(3)

研究実施日程（白山工業）

実

施

日

程

研究実施内容
4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月①高温対応3成分光セン
サの試作②高温対応3成分光セン
サの高温特性検証③ボアホール用高温対応筐体の試作
④総括

２．研究成果の説明
２．１ 位相シフト光干渉法による多チャンネル火山観測方式の検討と開発（京都大学）(1) 業務の内容(a) 業務題目
課題 B2-2：火山観測に必要な新たな観測技術の開発「位相シフト光干渉法による多チャンネル火山観測方式の検討と開発」(b) 担当者
所属機関

機関種別

役職

氏名

京都大学防災研究所

課題責任機関准教授

中道 治久

東京工業大学工学院

協力機関

准教授

水谷 義弘

(c) 業務の目的
本委託業務では，位相シフト光干渉法によるセンサを用いた振動観測システム（以下，「光センサシステム」という．
）を，火山地帯における多点（多成分）アレイ観測用システムに拡張し，次世代の火山観測に適した観測システムの諸元と仕様を確立することを目的とす
る．
平成 28 年度に実施した桜島の観測坑道内におけるフィージビリティスタディの成果を踏まえて，JOGMEC-Phase1 光センサ試作機を用いた各種検証業務を行う．
【①火山での実際の観測環境による検証，②光センサシステムの原理的な特徴である耐雷等の検証】また，これ
ら検証結果等を踏まえ，光センサシステムを用いた多チャンネル観測システムの実用化に向けた要素技術の開発・組み込みと検証を行うことにより，観測システムの諸元と仕様を確
23月

立する．この光センサシステム開発については，東京工業大学 未来産業技術研究所と連携して進めることとし，センサ形状や特性把握等に関しては，東京工業大学と協力して有限要素法解析等における設計検証を行い，このシステムに適した振動子の設計等を行う．
なお，平成 30 年度以前は，関東で活動的な火山であり雷が多い（＝雷の影響調査に適した）浅間山に光センサシステムを配置して検証を行うこととし，平成 29 年度から東京工業大学のほか東京大学地震研究所を協力機関に加え，東京大学地震研究所浅間火山観測所において観測を実施してきた．委託業務遂行にあたっての環境の変化のため，平成 31 年度以降は光センサ配置場所を，九州で活動が非常に活発な火山である桜島火山に変更するとともに，一部業務内容を書き換えて実施することとする．変更した業務内容によっても本来の業務目的は達成される見込みであり，また本変更は平成 30 年度総合協議会にて了承済である．
本委託業務は，火山研究人材育成コンソーシアムに対して，新しい観測方法の創出に向け
インスピレーションをもたらすことで火山防災の充実に寄与できる可能性がある．すなわ
ち，火山研究人材育成コンソーシアムの参加者に本委託業務で行う観測を見学してもらう
ことにより，本委託業務の担当者が思いつかなかったような新しい火山の観測法に気がついてもらうチャンスを提供できる．さらに，発見的学習の機会を提供することによって，火山に強い関心と深い理解をもつ人材の育成に貢献することが期待される．
本委託業務で得られた成果は，光センサシステムを火山のモニタリングシステムとして実用的に使用できることになる．この光センサシステムの利点を考えれば，海底火山のモニ
タリングへの展開が一番に考えられ，また 200 ℃ 程度であれば，地中深部観測にも有効な展開ができると考えられる．なお，このシステムは性質上，例えば，海底での観測網の展開に威力を発揮すると考えられるので，将来は海底火山の観測，海底でのカルデラ火山のモニ
タリングにも展開することを考えている ．このシステムの開発検討にあたっては，気象庁や火山研究機関などのユーザーに広く利用されるよう，ニーズの調査を行い，要素技術の改良点の抽出・把握や必要に応じた改良及び転用技術の開発に向けた情報収集を行うとともに，これらの機関の火山観測システムの次回更新時に導入に向けて，機関向けの開発研究の方向性について，関係者と検討を行う．
(d) １０ヶ年の年度実施計画
平成２８年度：（課題 E 「位相シフト光パルス干渉法を用いた振動観測システムの総合的評価」および「位相シフト光パルス干渉法を用いた振動観測システムによる火山観測の実施」として実施）
光センサシステムを使用して，桜島火山構造探査にあわせて桜島のフィールドで観測を行って，桜島に既設のセンサの結果との比較検証を行うことにより，光センサシステムの火山観測での有効性を検証した．振幅レベル，検出可能な周波数帯域，ノイズレベル等の観測と比較，地下構造（深部構造，マグマだまり）の把握に資する記録かどうかの検証を行った．
3

平成２９年度：
平成２９年度は浅間火山に光センサシステムを設置して試験観測を実施し，浅間山で発生した A 型地震１回，B 型地震５１回を記録するとともに，自然地震４１７回を記録した．
課題責任機関は主に以下の項目を実施した．
1) 光センサシステムで取得されたデータを火山学的に解析し，火山性地震の識別，
火山性地震の振動軌跡解析，火山性地震の到来方向解析を施した．その結果，地震波の到来方向に系統的な偏りがあることが明らかになった．
2) 平成 29 年度光観測網内部の表層地震波速度調査を実施し，地表面から約２０ｍまでの深さの地震波速度を明らかにした．光観測網内はほぼ水平成層であるほかに，
局所的に高速度体が存在していることが明らかになった．
共同実施機関は火山観測とその実施準備を行い，主に以下の項目を実施した．
1) 約３ヶ月にわたる観測運用を行い、長期運用時の安定性を検証した．
2) バイアス電圧ジャンプによる欠測現象を低減させる改良を施し検証を行い，欠測時間が短縮した．
平成３０年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 平成 29 年度に得られたデータのより精密な火山学的解析および検討
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) プロジェクト運営
共同実施機関は以下の項目を実施する．
4) 第一次分の増設センサの製作
5) 光センサシステムへの増設チャンネルの試験実装
1)は観測データに表層構造探査結果に基づいた走時補正値を与えることにより精密化された解析を行った．4)は新たに汎用のシングルモードファイバを使用した新センサを２組製作した．これにより，これまでの試験観測で用いてきたセンサに比べて小型化に成功した．また，プロジェクト運営会議等を通してユーザーニーズの把握に努めた．
平成３１年度（令和元年度）：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの火山学的解析
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) リアルタイムデータ処理の検討
4) プロジェクト運営
共同実施機関は火山観測とその準備を行い，以下の項目を実施する．
4

5) ３成分光センサの作成
6) 新しい光センサによる活火山の観測
共同実施機関は課題責任機関と連携して，本業務を推進し遂行するための準備をするとともに，項目 5)にあるように平成３０年度に作成したものと同様の 3 成分センサを１セッ
ト作成し，平成３０年度に作成した 3 成分センサユニット 2 式と合わせて，日本で最も活発な活火山である桜島で三角形アレイを構築して火山観測を行う（項目 6）．なお，光送受信装置については，共同実施機関所有の装置を使用する．また，プロジェクト運営会議等を通してユーザーニーズの把握と集約に努める．
令和２年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの評価による光センサシステムの火山性地震観測性能評価
2) 観測データの評価による光センサシステムの耐雷性能評価
3) 光センサシステムの試験観測候補地選定
4) プロジェクト運営
共同実施機関は以下の項目を実施し，火山観測に適した高温対応用センサ作成と室内検証を主に行う．
5) 高温対応 3 成分光センサの試作
6) 高温対応光センサの検証
7) ボアホール用高温対応筐体の作成
令和 2 年度は，光センサシステムの本質的な利点の一つである高温対応に関するセンサの作成と，室内高温環境試験を行い，火山観測により適したセンサシステムを構築する．さらに課題責任機関とともに翌年度の屋外での高温実証実験を行う場所を決定し，その観測点で使用可能なボアホール用高温対応筐体を試作し，室内の高温環境で検証を行う．また，
プロジェクト運営会議等を通して引き続きユーザーニーズの把握に努める．
令和３年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 光センサシステムの総合評価と総括共同実施機関とともに光センサシステムの実地観測の準備を令和３年度前半に行い，実地観測を令和 3 年度後半に実施する．そして，観測から得られた試験結果から，
令和３年度観測および光センサシステムを総合的に評価し総括する．
2) プロジェクト運営
火山研究運営委員会や研究集会などに参加し，次世代火山研究・人材育成総合プロ
ジェクトの次世代火山研究推進事業の他課題や火山研究人材育成コンソーシアム構
築事業と連携した取り組みを実施し，プロジェクトの推進に貢献する．
5

共同実施機関は令和 2 年度に作成した高温対応用センサ及びボアホール用筐体を実フィールドに設置して連続観測を行い，光センサシステムの高温環境における有効性を検証する．
3) 高温対応用センサの設置観測
課題責任機関とともに，高温対応用センサを設置して実地観測を行い，光センサシ
ステムの実高温環境における有効性を検証する．
4) 総括
観測結果についての総括を行う．また，プロジェクト運営会議等を通して引き続き
ユーザーニーズの把握に努める．
令和４年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの火山学的精密解析
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) プロジェクト運営
共同実施機関は以下の項目を実施する．実証試験は室内で行う．
4) システムの多点化プロトタイプの改修，
5) 第五次分増設センサの製作を行う．
前年度の観測結果及び課題 B の方々の意見を踏まえた改良を行う．もし開発が早まれ
ば，課題 B と連携し，可能な限り課題 B－4 の対象火山に投入して観測を行う．プロジェク
ト運営会議等を通してユーザーニーズの把握を継続し集約に努める．
令和５年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの火山学的解析
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) 令和５年度光システム観測網の表層地震波速度調査
4) プロジェクト運営
共同実施機関は火山観測とその準備を行い，以下の項目を実施する．
5) 多点プロトタイプシステムの検証と，火山運用実績の獲得
6) 合計 24 成分でのアレイ観測の火山地帯における実施
もし開発が順調に進んでいる場合，課題 B と連携し，可能な限り課題 B-4 の対象火山に投入して実証実験を行う．プロジェクト運営会議等を通してユーザーニーズの把握を継続する．
令和６年度：
6課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの火山学的精密解析
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) プロジェクト運営
共同実施機関は以下の項目を実施し，室内検証を中心に行う．
4) 多点実用システムへの改装を行う．
5) 多点化実用システムの構築と室内検証
前年度の観測結果及び課題 B の方々の意見を踏まえた改良を行う．もし開発が想定以上に進捗した場合には，可能な限り課題 B-4 の対象火山に投入して観測運用を実施する．プロ
ジェクト運営会議等を通してユーザーニーズの把握を継続する．
令和７年度：
課題責任機関は以下の項目を実施する．
1) 観測データの火山学的解析
2) 光センサシステムの総合評価と総括
3) 令和７年度光センサシステム観測網の表層地震波速度調査
4) プロジェクト運営
共同実施機関は火山観測とその準備を行い，下記の項目を実施する．
5) 光センサシステムを適用した火山観測システムとして最終評価を確定する．
6) 課題 B-4 で実施中の火山において，24 成分のアレイ観測を行い，多点化実用シス
テムの火山運用実績の獲得を行う．
(2)令和２年度の成果(a) 業務の要約
令和２年度は４つの主要な業務を行った．
① 観測データの評価による光センサシステムの火山性地震観測性能評価② 観測データの評価による光センサシステムの耐雷性能評価③ 光センサシステムの試験観測候補地選定④ プロジェクト運営① 観測データの評価による光センサシステムの火山性地震観測性能評価
試験観測が行われた期間中（令和元年 6 月〜12 月）に発生した噴火に伴う地震や微動について，共同実施機関の観測により得られた観測データを課題責任機関により取得された観測データと比較することにより光センサシステムの火山性地震および微動の観測性能を
評価した．

7

② 観測データの評価による光センサシステムの耐雷性能評価
試験観測が行われた期間中（令和元年６月〜12 月）の桜島周辺の落雷情報をもとにして，共同実施機関の観測により得られた観測データをもとに光センサシステムの耐雷性評価を行った．
③ 光センサシステムの試験観測候補地選定
令和 2 年度に共同実施機関が開発する耐熱性能を強化した光センサシステムによる実地観測を令和 3 年度に予定している．耐熱性能を検証するための候補地として新潟工科大学
敷地内の深井戸を選定して，現地調査により試験観測への適性を評価した．
④ プロジェクト運営
火山研究運営委員会や研究集会などに参加し，次世代火山研究・人材育成総合プロジェク
トの次世代火山研究推進事業の他課題や火山研究人材育成コンソーシアム構築事業と連携
し，プロジェクトの推進に貢献した．
1）次世代火山研究推進事業 課題 A：「各種観測のデータの一元化」との連携
令和元年度実施の試験観測で得られたデータの課題 A に対する提供方法を検討した．
2) 次世代火山研究推進事業 課題 B：「先端的な火山観測技術の開発」－サブテーマ 4：「火山内部構造・状態把握技術の開発」との連携
新型コロナウイルス感染症への対応のため他課題担当者との意見交換や共同観測の機会が十分に得られなかったが，①火山性地震観測性能評価および②耐雷性能評価の結果からサブテーマ４にて行われているアレイ地震観測に利用するに十分な性能を有していることが分かった．
3) 火山研究人材育成コンソーシアム構築事業
令和元年度実施の観測データ解析および令和３年度実施予定の観測に用いるセンサの作成を行ったため，同コンソーシアムには見学可能の申し入れを実施しなかった．一方，令和3 年度実施予定の観測において観測場所提供者である新潟工科大学に同コンソーシアムによる見学を行う予定である旨を伝え内諾を得た．また，課題責任者は火山研究人材育成コン
ソーシアム構築事業の運営委員会に出席して連携をおこなった．
(b) 業務の実施方法
令和２年度は，共同実施機関（白山工業株式会社）と連携して令和元年度の実施の観測データ解析を進めた．また，令和 3 年度実施の試験観測の候補地の選定を行った．課題責任機関（京都大学）と共同実施機関（白山工業株式会社）との分担は以下の項のように行われた．
8

1) 実施機関と業務分担
a) 課題責任機関① 観測データの評価による光センサシステムの火山性地震観測性能評価② 観測データの評価による光センサシステムの耐雷性能評価③ 光センサシステムの試験観測候補地選定④ プロジェクト運営b) 共同実施機関① 高温対応 3 成分光センサの作成② 高温対応光センサの検証(c) 業務の成果
1) 観測データの評価による光センサシステムの火山性地震観測性能の評価
共同実施機関（白山工業株式会社）が開発した位相シフト光干渉法によるセンサを用いた振動観測システム（光センサシステム）にて 2019 年 6 月 5 日 16 時から同年 12 月 5 日 9 時まで京都大学防災研究所ハルタ山観測室構内にて観測が行われた．ハルタ山観測室は噴火が日本で最も頻繁に発生している桜島火山にあり，噴火火口のある南岳から北西に約 2.7
km の位置にある．この光センサシステムは光送受信装置から伸ばされた１対の光ファイバの先に３つのセンサ（地震計）がそれぞれ直列接続される構成で，光送受信装置はハルタ山
観測室の 2 階の観測室に設置され，光センサは光送受信装置から光ファイバーの接続順に
地点 A（岩石試料保管室），地点 B（地震計室），地点 C（GNSS 用ピラー）の３箇所に設置されていた．地点 A, B, C の光センサをそれぞれ，Opt.A, Opt.B, Opt.C とする．また，地点
A に比較のため従来型加速度計（微動計 JU210）が設置されていた．JU210 は加速度センサ
部分とデータ収録部から構成されそれらが合わさって一体の筐体に収められている．そのため，信号線といったアナログ部分の長さが短い特徴がある．図１にハルタ山観測室構内における光センサシステムの配置を関連する観測点とともに示す．表１にセンサユニットの座標を示す．３つのセンサユニットはいずれも地表もしくは建物１地階のコンクリート面に設置され，１辺が約 40m〜70m の三角形の頂点をなすように設置された．センサユニットの設置方向は，X 成分を N（北）方向に向け，Y 成分を E（東）方向に，Z 成分を U（上）方向に向けて設置し，以降それぞれ N 成分，E 成分，U 成分と称する．観測データはサンプリ
ング周波数 200Hz の WIN 形式にて 1 分連続ファイルとして光センサシステムと微動計 JU210のファイルに分けて光送受信装置内のサーバーに格納された．光センサシステムでは 1kHz
サンプリングデータも同様に保存されているが，以降の解析では 200Hz サンプリングデー
タのみ使用する．

9

図 1. 京都大学防災研究所ハルタ山観測室敷地内にて 2019 年 6 月〜12 月実施の地震観測における光センサシステムの装置の配置．
表 1. 光センサユニット（地震計）の位置座標
センサ位置名緯度（北緯）

経度（東経）

標高（m）

Opt.A (JU210)

31°35′37.37″

130°38′2.10″

402.9

Opt.B

31°35′36.27″

130°38′4.09″

398.1

Opt.C

31°35′36.24″

130°38′1.53″

402.0

光センサシステムによる観測期間における桜島の火山活動については前年度の成果報告書に記載済みのためここでは省略する．なお，観測期間における桜島の噴火リストを表 2 に再掲する．
表 2. 桜島の噴火リスト（2019 年 6 月 5 日〜2019 年 12 月 5 日）
噴火発生時刻2019-06(yyyy-mm2019-0611T14:31:00
ddThh:mm:ss)
2019-0613T09:21:00
2019-0624T00:34:00

噴 火 種 別 （ Ex or 噴煙高度
Ex
2200
Er）
(m)
Er
1500
Ex
X
Er
1600

24T11:27:00
10

空振 (Pa)
80.1
1.5
12.9
1.7

図番号
2

2019-062019-0724T12:58:00
2019-0704T10:44:00
2019-0719T03:56:00
2019-0720T02:10:00
2019-0722T09:47:00
2019-0724T13:09:00
2019-0727T05:50:00
2019-0727T06:58:00
2019-0728T17:25:00
2019-0928T17:54:00
2019-0903T15:49:00
2019-0916T07:46:00
2019-0916T08:30:00
2019-0917T09:27:00
2019-0917T12:34:00
2019-0917T13:27:00
2019-0917T16:06:00
2019-0917T17:44:00
2019-0917T18:54:00
2019-0918T00:09:00
2019-0918T02:07:00
2019-0918T04:35:00
2019-0918T06:15:00
2019-0918T07:55:00
2019-0918T09:46:00
2019-0918T10:48:00
2019-0918T11:31:00
2019-0918T12:35:00
2019-0918T13:32:00
2019-0918T14:27:00
2019-0918T15:09:00
2019-0918T15:57:00
2019-0918T19:30:00
2019-0918T21:50:00
2019-0919T14:14:00
2019-0919T15:00:00
2019-0919T16:03:00
2019-0920T05:20:00
2019-0920T16:04:00
2019-0920T16:43:00
2019-0921T06:09:00
2019-1023T13:02:00
2019-1003T00:55:00
2019-1006T05:18:00
2019-1007T14:01:00
09T01:31:00

Er
Ex
Ex
Ex
Ex
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Er
Ex
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Ex
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Er
Ex
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Ex
Ex
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Ex
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Er
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Er
Er
Er
Er
Er
Er
Ex
Ex
Er
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex

1300
3200
600
600
>1500
1500
2000
1100
3800
3500
1900
2800
1200
1000
1600
1300
1500
1400
1400
1200
1800
>600
1300
1700
1800
2600
2300
1800
1400
2000
>1600
>1200
1500
1200
1200
2000
1300
500
>3400
1400
1600
1000
X
2400
>600
2600
11

1
24
22.7
6.9
32.7
15.6
19.6
0.3
28.2
5.7
19.9
10

3

X
90.1

4

X
X
X
81.5
1.5
X
83.8
68.2
X
0.3
36.7
61.8
14
X
X
X
3.2
X
1.3
X
X
6.7
4.2
23.8
39.6
X
24.6
1.4
53.5
50.4
18.5
46.4

5

2019-102019-1009T17:54:00
2019-1010T02:48:00
2019-1012T00:50:00
2019-1012T06:36:00
2019-1012T16:43:00
2019-1012T17:16:00
2019-1013T07:40:00
2019-1013T09:42:00
2019-1013T12:00:00
2019-1013T13:19:00
2019-1013T17:29:00
2019-1013T21:00:00
2019-1014T09:32:00
2019-1014T09:41:00
2019-1014T14:29:00
2019-1014T17:26:00
2019-1014T19:44:00
2019-1014T20:25:00
2019-1015T09:44:00
2019-1015T13:04:00
2019-1016T05:46:00
2019-1016T12:55:00
2019-1017T08:38:00
2019-1017T22:18:00
2019-1018T01:14:00
2019-1018T02:23:00
2019-1018T04:48:00
2019-1018T14:25:00
2019-1018T20:29:00
2019-1019T10:29:00
2019-1019T13:54:00
2019-1019T19:05:00
2019-1020T00:42:00
2019-1020T04:56:00
2019-1020T07:10:00
2019-1020T17:59:00
2019-1022T02:32:00
2019-1022T10:47:00
2019-1022T21:46:00
2019-1023T04:04:00
2019-1023T07:56:00
2019-1024T18:27:00
2019-1027T13:35:00
2019-1027T15:50:00
2019-1028T19:51:00
29T09:35:00

Er
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Ex
Er
Er
Er
Ex
Ex
Er
Ex
Er
Ex
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Er
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Ex
Ex
Ex
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Er
Ex
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Er
Ex
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Ex
Ex

1300 X
2700
2000
1400 X
2200
1400
2100
1200
1200
1300 X
>700
>300

6
14.8
16
118.6
16.9
6
25.4
84.2

2100 X
1200
1600
2100
>600
1200
2000
2300
3000
2600
1200
>1500
400
>1200
1000
>1800
>1400
3000
1500
3000
>1200
>1500
1300
>800
2200
1200
X
2800
2300
2500
1200
1200
1000
1500
12

39.7
130.7

7
8

29.3
1.4
32.6
21.7

X
26.8
41.7
57.4
22.5
5
4.6
23.3
4.1
7.1
25.5
X
55.7
25.4
44.6
1.5
X
X
46.4
77
X
41.7
58.5
44.5
53.9
2.8
1.9
24.6
26.4

9

2019-102019-1029T19:50:00
2019-1030T02:06:00
2019-1030T07:09:00
2019-1030T09:08:00
2019-1030T14:02:00
2019-1030T15:27:00
2019-1030T20:53:00
2019-1030T22:03:00
2019-1031T02:03:00
2019-1031T02:46:00
2019-1031T07:41:00
2019-1131T09:31:00
2019-1101T02:08:00
2019-1101T06:55:00
2019-1101T07:28:00
2019-1101T10:31:00
2019-1101T20:59:00
2019-1102T03:46:00
2019-1102T07:19:00
2019-1102T08:46:00
2019-1102T10:56:00
2019-1102T13:45:00
2019-1102T17:11:00
2019-1102T17:51:00
2019-1102T18:28:00
2019-1102T20:34:00
2019-1102T21:38:00
2019-1102T21:55:00
2019-1102T22:55:00
2019-1103T01:46:00
2019-1103T19:39:00
2019-1103T20:09:00
2019-1103T21:04:00
2019-1104T00:43:00
2019-1104T02:08:00
2019-1104T02:52:00
2019-1104T03:29:00
2019-1104T03:56:00
2019-1104T05:49:00
2019-1104T07:16:00
2019-1104T08:00:00
2019-1104T16:50:00
2019-1104T17:29:00
2019-1104T17:58:00
2019-1105T06:10:00
05T11:34:00

Ex
Ex
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Ex
Ex
Er
Er
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Ex
Er
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Er
Ex
Ex
Er
Er
Er
Er
Ex
Er
Er
Er
Er
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Er

2300
1200
1000
1200
1300
2800
1000
1400
1600
700
2100
2100
2300
1500
1400
1800
1400
400
2000
1200
1500
1500
1800
>1500
>800
1500
1300
1500
1500
1600
2000
1500
1400
1600
1700
2000
2100
1500
1300
1300
2000
2200
2200
2400
1300
1800
13

38.2
43.4
46.1
8.1
27.3
129.3
38.5
48.9
15.3
6
0.3
71.8
101.5

10

X
X
55.8
38
26.3
100.6
X
34.1
X
25.4
53.7
40.2
X
X
X
X
28.5
43.3
0.8
0.8
X
X
X
2.4
3.7
0.5
X
34.6
18.2
69.9
40.2
5.2
17.7

11

2019-112019-1105T12:41:00
2019-1105T13:44:00
2019-1105T14:32:00
2019-1105T15:17:00
2019-1105T15:48:00
2019-1105T16:35:00
2019-1105T18:52:00
2019-1105T20:24:00
2019-1106T00:11:00
2019-1106T01:41:00
2019-1106T02:28:00
2019-1106T07:02:00
2019-1106T07:48:00
2019-1106T08:20:00
2019-1106T10:57:00
2019-1106T15:09:00
2019-1106T15:38:00
2019-1106T16:24:00
2019-1106T21:39:00
2019-1106T23:00:00
2019-1107T01:19:00
2019-1107T02:36:00
2019-1107T10:01:00
2019-1107T11:50:00
2019-1107T15:57:00
2019-1107T16:15:00
2019-1107T18:14:00
2019-1107T18:48:00
2019-1107T19:14:00
2019-1108T07:40:00
2019-1108T16:12:00
2019-1108T17:24:00
2019-1109T13:15:00
2019-1109T15:32:00
2019-1109T17:24:00
2019-1112T15:13:00
2019-1112T16:00:00
2019-1112T20:20:00
2019-1112T21:10:00
2019-1112T21:59:00
2019-1112T23:07:00
2019-1113T00:03:00
2019-1113T00:35:00
2019-1113T02:00:00
2019-1113T07:52:00
13T09:01:00

Er
Ex
Ex
Er
Er
Er
Er
Ex
Er
Ex
Ex
Er
Er
Er
Ex
Er
Ex
Er
Er
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Ex
Ex
Er
Er
Er
Er
Er
Ex
Er
Er
Er
Er
Er
Ex
Ex
Er
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex

1900
2500
2800
1600
2100
1600
1900

14.7
47.7
24.6
4.3
1.4
0.5
1.4
4.9
4.7
10.2
27.3

>100
1800
2000
2200
1400
1700
1200
2000
1500
3000
1200
2500
2400
2000
2600
2300
1500
>3800
3500
2200
1900
2000
1300
1300
5500
1200
1500
1300
1100
1100
3300
1500
1100
3000
1200
1200
3600
700
400
14

X
0.9
0.4
X
1
80
X
3.6
43.5
10
39.9
6.9

12

X
45.8
16.3
3.8
2.1
2.1
X
X
36.6
1.6
3.2
1.6
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X

13

2019-112019-1113T14:11:00
2019-1113T15:41:00
2019-1113T19:22:00
2019-1114T04:28:00
2019-1114T06:42:00
2019-1114T20:44:00
2019-1115T00:21:00
2019-1115T01:08:00
2019-1115T03:32:00
2019-1115T04:48:00
2019-1115T06:15:00
2019-1115T08:13:00
2019-1115T09:23:00
2019-1115T10:05:00
2019-1115T12:46:00
2019-1115T14:28:00
2019-1115T15:30:00
2019-1115T17:09:00
2019-1115T17:36:00
2019-1115T21:49:00
2019-1116T00:05:00
2019-1116T00:48:00
2019-1116T01:49:00
2019-1116T03:18:00
2019-1116T05:35:00
2019-1116T08:45:00
2019-1116T19:03:00
2019-1117T04:16:00
2019-1117T05:29:00
2019-1117T06:30:00
2019-1117T06:58:00
2019-1117T10:13:00
2019-1117T13:51:00
2019-1117T19:13:00
2019-1117T19:52:00
2019-1118T17:33:00
2019-1118T23:31:00
2019-1119T05:27:00
2019-1120T18:26:00
2019-1120T19:00:00
2019-1121T00:23:00
2019-1121T15:00:00
2019-1121T17:45:00
2019-1121T18:58:00
2019-1122T02:40:00
23T00:43:00

Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Er
Er
Er
Er
Er
Ex
Ex
Ex
Er
Er
Er
Ex
Er
Er
Er
Er
Er
Er
Er
Ex
Ex
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Ex
Er
Ex
Er
Ex
Ex
Ex
Ex

600
900
500
400
1500
1500
1100
1200
1200
1200
1400
1200
1100
1200
1500
1500
1000
1300
1900
1200
1400
1300
1200
1200
1400
1300
1200
1500
1500
1500
1400
2500
2200
800
1000
1500
>1300
1900
1800
1200
1300
1000
2700
1200
2600
1800
15

X
62.2
8
60
52.4
44.8
0.9
1
0.8
0.3
X
0.5
X
31.1
7.6
14.1
3.6
6.3
0.5
20.4
0.3
0.2
X
0.2
X
X
0.3
53.8
29
37.5
0.3
48.4
68.8
12.2
14.1
144.1
21.4
121.1
X
X
X
X
X
X
X
X

14

15

16

2019-11Ex
1300 X
2019-11Ex
1200 X
23T05:41:00
2019-11Ex
1700 X
23T08:33:00
2019-11Er
1100 X
23T08:55:00
2019-11Ex
1900 X
23T16:09:00
2019-11Ex
1400 X
23T22:17:00
2019-11Ex
1500 X
24T14:48:00
2019-11Ex
2300 X
25T08:47:00
2019-11Er
1400 X
25T10:15:00
2019-11Ex
2500 X
25T14:33:00
2019-11Ex
2600 X
25T19:50:00
2019-11Ex>200
X
26T14:24:00
2019-11Ex
2400
X
28T03:46:00
2019-11Ex
3300 X
28T11:04:00
2019-11Ex
2600 X17
28T20:10:00
2019-11Ex
1500 X
28T21:30:00
2019-11Ex
2300 X
29T15:21:00
2019-12Ex
1800 X
30T11:59:00
2019-12Ex
1500 X
01T01:55:00
2019-12Ex
2700 X
01T03:01:00
2019-12Ex
2000 X
01T10:43:00
2019-12Er
1100 X
01T15:42:00
2019-12Ex>1400
X
01T16:43:00
2019-12Ex
1500
X
18
02T04:40:00
2019-12Er>1600
X
02T06:22:00
2019-12Ex
1600
X
02T10:05:00
2019-12Ex
2300 X
03T12:48:00
2019-12Ex
2300 X
03T15:19:00
2019-12Ex
2300 X
03T17:59:00
2019-12Er
1000 X
04T09:57:00
2019-12Ex
2000 X
04T11:25:00
2019-12Ex
1800 X
19
04T14:19:00
噴煙高度について，X
は「不明」，>は「以上」を意味し，火口縁からの高度である．空振は04T15:33:00
国土交通省九州地方整備局大隅河川国道事務所の有村観測坑道における値である．
観測期間中に発生した噴火に伴う地震や微動について，共同実施機関の観測により得られた観測データを課題責任機関により取得された観測データと比較することにより光センサ
システムの火山性地震および微動の観測性能を評価の方法を以下に示す．地点 A に設置されている光センサ Opt. A と微動計 JU210 はともに加速度計である．一方，比較対象とするのはハルタ山観測室に近接して設置されているボアホール型速度型地震計（速度計）である．ボアホールの深さは約 300 m である．比較のために表 2 に示す噴火に対応する地震記録を用いる．加速度計 Opt. A と JU210 の噴火時の波形データを抽出し，積分することで速度波形に変換する．速度計の噴火時の波形データを同じ時間で抽出する．これにより３種類
16

の地震計の記録は速度波形となる．なお，波形を抽出する際に用いた時間窓の長さは 80 秒である．抽出した波形にたいしてファースト・フーリエ変換の処理を行うことで速度のパワースペクトル密度を計算する．速度記録にした地点 A の地震計 Opt. A と JU210 と，ボアホール速度計の波形記録とそれらのスペクトルを図 2 から図 19 に示す．また，図と噴火リス
トとの対応を表２に示す．

図 2. 2019 年 6 月 11 日 14:31 の噴火に伴う地震記録と対応するパワースペクトル密度．パ
ワースペクトル密度の表示周波数帯は 0.2〜20Hz である．左から右へ上下動成分，南北動成
分，東西動成分である．線の色は地震計の種類に対応し，黒線はボアホール速度計，青線はJU210，赤線は Opt. A である．

図 3. 2019 年 7 月 24 日 13:09 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

17

図 4. 2019 年 9 月 17 日 09:27 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 5. 2019 年 9 月 18 日 10:47 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

18

図 6. 2019 年 10 月 12 日 06:36 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 7. 2019 年 10 月 13 日 17:28 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 8. 2019 年 10 月 13 日 20:59 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

19

図 9. 2019 年 10 月 29 日 09:35 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 10. 2019 年 10 月 30 日 09:07 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

20

図 11. 2019 年 11 月 3 日 01:46 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 12. 2019 年 11 月 7 日 02:36 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 13. 2019 年 11 月 12 日 20:20 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

21

図 14. 2019 年 11 月 17 日 05:28 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 15. 2019 年 11 月 17 日 13:51 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

22

図 16. 2019 年 11 月 23 日 00:42 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 17. 2019 年 11 月 28 日 21:30 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

図 18. 2019 年 12 月 2 日 06:22 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．

23

図 19. 2019 年 12 月 4 日 15:33 の噴火に伴う地震記録とスペクトル．図のならび及び線の色の意味は図 2 と同様である．
ここでまず，図 2，図 4，図 8，図 14，図 15 の上下動において P 波初動到達から 8 秒後ぐら
いに急激に振幅が急激に大きくなる位相が Opt. A と JU210 に見られるが，ボアホール速度計には見られないことを指摘しておく．図 2，図 4，図 8，図 14，図 15 に対応する噴火は表2 に示す通り空振が概ね 60〜90Pa であり，噴火種別は Ex（爆発）である．空振の伝搬速度を 0.34 km/s とすると，南岳とハルタ山の直線距離 2.7 km なので P 波初動とこの位相の時
刻差 8 秒に対応する．これらの図の上下動成分のみに見られる急激に振幅が大きくなる位
相は空振が地面をたたくことで発生した地震動であると理解できる．ボアホール速度計は地中深くに地震計が存在するため，この地震動の影響はほとんどないとから理解できる．ここでは，Opt. A と JU210 とボアホール速度計の波形を比較にあたっては空振の影響による地震動の影響はこれ以上議論しない．この理由により図 2，図 4，図 8，図 14，図 15 の上下動成分については地震計間の比較の議論を以降行わない．同じ加速度計であり設置場所がほぼ同じで地表に設置されている Opt. A と JU210 の波形は３成分とも極めて似通っているが，スペクトルについては 0.2〜0.5Hz の周波数帯にて３成分ともに JU210 に比べ Opt. Aのパワーが大きいが，0.5Hz〜20Hz において両者は完全に一致している．さらに，5Hz 以上の高周波数成分は３種類のセンサーにて３成分ともにスペクトルの周波数に対するパワーの変化がおおよそ一致していることが分かる．
逆に低周波側である 0.2〜0.5Hz においては，
3 種類の地震計のパワースペクトルの乖離が大きく，３成分ともにボアホール速度計のパワーが小さい．これはボアホール速度計の固有周波数が 1Hz であるためである．一方，0.5Hz〜5Hz の周波数帯域においては Opt. A や JU210 とボアホール速度計との違いが明瞭である．
この帯域の上下動は Opt. A や JU210 に比べてボアホール速度計のパワーが大きいが，水平動はその逆でパワーが小さい．以上のことから，火山地震観測で一般的に用いられている固有周波数 1Hz の短周期地震計と比べて光センサシステムや地表置加速度計による観測は0.5Hz 以下の低周波帯において有利であり，5Hz 以上の高周波数帯における観測は遜色ない
24

と言える．一方，低周波地震や火山性微動の卓越周波数帯に該当する 0.5〜5Hz においては注意が必要である．既に述べた通り，上下動についてはボアホール速度計に比べて加速度計の Opt. A と JU210 はパワーが小さいが，水平動はその逆で加速度計の方がパワーは大きい．
とは言え，結論として光センサシステムは火山性地震の観測に対して十分な性能を有しており，0.5Hz 未満といった低周波帯は超低周波地震や超長周期地震といった火山においてし
ばしば発生する地震の周波数帯に該当し，この帯域に光センサシステムが十分な感度を有している．
2) 観測データの評価による光センサシステムの耐雷性能評価
桜島火山において 2019 年 6 月から半年間実施した光センサシステムによる地震観測における落雷に対する安定性を調査するためには，当該地震観測期間における桜島火山周辺の落雷発生についてのデータが必要である．そこで，2019 年 6 月 4 日午前 0 時から 2019 年 12
月 6 日午前 0 時の期間について落雷発生調査を行った．ハルタ山観測室の座標である北緯
31°35′39″，東経 130°37′55″を中心地点とした 50 km×50 km の範囲を落雷の調査範囲とした．そして，調査期間において時間帯毎に落雷の有無，落雷発生数，中心地点（ハルタ山観測所）からの最短水平距離（km）を調べた．図 20 に調査結果を示す．表 3 には落雷による地震波形記録への影響の評価のために用いるデータの時間帯における落雷発生数，
最短水平距離，それぞれの時間帯の開始時における降水量と風速を示す．

図 20．桜島周辺における雷発生状況．上図：1 時間あたりの発生頻度．下図：ハルタ山観測室から落雷地点までの水平距離．
25

表 3. 落雷発生日，時間帯，発生数，落雷地点までの水平距離，降水量，風速
年月日
2019-06-28(yyyy-mm2019-06-28
ddThh:mm:ss)
2019-07-21
2019-07-21
2019-07-21
2019-11-24
2019-11-24
2019-11-24
2019-11-24
2019-11-24

時間帯
5:00 – 6:00
6:00 – 7:00
6:00 – 7:00
10:00
–
11:00
–
11:00
8:00
12:00– 9:00
9:00 – 10:00
10:00
–
11:00
–
11:00
12:00
–
12:00

発生数
5
60
9
34
50
17
13
34
317
73

水平距離 (k
11.5
m)
1.1
1.0
1.5
1.8
16.8
16.8
7.4
4.0
6.6

降水量 (mm)
0.5
10.5
1.5
9.5
20.0
2.5
1.5
0.5
2.5
19.0

風速 (m/s)
3.9
2.1
5.1
2.9
3.3
2.1
2.0
5.6
7.9
4.7

13:00
2019 年は桜島火山が位置する九州南部において 5 月 31 日頃に梅雨入りし，7 月 24 日頃に梅雨明けした．梅雨の期間である 2019 年 6 月と 7 月において落雷数が多い（図 20 上図）．
また，それ以外の時期では落雷が無かった日が多いが 8 月下旬や 11 月 24 日に落雷数が多い．特に，11 月 24 日は 11 時台に 317 回と高頻度にて雷が発生した．この時の最短距離は
4.0 km であった（図 20 下図）．該当時間帯における地震波形記録を図 21 に示す．該当時間帯において噴火は発生していないことを確認した．また，火山構造性地震も発生していな
い．一方，低周波地震や火山性微動は発生しており，光センサシステム Opt. A と微動計
JU210 の両方にて観測されている．しかし，光センサシステムの地震記録では見られないが，微動計において振動が見られる場合がありその時間を図 21 の赤逆三角形にて示した．電気的な落雷ノイズに対応していると思われる．

26

図 21．2019 年 11 月 24 日 11 時 0 分から 12 時 0 分の地震波形記録．各地震トレースの左上に記載の Opt. A および JU210 はそれぞれ光センサシステムの地震計および微動計（加速度地震計）である．各地震トレースの右上に記載の UD，NS および EW はそれぞれ上下動成分，
南北動成分および東西動成分である．赤逆三角は雷の影響と思われる時間を示す．
雷の影響についてより長い時間にて検討を進めるにあたって，前節の火山性地震観測性能の評価で比較として用いたボアホール速度計の波形データは用いない．一般的な地震計では信号線が長ければ長いほど雷の影響を受けるため，300 m 深のボアホール速度計の記録と光センサシステムの記録を雷性能評価で比較するのは適切と言えない．そこで，同じ場所に設置されている光センサシステムの Opt. A と微動計 JU210 の上下動成分について表 3 に示す落雷発生時間帯のランニングスペクトルを作成して比較する．ランニングスペクトル作成にあたっては，時間窓長さを 5 秒間して，2 秒毎にパワースペクトル値をカラーにて表示
した．図 22, は Opt. A に対応し，図 23, は JU210 に対応している．2019 年 6 月 28 日 5:00
〜6:00 の時間帯においては，図 22 と図 23 を比較すると 3Hz から 30Hz にパワーのある地震に対応する部分については Opt. A と JU210 はおおよそ同じパワーである．一方，5:50〜
6:00 の時間帯では JU210 では図 23 に示すとおり 30〜50Hz の高周波数帯に継続したパワーが見られるのに対し，図 22 に示す Opt. A では見られない．これは雷ノイズの影響が JU210にあるが，Opt. A にはない可能性がある．30〜50Hz 帯の継続したパワーは図 25, 27, 29,
31, 33, 35, 37, 39 に示す他の時間帯の微動計 JU210 に見られる．一方，30〜50Hz 帯の継27

続したパワーは図 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 に示す他の時間帯の光センサ Opt. Aに見られない．なお，落雷発生は当然のことながら悪天候時に発生することが多いため，雨量と風速が大きい時間帯に対応することが多い．光センサ Opt. A と微動計 JU210 は前述の通りハルタ山観測室敷地内の岩石試料保管室内に設置されているため，建物への雨や風の影響が震動ノイズ源となっていると思われる．また，桜島は高頻度で噴火をしており比較的
長時間噴火が継続することもあり噴火に伴う震動も長時間継続する場合がある．いずれの震動も同じ場所に設置した Opt. A と JU210 では同じ震動を記録するはずである．実際に，前節の火山性地震観測性能の評価において噴火に伴う震動は Opt. A と JU210 では同一であることを示している．したがって，30〜50Hz の高周波数帯における JU210 に見られたノイズが Opt. A に見られないのは雷ノイズの影響が JU210 には有意にあるが Opt. A には無いことを示している．よって，光センサシステムは雷ノイズを拾わない特性，つまり耐雷性能を有していると結論できる．JU210 は前述のとおり信号線といったアナログ部は短いため電気的ノイズを拾いにくいはずである．一般的な地震観測では地震計からデータ収録部までの地震計信号ケーブルの長さは数メートルから長い場合は数百メートル．信号ケーブルは
シールド線で電気ノイズを拾いにくいものが使われているが，当然ながらケーブル長に比例して電気的ノイズの影響を受けやすくなる．雷といった顕著な電気的ノイズの影響は受け，実際にここで示した通りアナログ部が短い JU210 においても電気的ノイズのパワーを検出出来ている．火山における地震観測では，低周波地震や火山性微動に代表されるように
数 Hz 帯をメインターゲットとされてきたが，また広帯域地震観測により 0.01〜0.5Hz 帯の超長周期地震にも対象が広がってきた．これらの地震については従来型の地震計による観測で問題はない．しかし，火山における地震観測で対象とされてこなかった数 10Hz の震動について研究をするうえでは光センサシステムは有用である言えよう．実際に，火山にてこのような高周波数の震動があるかどうかであろうが，Gas Jet と呼ばれる周波数が 10Hz 以
上の空気振動が世界中で観測されている（例えば，Matoza et al. 2009）．したがって，地震動の観測からも Gas Jet を捉える試みをすることに意義があり，観測手段として光センサシステムの活用が考えられる．

28

図 22. 2019 年 6 月 28 日 5:00〜6:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
上下動成分の加速度のパワースペクトル密度をカラースケールにて示している．
29

図 23. 2019 年 6 月 28 日 5:00〜6:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
30

図 24. 2019 年 6 月 28 日 6:00〜7:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
31

図 25. 2019 年 6 月 28 日 6:00〜7:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
32

図 26. 2019 年 7 月 21 日 6:00〜7:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
33

図 27. 2019 年 7 月 21 日 6:00〜7:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
34

図 28. 2019 年 7 月 21 日 10:00〜11:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
35

図 29. 2019 年 7 月 21 日 10:00〜11:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
36

図 30. 2019 年 7 月 21 日 11:00〜12:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
37

図 31. 2019 年 7 月 21 日 11:00〜12:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
38

図 32. 2019 年 11 月 24 日 8:00〜9:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
39

図 33. 2019 年 11 月 24 日 8:00〜9:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
40

図 34. 2019 年 11 月 24 日 9:00〜10:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクトル．
他は図 22 と同様．
41

図 35. 2019 年 11 月 24 日 9:00〜10:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図 22と同様．
42

図 34. 2019 年 11 月 24 日 10:00〜11:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクト
ル．他は図 22 と同様．
43

図 35. 2019 年 11 月 24 日 10:00〜11:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図22 と同様．
44

図 36. 2019 年 11 月 24 日 11:00〜12:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクト
ル．他は図 22 と同様．
45

図 37. 2019 年 11 月 24 日 11:00〜12:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図22 と同様．
46

図 38. 2019 年 11 月 24 日 12:00〜13:00 の光センサ Opt. A 地震計のランニングスペクト
ル．他は図 22 と同様．
47

図 39. 2019 年 11 月 24 日 12:00〜13:00 の微動計 JU210 のランニングスペクトル．他は図22 と同様．
48

3) 光センサシステムの試験観測候補地選定
令和 2 年度に共同実施機関が開発する耐熱性能を強化した光センサシステムによる実地試験観測を令和 3 年度に予定している．そこで，令和 2 年度に実地試験観測の候補地選定を行った．当初，アクセスが比較的容易で高温下での試験観測の実施が見込まれる火山フィールドを候補としていたが，年度当初の緊急事態宣言およびその後継続しているコロナ禍
の状況において候補にしていた火山の現地調査を実施出来なかった．その後，光センサを構成する部品において腐食性能について不明な部分があり，火山地帯といった耐熱性能と火山ガスによる影響などへの耐腐食性能の両方が求められるフィールドにて試験観測を行うのは適切ではないと判断した．そこで，耐高温性と耐腐食性を分離して検証するために，令和 3 年度の実地試験観測の目的を耐熱性能の検証に絞ることにした．そして，適切な試験観測地候補として新潟工科大学（所在地：新潟県柏崎市藤橋 1719）の観測井を選定し，現地調査を実施した．なお，深井戸の外部機関の利用については新潟工科大学が利用規程を検討しているため，現地調査では深井戸における臨時地震観測を行わなかった．
新潟工科大学における現地調査は 2020 年 11 月 27 日に実施した．まず，新潟工科大学の事務方との打合せを行い，作成中の観測井の利用要領（案）が提示され，要領にしたがって観測井を利用することが両者で確認された．次に，観測井の下見を行った．図 40 に大学キャンパス内における観測井の位置と，観測井および関連設備の配置写真を示す．観測井は深さ 3000 m の深井戸で，2007 年新潟中越沖地震において地震動の増幅要因として明らかとなった深部地盤の減衰特性と不整形性の影響を評価する手法を整備するために作られ，2012
年から観測が開始された．しかし，報告書作成時点では使用されていない．

図 40. 観測井および関連設備の配置写真と観測井が位置する新潟工科大学多目的広場．

49

観測井内部の温度分布測定が行われており，非公開資料によると坑底の温度が 140℃程度
である（課題 B2-2 共同実施機関による令和２年度報告書参照）．したがって，高温環境となっており本試験観測の目的である耐熱性能の検証に有用であると言える．
４） プロジェクト運営
課題責任機関と共同実施機関との打合せを行った（後述，３.活動報告参照）．また，火山研究運営委員会や研究集会などに参加し，次世代火山研究・人材育成総合プロジェクトの次世代火山研究推進事業の他課題や火山研究人材育成コンソーシアム構築事業と連携し，プ
ロジェクトの推進に貢献した．
・次世代火山研究推進事業 課題 A：「各種観測のデータの一元化」との連携
令和元年度実施の試験観測で得られたデータの課題 A に対する提供方法を検討した．
・次世代火山研究推進事業 課題 B：「先端的な火山観測技術の開発」－サブテーマ 4：「火山内部構造・状態把握技術の開発」との連携
新型コロナウイルス感染症への対応のため他課題担当者との意見交換や共同観測の機会が十分に得られなかったが，①火山性地震観測性能評価および②耐雷性能評価の結果からサブテーマ４にて行われているアレイ地震観測に利用するに十分な性能を有していることが分かった．
・火山研究人材育成コンソーシアム構築事業
令和元年度実施の観測データ解析および令和３年度実施予定の観測に用いるセンサの作成を行ったため，同コンソーシアムには見学可能の申し入れを実施しなかった．一方，令和3 年度実施予定の観測において観測場所提供者である新潟工科大学に同コンソーシアムによる見学を行う予定である旨を伝え内諾を得た．また，課題責任者は火山研究人材育成コン
ソーシアム構築事業の運営委員会に出席して連携をおこなった．
(d) 結論ならびに今後の課題
1) 結論
令和元年度に半年間実施した桜島における光センサシステムによる地震観測データから，
火山性地震観測性能および耐雷性能評価を行った．
火山性地震観測性能の評価は噴火に伴う地震を用いて行った．光センサシステムと微動計は加速度計であり，課題責任機関の既設のボアホール地震計は速度計である．光センサシ
ステムと微動計の加速度記録を積分することで，速度記録に変換し，既設のボアホール速度計の記録と比較するとともに，パワースペクトル密度にて比較を行った．光センサシステムと微動計が地表設置のため噴火に伴う空振が励起した地震動が上下動成分に見られるのを除けば，地震波形には光センサシステムと微動計とボアホール速度計に大きな差は見られなかった．しかし，周波数帯毎のパワースペクトルに着目して比較することにより差が明ら
50

かになった．0.2〜0.5Hz の低周波側ではボアホール速度計のパワーが小さいのに対し，光センサシステムおよび微動計のパワーは大きい．特に光センサシステムは微動計に比べてパワーが大きいため，光センサシステムは低周波側に感度があることが分かった．0.5〜5Hzの周波数帯域は低周波地震などの火山性地震の卓越周波数の帯域であるが，上下動成分と水平動成分でパワーの大小が異なり，上下動成分の場合はボアホール速度計のパワー大きいのに対し，水平動成分では光センサシステムおよび微動計のパワーが大きいことが分かった．一方，5Hz 以上の周波数帯域では光センサシステム，微動計，ボアホール地震計でパワーに差は見られなかった．よって，光センサシステムは火山性地震の観測を行うにあたって十分な性能を有するが，既存の地震計との違いは知っておく必要がある．
耐雷性能評価は光センサシステムと微動計の加速度記録のランニングパワースペクトルを作成することで行った．そして，落雷頻発した時間帯において 30〜50Hz の高周波帯域において微動計に見られたパワーが光センサシステムには見られなかった．火山性地震観測においてこのような高周波数帯域は対象としてきていないが，Gas Jet など高周波数の帯域の現象もあることから，地震観測からも Gas Jet を捉える試みに対して光センサシステムは有用である．
2) 問題点と今後の課題
光センサシステムは既存の地震観測システムとは異なり電線を使わないため原理的に落雷に強く，高温に強く，腐食性ガスに強いと言えよう．ただし，原理的に利点があるとされていても，実際のシステムにおいてこれらの性能があるかどうかは別問題である．そこで，以下の性能についての開発と検証を今後進める必要がある．
・耐雷性の検証
・耐熱性能を持つセンサの開発
・耐腐食性能を持つセンサの開発
このうち耐雷性の検証に必要な実地データについては，令和元年度に実施した桜島のハ
ルタ山観測室敷地に設置したシステムにて標高の高い場所で梅雨期の始まる前に観測開始
し，台風シーズンを含めた半年間の観測から得られ．そして，令和２年度にデータのスペク
トル解析から耐雷性能を評価した．2 番目の高温に耐えるセンサの開発については，耐熱性能の高い光ファイバーの選定に目処がつき，令和２年度にセンサの開発を行った．3 番目の耐腐食性能を持つセンサの開発については来年度以降に検討を開始する．光ファイバー自体には金属部分が無いため耐腐食性能を有しているが，ケーブル被膜やセンサ筐体などの
光センサシステムのパーツの耐腐食性能は不明である．そこで，例えば活発な火口周辺に光ファイバーが既に敷設されている火山にて実地調査が必要である．
(e) 謝辞京都大学防災研究所火山活動研究センターの教職員の方々に多大なるご支援を頂いた．
51

(f) 引用文献
次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト次世代火山研究推進事業 課題 B2-2:火山観測に必要な新たな観測技術の開発
観測方式の検討と開発

位相シフト光干渉法による多チャンネル火山

令和元年度成果報告書

令和２年５月

文部科学省研究開発局 国立大学法人京都大学
鹿児島地方気象台（2020）鹿児島地方気象台ホームページ，県内の火山資料，
URL:https://www.jma-net.go.jp/kagoshima/vol/kazan_top.html
Matoza, R.S., Fee, D., Garces, M.A., Seiner, J.M., Ramon, P.A. and Hedlin, M.A.H.
(2009) Infrasonic jet noise from volcanic eruptions, Geophys. Res. Lett.,
36, L08303, doi:10.1029/2008GL036486.
(g) 成果の論文発表・口頭発表等
成果発表
なし
情報発信
・白山工業 Web ページ「位相シフト光干渉法による光センサ地震計測システム」
URL: https://www.hakusan.co.jp/solution/optical_sensor/
・白山工業 Web ページ「極限環境で利用可能なセンシング技術への挑戦」
URL: https://www.hakusan.co.jp/research_and_development/optical_sensor.html(h) 特許出願，ソフトウエア開発，仕様・標準等の策定
1)特許出願なし2)ソフトウエア開発
なし
3) 仕様・標準等の策定
なし

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(3)

令和３年度の業務計画案

以下の項目を共同実施機関（白山工業株式会社）と連携して該当年度の事業を行う．
① 光センサシステムの総合評価と総括共同実施機関とともに光センサシステムの実地観測の準備を令和3年度前半に行い，実地観測を令和3年度後半に実施する．そして，観測から得られた試験結果から，令和3年度観測および光センサシステムを総合的に評価し総括する．
② プロジェクト運営
火山研究運営委員会や研究集会などに参加し，次世代火山研究・人材育成総合プロジェ
クトの次世代火山研究推進事業の他課題や火山研究人材育成コンソーシアム構築事業と連携した取り組みを実施し，プロジェクトの推進に貢献する． 以下の連携を目指す．
1）次世代火山研究推進事業 課題A：「各種観測のデータの一元化」
試験観測の結果について，オフラインデータを提供する形で連携する．
2) 次世代火山研究推進事業 課題B：「先端的な火山観測技術の開発」－サブテーマ4：「火山内部構造・状態把握技術の開発」
本課題で行う試験観測結果を提供することと，各種委員会等に参加して他課題担当
者との意見交換の機会を持ちユーザーのニーズを把握して今後の改良に反映することによって他課題と連携する．
3) 火山研究人材育成コンソーシアム構築事業
実地観測の実施期間中に，求めに応じ，火山研究人材育成コンソーシアム参加者に実際の観測を見学する機会を提供する．

53