地震・津波・火山を知る
2. 地震
この章では、地震の発生メカニズムから、地震波の特徴、断層などについて解説します。
2.1. 地震の発生
○この地下の岩盤のずれを「断層」といい、局所的な1点だけではなく面的な広がりを持っています。
○この断層の面的な広がりが大きくなるほど、地震の規模も大きくなります。
○断層には「正断層」「逆断層」「横ずれ断層」という基本的な3つのタイプがあり、上下方向や水平方向への岩盤のずれ方によって分類されます。
地震とは、地下の岩盤が周囲から押される、もしくは引っ張られることによって、ある面を境として岩盤が急激にずれる現象のことをいいます。例えば、硬い物に何らかの力がかかり、それに耐えられなくなると、ひびが入ります。地下でも同じように、プレートの運動に伴って岩盤に強い力が加わり、その力に岩盤が耐えられなくなったときに地震が発生する（岩盤がずれる）のです。この岩盤の急激なずれによる揺れ（地震波）が周囲に伝わり、やがて地表に達すると地表が「揺れ」ます。
岩盤に強い力が加わらない地域では、地震がほとんど発生しませんが、日本周辺のように、プレート境界付近では絶えず大きな力が働いているため、特に地震が多く発生する地域となります。(1.3.参照)
地震発生の際に、地球内部の岩石の破壊が開始した地点を「震源」、破壊された領域全体を震源域といい、震源の真上にあたる地表の地点を「震央」といいます。
震源、震央、震源域の関係の模式図
地震調査研究推進本部「地震がわかる！」より引用
地震は、ある面を境として岩盤が急激にずれる現象であり、このずれを「断層」といいます。地震による岩盤のずれによって、周辺の地層が断ち切られるためにこのように呼ばれています。断層は面的な広がりを持っていて、断層面ともいいます。このずれは、大きなものでは100kmを超えるようなものまであります。既存の断層を動かしたり、新たに断層をつくったりする動きを、断層運動と呼びます。
地震のメカニズムと断層運動の関係を見てみましょう。地震は、この断層運動により発生します。岩盤に大きな力が働くと、その力によって岩盤は変形し、ひずみが蓄えられていきます。ひずみの大きさがある一定以上になって岩盤が耐えることのできる限界に達すると断層運動が起こります。このとき、岩盤に蓄積されていたひずみのエネルギーは、岩盤がずれ動く急激な断層運動によって地震波として放出され、それが大地を揺らすことで私たちは地震を感じることになります。
断層運動
地震調査研究推進本部「地震がわかる！」より引用
赤色の矢印が力の加わる向き、水色の矢印が断層運動の時系列を表しています。
３で断層運動が始まり、地震が発生します。
地震が発生したとき、震源が×マークで表されているのをよく見かけます。地震はこの×マークの地点がピンポイントで破壊された現象と誤解していませんか？
地震は「震源（×マーク）」だけで発生しているのではありません。岩盤の「ずれ」は面的な広がりを持った断層であり、これは地震の規模が大きいほど、断層の長さはより長く、断層の面積はより大きくなります。さらに、広がりを持った断層は一瞬でできるのではなく、震源の場所から動き始めて全てが動き終わるまでには時間がかかります。一瞬でずれるようにイメージしてしまっていた方も多いかもしれませんが、実際は地震の規模に応じて数秒、長いものでは数分程度かけて断層は動きます。
平成23年(2011年)東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)は、M9.0の巨大地震でした。解析の結果、この地震の震源域は長さ約450km、幅約150kmにも及ぶ広大な範囲だったことがわかっています。時間としては約3分程度かけてずれ動いたことが知られており、この間ずっと揺れが生じていたことになります。
平成23年（2011年）東北地方太平洋沖地震の震央（★）と地表へ投影した震源域（ピンク色の領域）
ずれの大きさによって等値線（内側ほどずれの量が大きい）を引いています。
断層運動は「正断層」「逆断層」「横ずれ断層」の3つの基本的なタイプに分けることができます。岩盤に加わる力の方向によって断層の動き方が変わり、断層面に沿って岩盤が上下方向にずれるのが「正断層」あるいは「逆断層」で、水平方向にずれるのが「横ずれ断層」です。「正断層」と「逆断層」は縦方向に岩盤のずれが生じるため、縦ずれ断層とも呼ばれます。また「横ずれ断層」を細分すると、岩盤のずれ方によって左横ずれ断層と右横ずれ断層の2つがあります。
正断層は、岩盤に水平方向に伸張(引っ張り)の力が働いているときにできます。このため、離れ合うプレート境界(1.3.参照)付近でよく見られます。岩盤が引っ張られて離れる破壊が起こるため、引き離された断層面の傾斜を挟んで上側の岩盤(境目の左手側)が重力によって滑り落ちて沈降し、断層の傾斜の下側にある岩盤(境目の右手側)は相対的に高くなります。
逆断層は、岩盤に水平方向に圧縮(押し合い)の力が働いているときにできます。このため、近づき合うプレート境界付近でよく見られます。岩盤が押し合って狭まり、圧縮されるような破壊が起こるため、断層面を挟んで上側の岩盤（境目の左手側）がずり上がって隆起し、断層面の下側の岩盤（境目の右手側）は相対的に低くなります。ただし、正断層も逆断層も片側の岩盤だけが動いてもう一方の岩盤が上下に全く動かないというわけではなく、様々な条件により実際に隆起したり沈降したりすることもあります。
横ずれ断層は、岩盤の水平方向に圧縮の力とこれに直交する伸張の力が働いているときにできます。このため、すれ違うプレート境界付近でよく見られます。大地に垂直な断層面を境に、それぞれの岩盤が水平に逆方向へずれ動きます。向かい側の岩盤が左右どちらへずれたかによって、左横ずれ断層、右横ずれ断層と分類します。どちらも、分かれた岩盤どうしが圧縮の力が働く方向にすれ違うため、伸張の力が働く方向に拡がります。
ただし、実際に地震が発生する際の断層運動では、地下の岩盤に働く力の向きは単純ではありません。縦ずれ断層と横ずれ断層の運動が合わさって斜め方向にずれる場合が多く見られます。このような場合は、より大きなずれの量が見られた方の断層のタイプで分類されます。
「発震機構」という言葉を聞いたことがあるでしょうか。発震機構とは、地震発生時の地下の断層がどのようになっていて（断層の伸びている向きや傾き）、どのように動いたのかを示すものです。震源が地下深くにある地震では、断層の伸びる方向や傾きはどのようであるか、断層の動きはどのようであったのかということは、地表からは観察できない場合がほとんどです。しかし、直接見ることができない地下の断層であっても、その地震のP波による揺れの始まりがどうだったのかということについての地域分布や、その後の地震活動の分布などから、どのような断層なのかを知ることができます。
地震の発震機構を求める場合によく使われる方法が、地震波のP波の初動（地面の最初の動き）を使う方法です。地震波のうち、P波は地下の岩盤の伸び縮みによって伝わる波です。断層運動では断層を境にして大地が動きます。このとき、その動く先の方向の岩盤は押されるため岩盤が縮む領域ができます。このため、この領域から出たP波が地表面に伝わったときには、揺れ始めに地面が縮む、つまり上向きに動く“押し”の波となります。一方、断層の動きの反対方向では岩盤は引っ張られるため岩盤が伸びる領域ができます。この領域から出たP波が地表面に伝わったときには、揺れ始めに地面が伸びる、つまり下向きに動く“引き”の波となります。したがって、断層が伸びる平面とこれに直交する平面によって4つに分けられた地域(区域)で、それぞれの位置関係で“押し”または“引き”のいずれかが決まります。
断層運動によって、岩盤が伸び縮みする領域が4つに分かれる様子
地表で観測されるP波の初動極性を震源球上にプロット
図の例では、敦賀が押し（UP）、網代が引き（DOWN）を示しています。
左は震源球の下半分を真上から見た形の図。
（左図）2000年10月6日鳥取県西部地震のP波の初動極性分布
（右図）P波の初動極性分布から推定した発震機構
（黒丸は上向き(押し波)、白丸は下向き(引き波)に地面が動いた）
発震機構について、こちらのページで詳しく説明しています。
2.2. 地震の揺れと大きさ
○地震そのものの規模は「マグニチュード」で表し、マグニチュードが1大きくなると地震のエネルギーは約32倍になります。
地震の揺れの強さは「震度」で表され、日本では気象庁が定める0から7までの10段階の階級を用いています。震度階級は、明治時代に震度観測が始まった当初は4階級でしたが、その後何度かの変遷を経て、現在は震度0～4、5弱、5強、6弱、6強、7の10階級となっています。震度は場所ごとの揺れの強さなので、どこで観測したのかによって異なる値になります。一般に震源域から近い地点では揺れは強く、遠く離れると揺れは弱くなります。
対して、地震そのもの（断層運動）の規模を客観的に表す指標が「マグニチュード」（記号はM）です。地震でずれる断層面は広がりを持っており（2.1.参照）、通常、断層面がずれた面積やずれの量は、マグニチュードが大きい地震ほど大きくなります。地震が起きたときのマグニチュードと断層面から放出される地震のエネルギーの関係は、マグニチュードの値が1大きくなると、約32倍になります。さらに、マグニチュードの値が2大きくなると、地震のエネルギーは約1000倍（32倍×32倍）になります。例えば、M8.0の地震のエネルギーは、M7.0の地震のエネルギーの約32倍、M6.0の地震のエネルギーの約1000倍になります。つまり、M8.0の地震のエネルギーは、M6.0の地震のおおよそ1000個分になります。
マグニチュードと断層面の大きさ
色のついた長方形は、断層面の大きさを日本地図との比較で示している。
Mwはモーメントマグニチュードで、断層面がずれた面積とずれの量などから求められるマグニチュード。
地震調査研究推進本部「地震がわかる！」より引用
マグニチュードと震度は、それぞれ意味が異なります。マグニチュードは地震そのものの規模を表す尺度であり、使う地震計の種類や計算方法によって様々なマグニチュードが用いられていますが、それぞれ1つの地震については1つの値に決まります。一方、震度は地震によるある地点（観測点）での揺れの強さを表す尺度で、観測した場所によって異なります。電球で例えれば、電球そのものの明るさがマグニチュード、電球から離れたある場所の明るさが震度という関係になります。一般に、光源から遠くなるほど明るさが小さくなるように、震源域から遠くなるほど震度は小さくなるというわけです。
また、震源域からの距離が同じでも、地下の地盤が強固な場所に比べると地盤が軟弱な場所では揺れが強くなります。このため、同じ市町村内でも場所によって震度が異なることがあります。
さらに、マグニチュードが大きな地震では、断層面がずれた面積も大きくなります。そのため、震源から離れていても、ずれた断層面の近くでは大きな震度となることがあります。
マグニチュードと震度の関係
図は震源断層に近く、地盤が軟らかい場所ほど強く揺れることを示しています。
地震調査研究推進本部「地震がわかる！」より引用
「異常震域」という言葉を聞いたことがあるでしょうか。これは、震源の近くよりも遠く離れた場所で強い揺れを感じる現象です。一般に、地震の揺れは震源から遠くなるほど弱くなりますが、震源が非常に深い地震では、震源の真上ではほとんど揺れないのに、震源から遠く離れた場所で震度が大きくなることがあります。
このように、一般にみられる震源から遠くなるほど揺れが弱くなるという傾向とは異なる、特徴的な震度分布を示すことから、「異常震域」と呼ばれています。ただし、「異常」とついていますが、現象そのものが異常というわけではありません。この原因は、地球内部の岩盤の性質の違いによるものです。
海のプレートは、日本列島の下に深く沈み込んでおり、沈み込んだ海のプレートのかなり深い場所で発生する地震を深発地震と呼びます。通常、地震波は震源から遠くなるほど減衰しますが、周辺の上部マントル（1.1.参照）に比べて、海のプレートは地震波をあまり減衰させずに伝えやすい性質を持っています。このため、深発地震が発生すると、真上の上部マントル側には地震波があまり伝わらない一方で、海のプレートでは地震波はあまり減衰せずに、日本列島の太平洋側まで地震波が効率良く伝わります。その結果、震源直上の地表での震度が小さくても、震源から遠く離れた日本列島の太平洋側では震度が大きくなるのです。
震源の深い地震と異常震域
異常震域の事例
京都府沖の地震の震度分布図（2007年7月16日 M6.7 深さ374km）
×は震央、数字は震度を示しています。
震度は、地震発生時に観測点付近でどのような現象や被害が発生しているかを把握するのに有効ですが、地震の影響を考える際には、最大震度だけでは分からないこともあります。本文で説明したとおり、マグニチュードが大きい地震ほど、広い範囲で断層がずれます。また、震源域からの距離や地盤の違いによって、強い揺れが広がる範囲は地震ごとに異なります。このため、最大震度だけでなく、マグニチュードや震度分布・推計震度分布、震源の分布にも注目することで、地震の影響範囲を正しく理解することができます※1。
例えば、令和6年能登半島地震の一連の活動では、2023年5月5日のM6.5の地震（深さ12km、最大震度6強）と2024年1月1日のM7.6の地震（深さ16km、最大震度7）を比べると、最大震度は1階級の違い※2です。
しかし、マグニチュードは1.1異なり、2024年の地震が放出したエネルギーは2023年の地震の約45倍になります。
また、震度分布を見ると、震度6弱（耐震性の低い木造建物に被害が生じるおそれがある揺れ）以上を観測した範囲は大きく異なり、2023年の地震が震央付近に限られていたのに対し、2024年の地震は震央から南西に約70km離れた中能登町まで広範囲にわたっています。この違いは、推計震度分布を見ることで、強い揺れがどの範囲まで及んだのかを詳しく確認できます。
一方、地震発生直後に断層面の広がりを直接把握することは困難ですが、その後の地震活動の震源の分布から、断層がずれたおおよその範囲を推定できます。地震発生後1日間の震源の分布を見ると、2023年の地震では震央付近の約20km四方の領域に留まっているのに対し、2024年の地震では震央を中心に北東－南西方向へ約150kmの範囲に延びています※3。
このように、地震の大きさや影響の範囲を正しく知るためには、最大震度だけでなく、マグニチュードや震度分布・推計震度分布、地震活動の広がり（震源の分布）にも注目することが大切です。
※1 特に浅い場所で発生した地震では、断層面が地表に近いため、地震ごとの揺れの広がり方や震度分布の違いがより大きく現れることがあります。
※2 観測された計測震度の最大は、2023年5月5日の地震が6.1、2024年1月1日の地震が6.6です（震度6強は計測震度で6.0～6.4、震度7は計測震度で6.5以上です）。
※3 後日の詳細な解析の結果、2024年の地震では、能登半島北岸沖とその周辺に分布する海域活断層が、約150kmの範囲にわたって活動したと地震調査委員会は評価しています。
令和6年能登半島地震の一連の活動における事例
（上）震度分布
（中）推計震度分布
（下）地震発生後１日間の震源の分布（図中の青線は地震調査委員会の長期評価による活断層）
【それぞれ、左側が2023年5月5日のM6.5の地震、右側が2024年1月1日のM7.6の地震】
外部リンク
- 地震調査研究推進本部（文部科学省）