・Introduction

The Itoigawa-shizuoka tectonic line (ISTL) is a major tectonic structure that divides Japanese Island arc into northeast and southwest parts. It was formed as a normal fault in the early Miocene and represents the southwestern boundary of the northern Fossa Mangna rift basin to the north (Sato et al. 2004), and the boundary between the Japanese arc accretionary prism units and the Izu-Bonin arc crust to the south (Kano 2002). There are several studies along the ISTL that have provided us with the shallow structure of the different fault segments along the ISTL ( Sato et al. 2004, Ikeda et al. 2004,2007) and the detailed crustal structure in the northern ISTL (Kurashimo & Hirata 2004), but the detailed crustal structure in the central and southern parts is yet to be revealed. Previous to the present study, large scale central Japan tomography studies have provided us only a general image of the deeper crustal structure along ISTL (Nakajima & Hasegawa 2007, Kamiya & Kobayashi 2007).

Also, there is neither any study up to now that correlates the present time seismicity with the active parts of the south and central ISTL fault system, nor any comparative study along the ISTL that explains the tectonic evolution of the whole complex fault system. The present study aims to observe and accurately locate the local seismicity in the area. The purposes of the study are to derive a 3D velocity model for the south and central ISTL region and to correlate it with the geologic structures in the area. Also, I will correlate the regional seismicity with the deeper structure of the south and central ISTL fault system and finally compare the crustal structure in the north, south and central ISTL areas to understand the tectonic evolution of the complex fault system.

・Observations

The online permanent seismic station network in the area is not sufficient to accurately locate the earthquakes happening in the area and also not dense enough to provide us with the detailed structure of the earth's crust. The past 3 years I have installed temporary seismic stations in the south and central part of the STL. In detail, I have deployed 58 stations in the area south of lake Suwa from 25th of August 2003 to 16th October, 60 stations in the southern Alps and Kofu basin areas from 16th September 2005 to 22nd December 2005, 60 stations in the area north of lake Suwa from 12th September 2006 to 12th December 2006 (Fig. 1).The instruments I use are 3 - component 1-Hz seismometers and long-term off-line recorders operated by dry batteries (Shinohara et al. 1997).

・Data and Analysis

I have combined the data retrieved from the temporary stations, which I have deployed, with the data available from the online permanent stations in the ISTL area. I have manually re-picked 63,275 P- and 68,847 S- wave arrival times from 1,945 events from the 5 th August 2003 to 31st December 2006. I used the Double Difference tomography method (Zhang and Thurber, 2003) in order to accurately relocate the hypocenters and obtain a 3D P- and S- wave velocity (Vp and Vs) structure beneath the southern Japanese Alps, the Kofu basin and northern of lake Suwa. In the entire ISTL region, I have selected 1,510 events that have more than 10 P-wave arrivals. I have used these events to estimate a regional 3D Vp and Vs model, using the online stations and some of the temporary array stations. Consecutively I have used the previously obtained model as an initial model, for a very fine local tomography imaging of the crustal structure beneath the temporary array stations.

・Result and Discussion

The relocated hypocenters in the southern ISTL coincide with the deeper extension of the active faults in the area. The relocated hypocenters are deeper than those reported by the Japan Metrological Agency (JMA) in the northern ISTL and shallower at the central and southern parts. The tomographic analysis has provides us with a detailed Vp and Vs image of the crust in the area below the ISTL. The 3D velocity model of the crustal structure in the area that I have acquired by the present study is in accordance with the geological boundaries.

・Conclusion

(1)The average depth of the hypocenters is shallower in the northern ISTL (3 - 8 km) and gets progressively deeper towards the central (8-15 km) and southern (15-25 km) ISTL.

(2)The north tomograms fit accurately with the deeper extension of the Matsumoto basin and the central uplift zone geological units (CUZ)(Fig.2 (a)). In the central ISTL, the Yatsugatake volcano magmatic conduit was imaged (Fig. 2(b)). In the southern ISTL, I imaged the downwards continuation of the low grade metamorphic rocks that constitute the Chichibu-Shimanto belts of the southwest acrretionary prism of the Japanese arc, and of the igneous rocks that form the Izu-Bonin arc crust (Fig.2(c)).

(3)Change of the structure along the ISTL was discussed: from an east dipping fault in the north to a west dipping fault in the south (Fig. (2)).

Figure 1. Studied area. Colored symbols are temporary and permanent stations. Red solid circles are epicenters.

Figure 2. Cross sections of Vp perpendicular to the different segments of the ISTL. (a) northern, (b) central, and (c) southern areas.

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日本の主要構造線である糸魚川一静岡構造線断層帯近傍におけるこれまでの研究が述べられるとともに,この地域のテクトニクスの背景が記されている。また,本研究の目的が記されている。第2章は,観測概要について書かれている。本論文研究では,糸魚川一静岡構造線断層帯近傍において,これまでにない空間的高密度な地震観測を行ったことが記載されている。これまでの,糸魚川一静岡構造線断層帯近傍における観測点の空間密度は20km程度の間隔でしかなく,特に,糸魚川一静岡構造線断層帯の中央部,南部においては既存観測点の密度がさらに低く,40km程度の地域もあった。論文では,それらの地域において直線状のアレイではあるものの最小で1~1.5km間隔の観測点を設置した。得られたデータは,これまでの既存観測網のデータに比べ質,量ともに優れたものである。第3章は,解析に使用した二重走時差(Double difference)地震波トモグラフィー法の解説が記述されている。解析に使用した計算プログラムコードは既往研究によって作成されたものであるものの,論文提出者はその内容を十分熟知した上で使用したことが理解できる。

第4章では,第2章で述べた稠密アレイで得られたデータをもとに地震波トモグラフィー解析を行った結果が記されてある。この解析結果は,これまでにない高い空間密度での観測データを用いて得られた結果であるので,これまでにない高分解能で地殻構造が明らかにされたことを示している。また,本論文では絶対及び相対走時残差や分解能の検討も十分に行っており,解析結果が十分信頼できるものであることを論証している。

第5章は,第4章で得られた結果をもとに地質構造と速度構造との関係を議論したものである。既往研究による速度構造の水平分解能が15~30kmであるのに対して,本研究の分解能は5kmと格段に高い。その結果,糸魚川一静岡構造線断層帯は,北部で東傾斜を示し,南部では西傾斜であることが示され,糸魚川一静岡構造線断層帯では,断層帯の構造が北部と南部で大きく違うごとが明らかにされた。

第6章は,この論文の結論を記したものである。

本論文研究は,日本の主要構造線にあたる糸魚川一静岡構造線断層帯において,従来にない空間的高密度の臨時地震観測を行い,そのデータを地震波トモグラフィー法で解析し,この地域のテクトニクスを議論したものである。既存の地震波トモグラフィーを用いた研究では空間分解能が不十分で,地質構造線のように水平方向に短い距離で大きく変化する構造の議論をおこなうことができなかった。本論文研究では,糸魚川一静岡構造線断層帯の3つの地域において稠密な地震観測を行ってデータを取得し,そのデータに基づきトモグラフィー解析によって,地殻浅部から深さ10kmまでの地震波速度構造を空間分解能5km程度で明らかにして地質構造との比較検討を行った。その結果,糸魚川一静岡構造線断層帯の北側での構造は,東傾斜の構造を示し,これまでに得られた分解能の低く不確実だった構造について,確かな証拠を示したと同時に,より高分解能で詳細な構造を示すことができた。さらに,中・南部糸魚川一静岡構造線断層帯では,これまでにこのような詳細な地震学的解析結果が得られていないため,本研究によって初めて,地震波速度構造と地質構造との対比が可能となった。これらの成果は,糸魚川一静岡構造線断層帯の深部形状と地質構造との関係,および糸魚川一静岡構造線断層帯周辺地域のテクトニクスを理解する上で重要な貢献をし,地震学・構造地質学の研究に新たな知見を与えた。

なお,本論文は,平田直,佐藤比呂志,岩崎貴哉,加藤愛太郎との共同研究であるが,論文提出者が主体となって観測及び解析を行ったもので,論文提出者の寄与が十分であると判断する。

したがって,博士(理学)の学位を授与できると認める。