The Gutenberg and Richter relationship (herein referred to as the G-R relationship) log N=a-bM, where N is the number of events with magnitude above M and a and b are constant, has been used for describing regional seismicity. On the other hand, a number of studies have reported that the G-R relationship does not hold for seismicity around active faults and interplate earthquake source region. Magnitude frequency distribution (referred to as MFD) for such active faults and source region of interplate earthquake is consistent with the Characteristic Earthquake Model (herein, referred to C.E. Model), which is characterized by a magnitude gap between the characteristic events and the other earthquakes. When we discuss about the repeating earthquake occurrence, whether the size and recurrence interval along arbitrary active fault is characteristic or non-characteristic (random), gives us one important suggestion for the possibility of earthquake prediction.

　In chapter two, I examine whether the MFD along the major 98 fault systems obeys the G-R relationship or the CE Model from the geological data obtained by the Headquarters for Earthquake Research Promotion (HERP) and Japan Meteorology Agency (JMA) unified catalogue. Interval of instrumental records is fundamentally too short from the comparison with average recurrence interval of active faults because the average recurrence interval of active faults is basically from thousand to ten thousands years. Hence, I examine the shape of MFD by combining instrumental records and geological data. As a result, the number of observed events is significantly smaller than the number of expected events by the G-R relationship for almost active faults. The major 98 fault systems are thought to be various stages during its earthquake cycle. In such cases, the lack of seismicity must be filled by aftershocks of characteristic earthquake or some anomalously high episodic seismicity, if the G-R relationship holds during one earthquake cycle. However an analysis of Tanna-Fault including the 1930 Kita-Izu earthquake (M=7.3), which is thought to be characteristic earthquake, shows that the number of observed events is too small to fill the gap. Moreover, I indicate that the cumulative number of aftershocks during one earthquake cycle has little influences on this result. Taking these results under consideration, the CE Model is appropriate MFD along active faults rather than the G-R relationship. I also show that there is tendency that the larger an average slip rate is, or the shorter average recurrence interval becomes, the larger the magnitude gap becomes and interpret this trend as fault maturing or simplification caused by numerous earthquake cycles.

　In chapter three, I change the subject from late Quaternary active faults to interplate source regions and also examined the shape of MFD in and around it. The earthquake detection capability and accuracy of hypocenter location is much lower. Observation stations concentrate on land and detection ability in sea region is inferior to that on land. However, while the average recurrence interval of active faults is about 1000 years to 10000 years in general, that of interplate earthquake is from several tens of years to several hundreds of years. Therefore, we examine the shape of MFD from more portion of earthquake cycle. Seismicity of all the nine interplate source regions i.e. regions off Shikotan Island, off Nemuro, off Tokachi, off Northern Sanriku, off Miyagi, and far off Miyagi, Tonankai, Nankai, and Taisho-Kanto regions, show that the number of observed events is much less than the number of expected events estimated from the Gutenberg-Richter (G-R) relationship and the occurrence rate of the characteristic earthquake. In off Tokachi region, the 1952 Tokachi-Oki earthquake and the 2003 Tokachi-Oki earthquake occurred in the same area. Hence, we can extract whole one earthquake cycle from JMA catalogue interval. The obtained MFD during one cycle indicates that magnitude gap 1.1 between the maximum-sized earthquake and the other events exists and the MFD is remarkably close to the CE Model rather than the G-R relationship.

　Seismogenic layer is thought to be important parameter to prescribe the extent of source region in depth. It is reported that historical crustal large earthquakes and distribution of Quaternary active faults correlate with regional variation of seismogenic layer. These reports suggest the possibility to obtain some foresight information against the earthquake occurrence of future crustal large earthquakes from it. In Chapter four, I discuss the regional variation of the structure of seismogenic layer estimated by the spatial distribution of crustal earthquakes. As was pointed out in previous studies, I will show that the shallower and the deeper limits of crustal earthquakes become shallower near the active or Quaternary volcanoes. I will also show that the structure of the seismogenic layer is well correlated with the Curie-point depth, thermal gradient, and the crustal heat flow, and is strongly controlled by the thermal structure of the crust, as indicated by the previous studies. Neither the active faults nor large historical earthquakes will be found to spatially correlate with the horizontal gradient of the seismogenic-layer structure

　In chapter five, I map the regional change of b-value of the G-R relationship and correlate the b-value with the thickness of seismogenic layer estimated by crustal earthquakes. The b-value of the G-R relationship decreases as the thickness of seismogenic layer becomes large and historical crustal large earthquakes seem to have occurred where the thickness of seismogenic layer is large, rather than where the horizontal variation of the maximum depth of crustal large earthquakes is large.

　本論文は,6章からなる.第1章は,イントロダクションであり,地震発生頻度分布として有名なGutenberg-Richterの関係(地震の個数がマグニチュードの増大により指数関数的に減少する分布(以下G-R則と呼ぶ))を紹介し,その関係を説明する概念としてのSelf-Organized Criticalityを紹介している.次に,活断層周辺では上記G-R則に従わない分布があることを指摘し,G-R則に対抗するモデルとして固有地震モデル(同一規模の地震即ち固有地震が比較的一定の再来間隔で発生し,それ以下のマグニチュードの地震はG-R則で期待される個数よりもはるかに少ないとするモデル)について,簡潔に説明している.このような地震分布の特性を解明することは,地震発生の場を理解する上でも,地震発生のプロセスを理解する上でも極めて重要である.そこで,実際の第四紀活断層或いはプレート境界震源域における地震分布に対し,上記2つのモデルのどちらが妥当であるかを明らかにすることの重要性と本論文の研究目的を明確化し,論文各章の内容の概略を述べている.

　第2章では,第四紀活断層周辺の地震活動の頻度分布を扱っている.この章の冒頭で,固有地震モデルについてのやや詳しい説明を行い,その後に我国の地震調査推進本部が対象としている日本の98活断層帯における地震分布についての詳細な議論を行っている.日本では気象庁による詳細な地震震源カタログが蓄積されており,特に1997年10月からは日本の関係諸機関のデータを統合した"一元化震源"と呼ばれる高精度の震源データがある.活断層で発生する内陸地震の再来時間は,1000-10000年のオーダーであり,特定活断層で発生する地震の多くは気象庁等による観測の期間に含まれていない.しかし,過去に発生した地震については,地質学的データからかなりの精度でその規模と発生時期を推定することができる.本論文の大きな特徴は,大量の震源カタログデータと地質学的データを組み合わせ,これまでにない精度で,目本全国の活断層帯で発生する地震の発生様式を地震分布の面から明らかにしたことである.この種の解析には統計的推定の妥当性の検証が求められるところであるが,本論文では複数の推定法を用い,その信頼性のついて十分な検討を行っているところも高く評価される.その結果として,大多数の活断層帯の地震分布は,固有地震モデル的であることを示した.更に,断層の変位速度が大きいほど,平均再来間隔が小さいほどその分布に固有性が増すことを示し,この事実を断層の成熟度が増すにつれて,G-R則的な分布から固有地震モデル的分布に推移すると解釈した.これらは,地震発生様式の研究の点から新たな知見を提出したと言える.第3章では,プレート境界地震に焦点を当て,入念な検定を行った結果,解析を行ったすべての地震発生域で地震頻度分布が固有地震モデルを示すことを明らかにした.また,1952年十勝沖地震発生後から2003年十勝沖地震発生前までの1地震サイクル中に当該領域で発生した地震の規模別頻度分布は,1.1のマグニチュードギャップが存在し、顕著に固有地震モデル的であることを示した.

　第4章以降では,地震発生分布の空間的変化に焦点を当てている.第4章の冒頭では,地殻内地震発生層に関する過去の研究・知見をやや詳しく紹介している.その後で,気象庁の震源カタログから地震の空間分布を示すパラメータ(上限と下限の深さ,その空間変化)を推定する方法の説明を行っている.この手法によって日本全体にわたって統一的な震源分布の形状が提出された.その結果として,地震空間分布は当該域の熱的構造と密接な関連があることがあらためて確認される一方,過去の研究で指摘された分布形状の空間変化と活断層分布の関係については統計的に有意ではないとの結論を導いた.この結果は,内陸域の地震発生のメカニズムを考える上で,重要な拘束条件を提供するものである.第5章では,地震発生層内の地震発生頻度分布を規定するパラメータであるb値の空間的変化を取り扱っている.その結果として,地震発生層の厚い部分においてはb値が低下することが,統計的に明らかとなった.

　以上述べたように,本論文は,日本において蓄積された豊富な震源カタログデータと活断層の活動に関する地質データから,統一的且つ統計的に信頼できる手法を併用しながら,地震の頻度分布と空間的分布の特徴を明らかにし,その物理的背景について考察したものである.このような入念な研究は過去においてなされたことがなく,また,その結果の信頼性についても高く評価されるところである.

　尚,本論文第2章については,東京大学地震研究所教授島崎邦彦氏との共著であるが,論文提出者が主体となって解析及び検証を行ったもので,論文提出者の寄与が十分であると判断される.

　よって,本委員会は,博士(理学)の学位を授与できると認める.