４．地震
b. 地震と断層

断層運動（図：弾性反発説）
地震は断層運動によって起こる
　断層運動とは、地盤が破壊され、断層面を境にすべりが起こること
　蓄積された歪（応力）が断層運動の原因
　断層運動の結果として歪は開放
歪の蓄積と開放
　地盤にゆっくりと力を加えると、歪と応力は地盤全体で高まる
　応力が断層の強度に達したとき、断層面が破壊し、急にすべりが生ずる
　断層面でのすべりの結果として、地盤全体の歪が開放される
断層運動の繰り返し
　以前すべりを起こした断層は、破壊を受けていない岩石より強度が弱い
　応力が再び蓄積したとき、同じ断層でまたすべりが起こる可能性が高い
地震は同じ断層で繰り返し起こる
　過去の地震を調べることで、将来の地震の発生場所が予見できる
　活動的で、地震を何度も起こす断層を、活断層とよぶ
　活断層は、地表で地震の痕跡が見られる断層を指すことが多い

断層のタイプと応力場（図：断層のタイプ）
断層の基本タイプ：横ずれ断層、正断層、逆断層
　地盤の受ける応力のタイプを反映。中間的な断層も存在
横ずれ断層：断層面は鉛直で、すべりは水平
　断層の向かい側が右にすべる右横ずれと、左にすべる左横ずれ
　断層を動かす力は、水平方向のずれ応力（せん断応力）
　　断層と45°の角度をなす、圧縮力と張力の組み合わせと同等
　地震の結果として、ずれ応力（圧縮力と張力の組み合わせ）は開放
正断層：鉛直から傾いた断層面に沿って、片側がすべり落ちる
　断層を動かす力は、断層の走行に垂直に働く水平な張力
　地震の結果として、張力は開放され、地盤は伸びる
逆断層：鉛直から傾いた断層面に沿って、片側が乗り上げる
　断層を動かす力は、断層の走行に垂直に働く水平な圧縮力
　地震の結果として、圧縮力は開放され、地盤は縮む
下図：G. A. Eiby "Earthquakes"（Heinemann, New Zealand）より

断層の位置やタイプの決定（図：兵庫県南部地震の余震分布と野島断層）
断層運動はしばしば地表で観察される
　断層の走行や変位から、断層や応力のタイプを読み取る
本震後に発生した余震の震源分布
　余震は、本震の断層付近で起こると解釈
　余震の震源分布が、本震で動いた断層の範囲
　本震について計算される震源は、断層運動が始まった点
例：兵庫県南部地震（1995年）
　本震発生後、淡路島の地表で地割れ
　　地割れを境に右横ずれ（約1.3m）の変位、南上がりの段差（約0.5m）も
　　場所は、古くから活動の知られる野島断層の分布範囲
　本震の震源は明石海峡の地下
　　余震の震源は、その北東側と南西側に長さ10〜15kmにわたり分布
　　余震の分布範囲は、震度7が推定された強い揺れの範囲とほぼ一致
　明石海峡の地下で始まった断層運動が、神戸側と淡路島側に拡大
　　この断層運動は、有馬・高槻・六甲断層帯の活動の一部
　　神戸側では、地表に断層運動の痕跡は見つかっていない
下図：中田・岡田編「野島断層：写真と解説」（東京大学出版会）より

地震のメカニズム解（図：メカニズム解の説明）
断層運動によって、圧縮と膨張の領域が対をなして造られる
　断層の周辺で、すべりが向かう方向に圧縮が、遠ざかる方向に膨張が生ずる
　膨張と圧縮の領域は空間を4つに分割する；2つの分割面のひとつが断層面
圧縮の領域からは「押し」波が、膨張の領域からは「引き」波が出る
　P波初動の上下動成分が、上向きなら「押し」、下向きなら「引き」
震源球とメカニズム解
　押し引き分布を表現するために、震源球（震源を囲む小さな球）を考える
　観測された押し引きを、波線をたどって震源球上に戻す
震源球上の押し引きを、水平面に投影して表示する
　押し引きは、震源球の上半面（または下半面）に集約して投影する
　上半面と下半面は、震源球の中心に対して、点対称の関係にある
　下半面（または上半面）にある押し引きは、点対称の位置に移してから投影する
断層運動の推定
　多数の観測点で押し引き分布から、それらを区画する節面を決める
　　２つの節面は直行することを考慮する
　断層面は節面のどちらか；すべりは引きの領域から押しの領域に 
　　節面のどちらが断層面かは、余震分布などから判断

断層のタイプとメカニズム解の関係（図：メカニズム解の典型的な実例）
断層のタイプに対応して、メカニズム解（水平面上の投影図）に特徴
　横ずれ断層型：押し引きが直行する2直線で分割される
　正断層型：引きの領域を挟んで、両側に押しの領域
　逆断層型：押しの領域を挟んで、両側に引きの領域
兵庫県南部地震（1995）（図：兵庫県南部地震のメカニズム解；本震と前震）
　横ずれ断層型；断層の走行は北東から南西、右横ずれ
　東西方向の圧縮力と南北方向の張力が、断層運動の原因
　本震の半日程前に、同じ場所で同じメカニズムの前震が起きていた
新潟中越地震（2004）（図：新潟中越地震の震源分布とメカニズム解）
　逆断層型；断層の走行は北東から南西
　北西から南東に圧縮力が働いたことが、断層運動の原因
　余震の分布には、本震の断層の他にも複数の断層が見られる
下図：深尾・石橋編「阪神・淡路大震災と地震の予測」（岩波書店）より

地震の規模のスケーリング
地震の規模と断層の大きさには、経験的な関係がある
断層の大きさとすべり量
　断層面積S：　　log S = 1.0M + 定数
　断層の大きさ（長さと幅の平均）L　(S = L2):  log L = 0.5M + 定数
　断層のすべり量u：　log u = 0.5M + 定数
地震の大きさは、断層とすべりの大きさを反映
　Mが2上がると、Lやu は10倍になる（1上がると√10 = 約3倍になる）
概略的な関係（地震の規模による断層運動のスケーリング）
　　M		4	5	6	7	8
　　L (km)	1.3	4	13	40	130
　　u(m)	0.06	0.2	0.6	2	6
スケーリングの物理的な意味
　地震を起こす歪（u/L）はほぼ一定；岩石の強度で決まる
　地震の規模は、歪を開放する場所の大きさに対応する

本震・余震型地震と群発地震（図：地震のヒストグラム）
本震・余震型地震
　余震は、本震の発生に誘発される地震
　あるマグニチュード以上の余震の数は、経過時間にほぼ反比例して減少
　例：兵庫県南部地震（1995年）
群発地震
　本震に対応する大きな地震が存在せず、類似の大きさの地震が繰り返す
　火山地域で起こることが多く、地下水などが関与する場合も
　例：神津島沖の群発地震（2000年、最大M6.4）、松代地震（1965-1971年、最大M5.4）
中間的な場合もある；大きな余震、異常に長い余震活動の継続
　例：新潟中越地震（2004年）