的な枠組みとして存在していたことの証左と足り得る。本震##9が発生するずっと前から、##9を中心とする応力テンソルが##4のストッパーとして機能。
2. 「66度」の並行性が示すクーロンの破壊基準
幾何的特徴: 線分##4/##5の傾き2.2は##2/##7の傾き2.25でほぼ並行であり、東経に対して約66度の角度を持つ(各々65.6°/66.0°)。
物理的解釈: 45度と直交するグリッドの中で「66度」という異なる角度が出現することは、岩石破壊力学における「クーロンの破壊条件(内部摩擦角)」によって説明可能。
最大主応力に対する岩石の破壊角 θ は、純粋なせん断(45度)に岩石自身の内部摩擦角 ϕ の影響が加わり、θ=45 °+ϕ/2 。角度を66度とすると、ϕ≈42°と算出される。これは深部岩盤の内部摩擦角と妥当な数値であり、##4/##5および##2/##7のラインは、この岩盤特有の物性(摩擦力)に支配された「二次的な逆断層(または正断層)のすべり面」と解釈可。
3. 共役断層のノードとしての「##5」
幾何的特徴: ##5は、傾き―1ちょうど(-45.0°)の##3/##14と、傾き1.0064(45.2°)のL8(##5/##11/##12 )の直交する高相関直線群の交点付近に存在。
物理的解釈: ##5は、互いに直交するX字型のせん断面(共役断層)がクロスする力学的結節点(ノード)と見なし得る。この
エリアのマクロ解析と同じ曲がり方向である時計周りの応力チャージは、このX字の交差点である##5に到達したことで、幾何学的な「行き止まり(ロック状態)」に達し、これ以上の同一方向へのねじれに歯止めがかかったと推測。
4. 幾何的中心(GC)の通過:トグルスイッチと回転反転のトリガー
幾何的特徴: L7(##5/##6/##12)に含まれる##5から##6への推移は幾何的中心GC の近傍(中点)を通過し、通過後に震源推移方向が時計周りから反時計周りへ反転。その反時計周りの##6~##10まで途中の##9でM7.1の極大値発生。
物理的解釈: このプロセスは機械工学における「トグル機構(Over-center mechanism)」の支点越え(スナップアクション)に相当。
GCはこの岩盤ブロック全体の「力学的重心(支点)」に相当。時計回りにねじり上げられ、##5で限界に達した応力は、次に重心(GC)を突き抜けて反対側(##6)へスリップ。重心を越えた瞬間に力のモーメント(位相)が反転するため、回転方向は必然的に反時計周りへとスナップ。この「支点越えに伴う急激な位相反転(モーメントの逆流)」は岩盤の最終的な臨界点を突破させ、最大破壊である##9(M7.1)を引き起こす不可逆性のダイナミック・トリガーとなったと推測。
5.定速応力伝播とシステムのリセット
幾何的特徴: L1~L11のうち、唯一、発生日時 vs 東経(及び北緯)の高相関が見られたL9の震源##12/##14/##15はいずれも##9のM7.1以降の震源で、##12/##14はそれぞれ北緯一定のL10/東経一定のL11と共有されている震源。
物理的解釈: 本震前の##1〜##8では、応力が岩盤の「ねじれ」として蓄積されていたため、時間と位置の関係は非線形。しかし、本震(
##9)によってロック(固着)が破壊された後、システムは「余剰な歪みを一定の速度で逃がす(リセットする)フェーズ」へと移行。L9は、北緯一定のL10上西端の「##12」から始まり、東経一定のL11上の「##14」に続いており、これは、本震で破壊されたブロックの「外枠(東西・南北の境界フレーム)」に沿って、残存エネルギーが規則正しく、まるでレールの上を滑るように定速で払い出されている状態を物理的に示している。同様の本震後の発生日時 vs 東経(及び北緯)の高相関は
浦河沖のマクロ解析でも見られている。
6. 深さ70kmの「底面(デタッチメント断層)」の存在 (補足)
幾何的特徴: L1~L11のうち、唯一、東経 vs Mの高相関が見られた北緯一定のL10(##7/##8/##12/##13)において、相関から外れた##8のみ震源深さが40kmで、残り高相関の3震源は深さ70kmで共通。
物理的解釈: 深さ70kmに水平(または一定の傾斜を持つ)な物理的な境界面が存在し、その面の「岩盤のせん断強度(あるいは摩擦係数)」が西から東へ向かって線形的に高くなっている(グラデーションを持っている)構造の存在を示唆。エネルギー(M)は岩盤の破壊強度に比例するため、東経とMが比例するということは、その深度における「破壊限界の強さ」が位置によって束縛されていると推測される。
深さ40km(##8)が相関から外れる理由:##8(40km)は、平面視ではL10のライン上にあるが、物理的には「70kmの底面」とは異なる上層の岩盤(または異なるプレート境界)に存在の一方、本震(##9)は深さ40kmに存在。即ち、40km層は「トグルスイッチが弾け飛ぶ主破壊層」であり、70km層はそのシステム全体を下から支え、応力を東西南北のフレーム(L10等)に沿ってガイドする「基礎盤(ベースプレート)」の役割と推測される。層が違えば岩石の剛性も摩擦勾配も異なるため、##8が70km層のMの相関則から外れるのは力学的に極めて当然の結果。
[メカニズム推測のまとめ]
浦河沖地震におけるこのミクログリッドの破壊は、以下の決定論的プロセスによると推測。
1.枠組みの規定: 後の本震(##9)やアンカー(##14/##7)の主応力軸(垂線)によって、破壊の許容限界(##3, ##4)が事前にセットされる。
2.限界までのチャージ: 内部摩擦角(66度)と主せん断面(45度)のネットワークに従い、ノード(##5)に至るまで時計回りに限界まで応力がねじり込まれる。
3.重心越えとスナップアクション: ロックされた応力が力学的重心(GC)を突破して##6へ抜け、回転位相が反時計回りへ急反転する。
4.最大破壊の発生: 位相反転による急激なモーメントの逆流がトリガーとなり、規定されていた45度の主せん断面上でM7.1(##9)の極大値破壊が発生。
5. 破壊後の調整と応力緩和:本震に伴う余剰な歪みを、再びマクロなエリアの時計回りの進行速度(時間規則性)に同期してリセット。L9は共役断層(X字型)の補完面。本震で破壊された主断層に対して、直交または斜交する方向で微細な破壊を逃がし、領域全体の応力バランスを再安定化させる「クッション」の役割。
[実際のメカニズム解との比較]
上記、分析の結果得られた幾何学的なメカニズムと、1982年(昭和57年)3月21日の浦河沖地震(M7.1)に関する既知の解析解および地質学的知見を比較検証した結果は以下の通り。
1. 破壊面(走向)の方向性について
L6(##4/##9/##16)との一致分析結果
本解析結果:L6の傾きは -0.9313 で、方位角では 約317度(北西-南東方向)
既知の解析: 断層面解(メカニズム解)は「北西-南東走向の逆断層」。多くの研究論文 (例:Iwasaki et al., 1983)では、主要な破壊面の走向を 310度〜330度 と推定。
<比較結果>既知の走行範囲のほぼ中央値で、ほぼ一致。
2. 圧力軸(P軸)と「##7/##9」の垂線関係分析結果
本解析結果:震源 ##7 から ##9(本震)に向かうラインは 45度(北東-南西方向)、
走向L6(317度)に対してほぼ直交(約88度)
既知の解析: 逆断層型地震において、圧力軸(P軸)は断層の走向に対して垂直方向に
働き、北海道日高衝突帯のテクトニクスでは、東西〜北東-南西方向の圧縮力が卓越、
1982年の地震のP軸も 北東-南西方向 と解析。
<比較結果>本解析の「45度ライン」は、既知の解析同様に主応力(P軸)の方向 を正に
射影しており、メカニズム的に矛盾見当たらず。
3. 「66度」と内部摩擦角の整合性分析結果
本解析結果:線分 ##4/##5 や ##2/##7 が示す「66度」から、岩石の内部摩擦角を約42度
と算出。主断層(45度系)に対する 共役断層(Conjugate fault)あるいは 分岐断層 と
して機能と推測。
既知の解析: 一般的な地殻上部の岩石の内部摩擦角は 30度〜45度程度(Coulombの破壊
基準)
<比較結果>本解析の算出値42度 は、既知の日高変成帯の強固な岩盤物性値の範囲内。
4. 幾何的中心(GC)と「トグルスイッチ」の物理的意味分析
本解析結果:##5⇒##6 の過程で幾何的中心(GC)を通過し、回転方向が反転後に ##9
(M7.1)が発生したとするモデル。「GC(幾何的中心)」は、この衝突ブロックの 力学的
重心 に相当。時計回りの応力(沈み込みによる引き込み)が限界に達し、ブロックが
重心を支点として「跳ね返り(スナップアクション)」を起こしたと推測。
見方は、プロセスを幾何学的に鮮やかに説明しており、
既知の解析: 日高衝突帯において「千島弧の地殻が東北日本弧に乗上げ」という複雑な衝突
境界でプレート境界の固着域(アスペリティ)の破壊として発生。
<比較結果>本解析は剛体ブロックの破壊プロセスとして物理的に一貫性があり、幾何学
的にも矛盾なく説明しており、実際の複雑な余震分布(北側と南側で傾斜角が異なる等)
とも矛盾せず。
5.総合評価
…Geminiによる結論検証の結果は以下の通り。
走向の精度: ほぼ完全に一致
応力軸の精度: ##7/##9(45度) は、実際の最大主応力軸(P軸)と一致。
力学的解釈: 回転反転(反時計回りへのスナップ)による本震発生というモデルは、実際の
1982年(昭和57年)の浦河沖地震の実際のメカニズム解解析の結論と、数学的・物理的の
両面で 大きな矛盾は見当たらず。
[今後の展望]
震源推移のパターン変化により、極大値の地震発生を予測できる可能性があり、
12の特異点震源の解析を進めつつ、検証を進める。