海底地殻変動観測（2014 年）
Seafloor Geodetic Observation in 2014
Summary: We have been carrying out seafloor geodetic observation for monitoring crustal deformation aroundoffshore plate boundary regions, using the GPS-acoustic combination technique. This paper reports
the summary and the observation results in 2014.
Key words: seafloor geodetic observation – crustal deformation

１．はじめに海上保安庁海洋情報部では，GPS 測位と音響測距を組み合わせた方式による海底地殻変動観測の技術開発及び海底基準点の展開を行っている．本稿では，2014 年までの観測結果について報告する．
２．観測の概要及び解析手法
当部の実施している海底地殻変動観測の概念図を第 1 図に示す．観測には測量船を使用し，GPS測位と音響測距を組み合わせることにより，海底に設置したミラータイプ音響トランスポンダ（海底局）の位置を精密に決定する．各海域には，水深と同程度の広さの海底に 4 台の海底局を設置しており，これらの海底局の重心位置（平均位置）を海底基準点と定義して，その位置を繰り返し測定している．
2008 年末に，測量船のマストに GPS アンテナを，船底に音響トランスデューサをそれぞれ取り付け，航走しながらの観測（航走観測）を可能とした（川井・他，2009）．これにより，従来の漂流しながらの観測（漂流観測）と比較して，より高精度な観測が実現された (Sato et al., 2013)．
データ解析は，測量船の位置を決定する GPS キネマティック解析，測量船上のトランスデューサと海底局間の音波走時を求める音響解析，そして，これら 2 つの結果を結合して海底局の位置を求める局位置解析から成る．GPS キネマティック解析にはソフトウェア「IT」 (Colombo, 1998) を，音響解析にはソフトウェア「sas」（冨山，2003）を，局位置解析にはソフトウェア「SGOBS」（藤田・他，2004）を，それぞれ使用した．GPS 解析時の陸上基準点には，国土地理院の電子基準点を使用した．また，局位置解析時には，精度向上のために，複数海底局の相対的な位置関係を不変として継時的な重心位置の変化を求める，一括解析による重心推定法（松本・他，2008）を用いた．
第 2 図に，2014 年 12 月時点の海底基準点の位置を示す．なお，2013 年より，東北大学災害科学国際研究所との共同研究の枠組みの下，東北大学が設置した海底基準点（東北大 08，10，12，14，17）における観測を実施している．

３．観測結果
各海底基準点における 2014 年の観測実績は，第 2 表のとおりである．第 3 図に，日本海溝沿いの海底基準点における，北アメリカプレート（NUVEL-1A モデル：DeMets et al., 1994）に対する東北地方太平洋沖地震（M9.0，2011 年 3 月 11 日発生）（以下，東北沖地震）以降の変位時系列を示す．
第 4 図に，南海トラフ及び相模トラフ沿いの海底基準点における，ユーラシアプレート（NUVEL-1A
モデル：DeMets et al., 1994）に対する 2006 年以降の変位時系列を示す．第 3 図の変位時系列は，それぞれの基準エポックからの相対変位量を東西・南北・上下成分ごとに，第 4 図の各変位時系列は東西・南北成分ごとに示している．
４．考察
４．１．日本海溝沿いの海底基準点
釜石沖から銚子沖までの日本海溝沿いの海底基準点について，北アメリカプレートに対する東北沖地震後の累積変位を第 3 表及び第 5 図に示す．東北沖地震発生時に 20 m を超える変位を観測した「宮城沖 1」及び「釜石沖 1」海底基準点 (Sato et al., 2011) では，地震後の地殻変動として，西～西北西向きの変位が検出されている．一方，「宮城沖 2」海底基準点は南向きに，「釜石沖 2」海底基準点は北西向きの地殻変動が検出されており，東北沖地震の震央周辺では複雑な地殻変動が見られる．
また，震源域の南部に設置されている「福島沖」及び「銚子沖」海底基準点では東南東向きの変位が検出されており，時間とともに減衰している様子が見られる．これらの観測成果については，
Watanabe et al. (2014) において議論されている。
４．２．南海トラフ及び相模トラフ沿いの海底基準点
日向灘から房総沖までの南海トラフ及び相模トラフ沿いの海底基準点についてユーラシアプレー
トに対する動きを調べると．東北沖地震以前は，多くの海底基準点で西～北西向きの動きが見られた．
東北沖地震の各海底基準点への影響を含め，東北沖地震後の変位について議論するために，今後も更なる観測データの蓄積が必要である．

謝辞
東北大学観測点での観測は，東北大学災害科学国際研究所の枠組みの下，実施している。観測の技術開発は，東京大学生産技術研究所との共同研究の枠組みの下，実施している．解析の一部には，国土地理院提供の電子基準点 1 秒データを使用している．

参考文献
Colombo, O. L (1998), Long-Distance Kinematic GPS, in “GPS for Geodesy 2nd Edition”, Springer, 537568.
DeMets, C., R. G. Gordon, D. F. Argus and S. Stein (1994), Effect of recent revisions to the geomagnetic reversal
time scale on estimates of current plate motions, Geophys. Res.
藤田雅之，佐藤まりこ，矢吹哲一朗（2004），海底地殻変動観測における局位置解析ソフトウェアの開発，海洋情報部技報，22，42-49.
川井仁一，浅倉宜矢，松本良浩（2009），測量船「明洋」への海底地殻変動観測用送受波器の船底装備について，海洋情報部技報，27，50-55.
松本良浩，藤田雅之，石川直史（2008），海底地殻変動観測における複数エポック一括局位置解析手法の導入，海洋情報部技報，26，16-22.
Sato, M., T. Ishikawa, N. Ujihara, S. Yoshida, M. Fujita, M. Mochizuki, A. Asada (2011), Displacement above
the hypocenter of the 2011 Tohoku-oki earthquake, Science, 332, 1395, doi:10.1126/science.1207401.
Sato, M., M. Fujita, Y. Matsumoto, H. Saito, T. Ishikawa and T. Asakura (2013), Improvement of GPS/acoustic
seafloor positioning precision through controlling the ship’s track line, J. Geod., 87, 825-842,
doi:10.1007/s00190-013-0649-9.
冨山新一（2003），海底地殻変動観測における音響解析，海洋情報部技報，21，67-72.
Watanabe, S., M. Sato, M. Fujita, T. Ishikawa, Y. Yokota and N. Ujihara and A. Asada (2014), Evidence ofviscoelastic deformation following the 2011 Tohoku-oki earthquake revealed from seafloor geodetic
observation, Geophysical Research Letters, 41, 5789-5796, doi:10.1002/2014GL061134.

第1図

海底地殻変動観測の概念図

Figure 1. Schematic picture of GPS-acoustic ranging seafloor geodetic observation

第2図海底基準点配置図（2014 年 12 月時点）

Figure 2. Locations of the seafloor reference sites (Dec. 2014). The red and yellow squares indicate
the sites deployed by the groups of the Japan Coast Guard and the Tohoku University,respectively.

第1表

海底基準点の位置（2014 年 12 月時点）

Table 1. Positions of the seafloor reference sites.
Site
釜石沖 2
釜石沖 1
宮城沖 2
宮城沖 1福島沖銚子沖
房総沖 2
房総沖 1
相模湾
東海沖 1
東海沖 2東海沖 3
熊野灘 1
熊野灘 2
熊野灘 3
潮岬沖
室戸沖 1
室戸沖 2
土佐沖 1
土佐沖 2
足摺沖 1
足摺沖 2
日向灘 1
日向灘 2
東北大 08東北大 10
東北大 12
東北大 14
東北大 17

Code
KAMN
KAMS
MYGW
MYGI
FUKU
CHOS
BOSN
BOSS
SAGA
TOK1
TOK2
TOK3
KUM1
KUM2
KUM3
SIOW
MRT1
MRT2
TOS1
TOS2
ASZ1
ASZ2
HYG1HYG2
TU08
TU10
TU12
TU14
TU17

Latitude38-53.2 N
38-38.2 N
38-09.0 N
38-05.0 N
37-10.0 N
35-30.2 N
34-45.0 N
34-25.8 N
34-57.6 N
34-05.1 N
33-52.6 N
34-10.8 N
33-40.2 N
33-26.0 N
33-20.0 N
33-09.6 N
33-21.0 N
32-52.3 N
32- 49.0 N
32- 25.7 N
32-22.1 N
31-55.9 N
32-23.0 N
31-58.4 N
38-43.2N
38-18.0N
38-01.2 N
37-53.5 N
36-54.0N

Longitude
143-21.7 E
143-15.8 E
142-26.0 E
142-55.0 E
142-05.0 E
141-40.2 E
140-30.0 E
139-51.9 E
139-15.8 E
143-08.0 E
137-35.7 E
137-23.2 E
136-59.8 E
136-40.0 E
136-20.0 E
135-34.3 E
134-56.7 E
143-48.8 E
133-40.0 E
134-01.9 E
133-13.2 E
133-34.6 E
132-25.0 E
132-29.7 E
143-38.6E
143-29.0E
143-32.0 E
142-46.5 E
142-43.0E

Depth [m]
2300
2200
1100
1670
1200
1500
1900
1450
1340
2400
1600
1200
2000
2000
2000
1550
1350
1400
1050
1770
1100
2940
1640
1960
3479
3271
4370
1310
4223

第2表

各海底基準点における 2014 年の観測実績（数字は取得した音響測距データ数）

Table 2. Number of ranging data obtained in each observation2014
6/7~ 7/13~
6/19
7/22
5309

7/29~
8/14
5654

5330

5128

5376

MYGW

5876*

5118*

宮城沖 1

MYGI

5404

5619

5465

福島沖FUKU

5040

4950

5328

銚子沖CHOS房総沖 2BOSN

房総沖 1BOSS

相模湾

SAGA

東海沖 1

TOK1

東海沖 2

TOK2

東海沖 3

TOK3

熊野灘 1

KUM1

熊野灘 2

KUM2

熊野灘 3

KUM36865*

潮岬沖SIOW6902*

室戸沖 1

MRT15225

室戸沖 2

MRT2

土佐沖 1

TOS15423

土佐沖 2

TOS25031

5023

6376

足摺沖 1

ASZ15196

51055702

足摺沖 2

ASZ25288

日向灘 1

HYG15720

5597

5389

5772

日向灘 2

HYG26272

5587

5452

6429

東北大 08

TU083941

東北大 10

TU103745

東北大 12

TU123530

東北大 14

TU143624

東北大 17

TU173933

SiteCode

釜石沖 2

KAMN1/13~
1/30
5502

釜石沖 1

KAMS

宮城沖 2

1/12~
1/28

4/16~
4/29

8/27~
9/12

12/7~
12/24

4753
3265
4995

5251

6227*
8281*

9070*

5762
5691

5684
5852

6975*

7111*

5164

5094

3545
1188

3594

*新旧海底局同時観測*Observation for the replacement of transponders

第3図

日本海溝沿いの海底基準点における変位時系列（北アメリカプレート固定）．グラフ中の緑

線は東北地方太平洋沖地震を示す．
Figure 3. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along theJapan Trench after the 2011 Tohoku-oki earthquake relative to the stable part of the North
American plate. The green dashed lines indicate the occurrence time of the Tohoku-Okiearthquake (M9.0).

第3図

日本海溝沿いの海底基準点における変位時系列（北アメリカプレート固定）．グラフ中の緑

線は東北地方太平洋沖地震を示す．
Figure 3. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along theJapan Trench after the 2011 Tohoku-oki earthquake relative to the stable part of the North
American plate (continued)

第3図

日本海溝沿いの海底基準点における変位時系列（北アメリカプレート固定）．グラフ中の緑

線は東北地方太平洋沖地震を示す．
Figure 3. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along theJapan Trench after the 2011 Tohoku-oki earthquake relative to the stable part of the North
American plate (continued)

第4図

相模トラフ・南海トラフ沿いの海底基準点における変位時系列（ユーラシアプレート固定）．

グラフ中の緑線は東北地方太平洋沖地震を示す．また，赤丸と白丸は，それぞれ航走観測，漂流観測による結果を示す．
Figure 4. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along theSagami Trench and the Nankai Trench relative to the stable part of the Eurasian plate. The
green dashed lines indicate the occurrence time of the Tohoku-Oki earthquake (M9.0). The solidand open circles indicate the results obtained by the sailing observation and the driftingobservation, respectively.

第4図相模トラフ・南海トラフ沿いの海底基準点における変位時系列（ユーラシアプレート固定）．

グラフ中の緑線は東北地方太平洋沖地震を示す．また，赤丸と白丸は，それぞれ航走観測，漂流観測による結果を示す．
Figure 4. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along the
Sagami Trench and the Nankai Trench relative to the stable part of the Eurasian plate(continued).

第4図相模トラフ・南海トラフ沿いの海底基準点における変位時系列（ユーラシアプレート固定）．

グラフ中の緑線は東北地方太平洋沖地震を示す．また，赤丸と白丸は，それぞれ航走観測，漂流観測による結果を示す．
Figure 4. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along the
Sagami Trench and the Nankai Trench relative to the stable part of the Eurasian plate(continued).

第4図相模トラフ・南海トラフ沿いの海底基準点における変位時系列（ユーラシアプレート固定）．

グラフ中の緑線は東北地方太平洋沖地震を示す．
Figure 4. Time series of the estimated positions of array centroid at the seafloor sites along theSagami Trench and the Nankai Trench relative to the stable part of the Eurasian plate(continued).
第3表

東北地方太平洋沖地震後の水平変位（北アメリカプレート固定）

Table 3. Displacements at the seafloor sites along the Japan Trench relative to the NorthAmerican plate

第5図

東北地方太平洋沖地震後の変位（北アメリカプレート固定）．赤の矢印は，海上保安庁の海底基準点における地震後の変位（期間は第 3 表参照），黄の星印は東北沖地震の震央位置を示す．図中の変位には，余震による地殻変動が含まれている．
Figure 5. Cumulative displacements in horizontal components after the 2011 Tohoku-okiearthquake at the seafloor sites along the Japan Trench relative to the North American plate.
The observation periods are indicated in Table 3. The red and black arrows indicate thedisplacements at the seafloor sites and the terrestrial sites deployed by Geospatial Information
Authority of Japan, respectively.