１２－２３

防災科研におけるモニタリング手法高度化への取り組み
 evelopment of advanced monitoring methodologies for interplate slip at NIED
D
防災科学技術研究所
National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention

防災科研ではこれまでに，基盤的地震観測網による連続観測や，機動的な臨時観測等によって，深部低周波微動 1），スロースリップイベント（SSE）2, 3），深部・浅部超低周波地震（VLFE）4, 5）等のスロー地震や，繰り返し地震のモニタリング 6），およびそれらの発生場を知るための詳細な地下構造の推定 7, 8）等を行ってきた．
本稿では，防災科研で現在進めている多項目のモニタリング手法高度化・地下構造推定の高精度化への取り組みのうち，（1）地殻変動データに基づく短期的 SSE の自動検出：（2）浅部 VLFE の高精度震源推定：（3）詳細な微動分布とエネルギー放射の時空間変化の理解を目的とした臨時アレ
イ観測計画：について紹介する．
（1） 地殻変動データに基づく短期的 SSE の自動検出
防災科研では，高感度地震観測網 Hi-net に併設されている高感度加速度計水平動成分のデータに基づき地殻傾斜観測を行っている．西南日本の深部低周波微動発生領域では活発な微動活動に伴い傾斜変動が観測される場合があり，沈み込むプレート境界面上での SSE によってこの地殻変動が生じていると考えられる 2, 3）．この短期的 SSE の傾斜変動は非常に小さく，最大でも 0.1μrad 程度と，気圧変動や降雨等によるノイズに容易に埋もれてしまうレベルであり，現状では深部低周波微動の活動を手がかりにして，解析者の主観によって SSE の同定を行っている．しかしながら，解析者の主観によらない客観的な基準を設け，イベント検出を自動化することによって，プレート境界すべりのモニタリングに資することができ，ひいてはプレート境界型巨大地震の準備過程の監視に役立つと期待される．
このような目的のもと，防災科研では短期的 SSE の自動検出手法の開発をすすめている．すでに第 186 回地震予知連絡会重点検討課題において我々の取り組みの一部を報告している9）が，それ以降もより検出精度を高めるための改良を行っている（第 1 図）
．傾斜や歪などの地殻変動連続観測データは，GPS 観測データに比べ，サイト固有の影響を強く受け，観測点毎のデータの特性が大きく異なることが一般的である．そのため，いかにして SSE による地殻変動の記録のみを抽出するかが非常に重要なポイントとなる．これを実現するため，我々は特に傾斜データのモデリング部分の改良を行っている．例えば，ノイズ成分としてランダムウォーク成分を加え，より現実的な観測データを表現できるようにしている．また，ある観測点だけでのローカルな変動による SSEの誤検知を防ぐため，検出された SSE のロバスト性テストも組み込んでいる．
このような手法を 2007 ～ 2008 年の 2 年間の四国全域の傾斜データに適用した結果を第 2 図に示す 10）．ここではプレート境界の形状を模して 30×30 km2 の大きさの矩形断層を配置し，SSE の発生期間と場所，すべり速度を推定した．この結果，四国西部で約 6 か月周期で発生する短期的 SSEを自動的に検出することに成功している．それらの断層パラメタはいずれもこれまでに手動解析で求められている値と調和的な値が推定されている．この自動検出手法の利点として，SSE の継続時間を客観的に定義できる点や，それに基づき，SSE とそれに伴う微動活動の場所や時間推移を相－ 517 －互に比較することが可能な点などが挙げられる．このことで，SSE の統計的な性質の評価や，微動と SSE の活動推移の対比により，これらの現象の発生メカニズムの理解が進むと考えられる．
今後は，さらに手法自体の改善を進めるとともに，適用領域を他地域へも広げていく予定である．また，現在，防災科研と産業技術総合研究所との共同研究で，産総研が整備している地下水等総合観測網のボアホール歪計データと我々の傾斜データとの相互流通の取り組みを進めており，その両者の併合処理を行うことで，自動検出精度の向上を目指していく．
（2） 浅部 VLFE の高精度震源推定
防災科研の地震観測網により浅部 VLFE が見出されて以降 4），Hi-net 高感度加速度計データのアレイ解析に基づく浅部 VLFE の全国規模でのモニタリングを準リアルタイムで行っている 11）．
それにより，十勝沖の日本海溝・千島海溝会合点付近で初めて VLFE 活動が見出され，さらにその活動の時間推移は 2003 年十勝沖地震後の余効的地殻変動に良く似た変化を示すことが分かった（第 3 図）．また，例えば足摺岬沖では 2003 年と 2010 年の豊後水道長期的 SSE の時期にのみ活動が活発化するなど，他の領域でも特徴的な時間推移を示すことが分かってきている．西南日本の浅部 VLFE は，震源の深さや震源メカニズムから，南海トラフに沿って発達している付加体内部で発生していると考えられている 4, 13）のに対し，付加体が存在しない十勝沖では，プレート境界付近で発生していると考えられている 11）．いずれの場合においても，浅部 VLFE の活動はプレート境界すべりと密接に関連していることが示唆され，海域における観測態勢がまだ十分整備されていな
い現状では，プレート境界浅部の挙動を知る上で，浅部 VLFE のモニタリングを行うことは非常に重要である．
我々はこのような準リアルタイムアレイ解析システムによる浅部 VLFE のモニタリングを継続的に行うとともに，より詳細な震源位置を推定するための手法開発にも取り組んでいる．具体的には，既知の VLFE の波形をテンプレートとし，それぞれの観測点での別の期間の波形との相互相関関数から到達時間差を求め，既知 VLFE に対する相対的な震源を精度よく決定するものである
14）（第 4 図）．ここでは，Hi-net 観測開始より以前まで遡ることができる F-net 記録にも適用可能な手法とすることで，より長期間の VLFE 活動を，より詳細に求めることを目的としている．1998
年以降の F-net 記録にこの手法を適用した結果，従来は 1 つの直径 50 km 程度の範囲にばらついた震源分布しか得られていなかった十勝沖の VLFE 活動が，より細かい複数のクラスタに分かれ，さらにそれぞれのクラスタで特徴の異なる時間的推移を示すことが明らかとなった 14）．
今後は，この手法を他の領域のデータにも適用していくことで，プレート境界でのすべり挙動が異なる様々な場所での VLFE 活動を明らかにし，VLFE 発生メカニズムの解明を目指すとともに，プレート境界すべりのモニタリングツールとしての精度を高めていきたい．
（3） 詳細な微動分布とエネルギー放射の時空間変化の理解を目的とした臨時アレイ観測計画
我々は，Hi-net の記録に基づき，エンベロープ波形の相互相関と波形振幅の情報を組み合わせた
ハイブリッド法 15）及びクラスタリング処理 16）により，深部低周波微動活動のモニタリングを行っている．一方，より詳細な微動活動，特に微動の細かいスケールでの移動現象をとらえるために，地震計アレイによる臨時観測を四国西部にて実施し，2007 年 3 月の微動エピソードを 3 か所のアレイで観測することに成功し，通常より速い速度での微動の移動現象をとらえるなどの成果を得ている 17）．

－ 518 －そこで，より詳細な微動分布の把握や，微動源でのエネルギー放射の時空間変化などを調べるた
め，我々は新たな臨時アレイ観測計画を進めている（第 5 図）
．この計画では，四国西部の微動発生域をカバーする 5 か所に，固有周波数 2Hz の 3 成分地震計で構成するアレイを展開する．そのうちの 1 か所は，地震計約 30 台を面的に配置し，アレイの指向性を極力抑えることで広範囲の微動をカバーすることを狙っている（L-array）．また他の 4 か所には約 10 台の地震計を配置し，それぞれの近傍の微動を，L-array と併せることで詳細にマッピングすることを目指す（S-array）．
この地域では活発な微動活動が約 6 か月周期で発生し 2），直近のエピソードが 2010 年 8 月に発生していることから 18），次のエピソードは 2011 年の早い時期の発生が予想される．これを観測するために，2010 年 12 月中の観測開始を目指している．そして，微動の移動などの特徴を幅広くとらえるために，できれば複数回の微動エピソードが観測できるだけの長期間，観測を継続したいと考えている．
（廣瀬仁・木村武志・浅野陽一・武田哲也・汐見勝彦）

参考文献1) Obara, K. (2002), Nonvolcanic Deep Tremor Associated with Subduction in Southwest Japan,Science, 296, 1679-1681.
2) Obara, K., H. Hirose, F. Yamamizu, and K. Kasahara (2004), Episodic slow slip events
accompanied by non-volcanic tremors in southwest Japan subduction zone, Geophys. Res.
Lett., 31, L23602, doi:10.1029/2004GL020848.
3) Hirose, H. and K. Obara (2005), Repeating short- and long-term slow slip events with deeptremor activity around the Bungo channel region, southwest Japan, Earth Planets Space, 57 (10),961-972.
4) Obara, K., and Y. Ito (2005), Very low frequency earthquakes excited by the 2004 off the Kii
peninsula earthquakes: A dynamic deformation process in the large accretionary prism, EarthPlanets Space, 57 (4), 321-326.
5) Ito, Y., K. Obara, K. Shiomi, S. Sekine, and H. Hirose (2007), Slow Earthquakes Coincident with
Episodic Tremors and Slow Slip Events, Science, 315, 5811, 503-506.
6) Matsubara, M., Y. Yagi, and K. Obara (2005), Plate boundary slip associated with the 2003 OffTokachi earthquake based on small repeating earthquake data, Geophys. Res. Lett., 32, L08316,doi:10.1029/2004GL022310.
7) Shiomi, K., M. Matsubara, Y. Ito, and K. Obara (2008), Simple relationship between seismic
activity along Philippine Sea slab and geometry of oceanic Moho beneath southwest Japan,Geophys. J. Int., 173, 1018-1029.
8) Matsubara, M., K. Obara, K. Kasahara (2009), High-Vp/Vs zone accompanying non-volcanic
tremors and slow-slip events beneath southwestern Japan, Tectonophys., 472, 6-17.
9) 防災科学技術研究所 (2010), 短期的スローイベントと微動の準リアルタイムでの検知能力 , 連絡
会報 , 84, 577-590.

－ 519 －10) Kimura, T., K. Obara, H. Kimura, and H. Hirose (2010), Automated detection of slow slip
events within the Nankai subduction zone, Geophys. Res. Lett., doi:10.1029/2010GL045899 (inpress).
11) Asano, Y., K. Obara, Y. Ito (2008), Spatiotemporal distribution of very-low frequency
earthquakes in Tokachi-oki near the junction of the Kuril and Japan trenches revealed byusing array signal processing, Earth Planets Space, 60, 871-875.
12) 防災科学技術研究所 (2010), 日本周辺の超低周波地震活動 (2009 年 11 月～ 2010 年 4 月 ), 連絡会
報 , 84, 6-7.
13) Ito, Y., and K. Obara (2006), Dynamic deformation of the accretionary prism excites very low
frequencyearthquakes, Geophys. Res. Lett., 33, L02311, doi:10.1029/2005GL025270.
14) 浅野陽一・小原一成・松澤孝紀・廣瀬仁 (2010), F-net 記録の波形相関解析によって明らかになった 1998 年以降の十勝沖における超低周波地震活動 , 日本地震学会 2010 年秋季大会 , B22-1115) Maeda, T., and K. Obara (2009), Spatiotemporal distribution of seismic energy radiationfrom low-frequency tremor in western Shikoku, Japan, J. Geophys. Res., 114, B00A09,
doi:10.1029/2008JB006043.
16) Obara, K., S. Tanaka, T. Maeda, and T. Matsuzawa (2010), Depth-dependent activity of nonvolcanic tremor in southwest Japan, Geophys. Res. Lett., 37, L13306, doi:10.1029/2010GL043679.
17) Ueno, T., T. Maeda, K. Obara, Y. Asano, and T. Takeda (2010), Migration of low-frequency
tremors revealed from multiple-array analyses in western Shikoku, Japan, J. Geophys. Res.,
115, B00A26, doi:10.1029/2008JB006051.
18) 防災科学技術研究所（2011），西南日本における深部低周波微動活動（2010 年 5 月～ 2010 年10 月），本連絡会報（9－1）．

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第1図

短期的 SSE の自動検出の手順．

Fig. 1 The procedure for automated detection of a short-term SSE.

第 1 図:
防災科研
廣瀬他

第2図

四国全域での 2007 ～ 2008 年の 2 年間における自動検出結果（Kimura et al., 201010）を修正）．

Fig. 2 Results of the application of the automated detection procedure to tilt data in Shikoku for 20072008 (modified after Kimura et al., 201010)).

第 2 図:
防災科研
廣瀬他－ 521 －

第3図

準リアルタイムアレイ解析システムによる浅部 VLFE のモニタリング結果 12）．

Fig. 3 Monitoring result of the semi-realtime array signal processing for shallow very low frequency
earthquakes12).

第 3 図:
防災科研
廣瀬他

第4図

波形相関解析による VLFE の検出手法の手順．

Fig. 4 Detection of shallow VLFEs based on waveform cross-correlation.

第 4 図:
防災科研
廣瀬他－ 522 －

第5図

四国西部における微動の臨時アレイ観測計画．

Fig. 5 A plan for a multiple array observation experiment for deep low-frequency tremor in western Shikoku.

第 5 図:
防災科研
廣瀬他－ 523 －