国立先进工业科学技术研究所 [主席石村和彦]（以下简称“AIST”）活断层和火山研究部[研究主任伊藤润一]地质变化研究组大坪诚首席研究员，地质信息研究部[研究主任荒井耕作]地球物理研究组首席研究员宫川步首席研究员是美国地质调查局珍妮博士Hardebeck，东京大学 [校长 Makoto Gonokami] 大气和海洋研究所 [所长 Tomohiko Kawamura] 副教授 Asuka Yamaguchi，国立大学法人东京海洋科技大学 [校长 Toshiro Takeuchi] 与特聘教授 Manabu Kimura 合作，宫崎县延冈逆冲断层露头的调查分析，位于深度约8公里盘子我们发现，即使地震后岩石中形成裂缝，边界附近的水也几乎不会减少，并且可能会在保持高压的同时继续积聚。
众所周知，板块边界附近水压升高会直接导致地震。一旦发生地震，随着水通过岩石中形成的裂缝排出，板块边界附近的水压被认为会下降，然后随着裂缝的闭合而逐渐增加。水压再次上升需要一定的时间，但地震后水压下降的实际变化量以及为下一次地震做准备而水压再次上升所需的时间尚不清楚。这次，通过对地下深处水压的时间变化进行精确计算和建模，发现地震后水压并没有像传统模型那样下降那么多，而是随着时间的推移而增加。这一结果可以说证明了长期监测板块边界附近的水压状况对于预测大地震发生及其调查框架的重要性。
此结果发布于英国夏令时 2020 年 8 月 3 日上午 10 点科学报告在杂志上在线发表。
大地震后裂缝排水示意图(a)、重复地震条件与水压的关系(b)
据认为，当板块边界附近积聚的水压上升到接近其最大值时，板块边界附近就会发生地震。正如本研究所示，利用现有技术可以监测 10 MPa 左右的水压波动。
日本列岛周围有多个板块接触，考虑到地震灾害的风险，南海海槽以及更多板块边界发生大地震的机制非常重要。发生。特别是南海海槽，每隔约100年至150年反复发生大地震，震中位于骏河湾至日向滩海岸的板块边界，需要采取紧急的减灾防灾措施，为未来的地震做好准备。还有慢地震的缓慢地震也会发生。这些地震被认为是由板块边界的水引发的。产业技术研究院从中部地区到四国地区设置了综合地下水观测设施，正在对南海海槽的慢地震进行观测。在从大地测量学和地震学的角度观测慢地震的同时，在研究板块边界发生大地震的机制方面也取得了进展。同时，还需要从材料科学的角度推进对板块边界发生大地震的机制的阐明。
板块边界附近的水压静态岩石压力的水平时，就会产生地震发生的条件。此外，地震后断层周围形成的拉伸裂缝被认为会成为促进排水的通道，减少积水压力并增加断层表面的摩擦力，从而使断层不太可能滑动（图1）。然而，尚不清楚地震后水压会下降多少。因此，AIST领导的一个小组将重点放在填充宫崎县延冈逆冲断层周围裂缝的石英脉（图2b）（图2a），据说那里过去曾在板块边界附近发生过大地震，据说与南海海槽的板块边界相似。这次，我们考虑了裂缝内水压的变化，直到石英脉的形成破解模型，确定了俯冲带大地震发生前后的水压变化，并利用模型研究了板块边界附近积聚的水压与板块边界附近断层滑移性之间的关系。
这项研究得到了科学研究补助金的支持，项目编号：JP19K04046。
图1特大地震后拉裂缝形成过程中的排水示意图，特大地震后拉裂缝的形成(a)，通过拉裂缝排水及水压下降(b)
人们认为，如果断层周围有水，断层就会变得很滑。到目前为止，人们一直认为观察断层周围的水如何积聚很重要，但实际情况并没有得到很好的了解。
图2 九州四国和延冈逆冲断层地质示意图（村田（1998）修订）1) (a)，延冈逆冲断层周围石英脉薄片样本的偏光显微照片 (b)
1 被引论文：Akihiro Murata (1998) 四万十带的复式和低角度拉毛结构。地质学杂志，第 50 期，147-158。
当地壳中的水流过岩石裂缝时，石英很快从水中沉淀出来，形成填充岩石裂缝的石英脉。宫崎县延冈市海岸露出的延冈逆冲断层据说与地下约8公里处的南海海槽板块边界附近地区类似，据信该地区会发生大地震。我们测量了延冈逆冲断层周围约 800 条石英脉的方向、长度和宽度。这些石英脉所充满的裂缝是无位移的拉伸裂缝。
根据裂缝模型（图3a、b），其中拉伸裂缝的方向变化以及裂缝的长宽比（裂缝纵横比）与流入裂缝的水压相关，我们估计了地震发生深度处断层周围积聚的水压波动。当拉伸裂缝在延冈逆冲断层周围形成时，通过裂缝的排水发生在深度约8公里地下。首次定量地明确释放了 MPa 级的压力。与传统模型中的压力降低（约 8 km 深度约 120 MPa）相比，这非常小（图 3c）。换句话说，即使在地震产生裂缝的情况下，在板块边界附近约8公里深度处积聚的水也始终保持着比之前想象的更高的压力，而地震后释放的水压最多仅为震前水平的8%。沿着延冈逆冲断层有效摩擦系数即使由于拉伸裂纹的形成而降低了水压，根据释放水压估计，水压仍小于015（图4）。这远低于典型断层的 06 摩擦系数，这表明即使在地震后形成裂缝并且水通过裂缝排出后，板块边界附近断层面上的摩擦仍然很低。
图3 基于裂缝模型的岩石中裂缝张开时排水时压力大小的变化以及裂缝方向的变化(a)、与裂缝纵横比的关系(b)、基于裂缝模型的地震后形成裂缝时排水降低的压力范围(黑色虚线)(c)
图(c)中横轴裂纹方向变化指数的范围为0到1，该值越大，裂纹方向变化越大。
本研究估计的延冈逆冲断层周围的震后水压几乎与南海海槽板块边界附近（约8公里深度）当前的水压相同。这表明，从最近一次南海海槽大地震（1946年南海地震）至今，板块边界附近（深度约8公里）积聚的水压已通过裂缝排出。如果裂缝形成释放的水压增加到接近静岩压力，就会为下一次大地震的发生创造条件。虽然观测传统认为的120MPa左右的水压波动是很困难的，但以目前的技术，监测10MPa规模的水压波动的技术已经存在，如本结果所示，因此可以观测到10MPa左右的波动。本研究结果表明，在南海海槽下一次大地震发生之前将水压变化纳入监测指标可能会提高地震预测的准确性。
图4 延冈逆冲断层周围积聚的水压变化在地震前后(a)、水压与重复地震条件的关系(b)
左图中的水压指数范围为0到1，表示一定深度处水压与静水压力的比值（水压指数为1表示水压等于静水压力）。就延冈逆冲断层而言，地震后，断层上方的水压指数从约 085（黑色圆圈）降至约 080（黑色方块），断层下方则从约 095（白色圆圈）降至约 090（白色方块）。地震发生后，无论断层上侧还是下侧，断层最大有效摩擦系数均不超过015。
2018年10月至2019年3月，深地地球探测船“地球号”在纪伊半岛近海进行了钻探调查，以阐明南海海槽特大地震的发生机制（国际深海科学钻探计划（IODP）第358次研究考察）。利用通过这次挖掘获得的岩石样本，我们还将对板块边界附近的水的行为进行定量研究。