３.１.６

東北日本弧におけるひずみ集中帯の地震発生機構の解明

目次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・79(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度
2) 平成２０年度
3) 平成２１年度
4) 平成２２年度
5) 平成２３年度
6) 平成２４年度(e) 平成１９年度業務目的(2)

平成１９年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・80(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 観測機器の仕様検討と整備
a) 観測機器の仕様要件b) 観測機器の基本仕様及び整備
ⅰ) 地震計ⅱ) データロガー
2) 地震観測網概念設計a) 観測網整備の考え方b) 効果的配置の検討(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 学会等発表実績(f) 特許出願、ソフトウエア開発、仕様・標準等の策定(3)

平成２１年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・84

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(1) 業務の内容(a) 業務題目

東北日本弧におけるひずみ集中帯の地震発生機構の解明(b) 担当者
所属機関
東北大学大学院理学研究科

役職
教授

氏名

メールアドレス

松澤 暢

matuzawa@aob.geophys.tohoku.ac.jp(c) 業務の目的
東北地方の日本海沿岸、脊梁部、宮城県北部の 3 箇所に存在するひずみ集中帯の比較研究に基づくひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を行うため、東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心とした地域で機動的地震観測を行い、この地域における地震活動及び上部地殻から最上部マントルまでの構造全体を詳細に推定し、脊梁部や宮城県北部など他のひずみ集中帯と共通する特徴を抽出することにより、ひずみ集中帯と地震発生の関係を推定し、内陸地震の発生モデルを高度化する。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心とした地域におけるひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を行うために必要な地震計やデータロガーを整備するとともに、他のひずみ集中帯での調査結果と比較研究を実施する上で最も効果的な観測点配置等について検討を行う。
2) 平成２０年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心としてデータロガーと地震計を展開し、既存の観測網とあわせ、中心部で 5～10km、周辺部で 10～15km 程度となるような観測点間隔で微小地震観測網を構築する。回収データの一部について処理・解析する。
3) 平成２１年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯とその周辺地域での観測を継続し、得られたデータにより高精度の震源決定を行い、地震発生域下限の深さを調べる。
また上部地殻の構造について解析を行い、宮城県北部地震や中越地震の震源域に見られた、インバージョンテクトニクスを示唆する構造が存在するか否かを検証する。さらに、比較対象である脊梁ひずみ集中帯の北部の状況を高精度で把握するために、岩手山に機動的地
震観測点 1 点と GPS 観測点 2 点を設置し、観測を開始する。
4) 平成２２年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯とその周辺地域での観測を継続し、得られたデータにより高精度の震源決定を行い、さらに最上部マントルの構造を推定する。
5) 平成２３年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯とその周辺地域での観測を継続し、得られたデータにより高精度の震源決定を行うとともに下部地殻の構造を推定する。
6) 平成２４年度：東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯とその周辺地域での観測を継続し、得られたデータにより高精度の震源決定を行い、上部地殻から最上部マントルまで
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の構造全体を詳細に推定し、東北地方脊梁部と宮城県北部の最新の成果との比較研究により、ひずみ集中帯における地震発生のモデルの検証と改良を行う。
(e) 平成１９年度業務目的
ひずみ集中帯の陸域の観測で用いる機動的地震観測装置を整備するとともに、新潟県を中心とするひずみ集中帯の活断層及び活褶曲等の活構造の全体像を明らかにするための効果的な地震観測点配置等の検討を行う。
(2) 平成１９年度の成果(a) 業務の要約
東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心とした地域におけるひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を行うために必要な地震計やデータロガーを整備するとともに、他のひずみ集中帯での調査結果と比較研究を実施する上で最も効果的な観測点配置等について検討を行った。
(b) 業務の成果
1) 観測機器の仕様検討と整備
a) 観測機器の仕様要件
本調査観測・研究では、東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯とその周辺におけるひずみ集中帯を中心として微小地震観測を行い、すでに稠密観測で成果をあげた東北地方脊梁部（Hasegawa et al., 2005 1) ）や宮城県北部でのひずみ集中帯（Okada et al., 2007 2) ）の研究結果と比較することにより、ひずみ集中帯の地震発生原因を解明することを目的とした研究を計画した（図 1、P85）。ターゲットとする地域は山間部を中心とした豪雪地帯であり、また、これまで観測を実施してきた東北地方脊梁部や宮城県北部に比べると微小地震活動度はそれほど高くは無い。このため、データロガーは軽量かつ低消費電力であると同時に、高精度・高分解能であることが必要とされる。また、地震計も外部電源が不要なタイプである必要がある。以上のことから、今回整備する観測機器の必要な基本的要件は以下のとおりである。
・商用電源や通信手段が無くとも長期間の観測を可能とすること。
・設置に必要な面積が狭いこと。
・環境の変化や目的の変更等に応じ、移設が容易であること。
・設置に要する時間が短くて済むこと。
さらに、以下の要件も考慮された。
・データ回収後の処理が容易であること。
・既存の高感度地震観測網 Hi-net システムとの統合処理が容易であること。
・別の機器を組み合わせて、オンライン化することも可能であること。
以上の要件を満たす機動的地震観測システムの基本的仕様について以下に述べる。
b) 観測機器の基本仕様及び整備
80ⅰ)地震計自然地震観測で標準的に使用される地震計は、固有周波数が 1Hz あるいは 2Hz の動コイル型短周期速度型地震計である。特性的には 2Hz 地震計は、数 Hz 以上に卓越する微小地震では 1Hz 地震計とほぼ同等であり、微小地震の震源決定やトモグラフィー解析には全く支障はない。ただし、1Hz 地震計のほうが帯域が広く、遠地地震を利用した深部構造解析等にも利用できる。一方で、1Hz 地震計は振子重量が重く、筐体としても大きくなり、やや機動性に欠ける。これらを考慮して、地震計は 1Hz と 2Hz の両方を組み合わせることにした。以下に、詳細な仕様を示す。
・ 地震計は、電源を必要としない動コイル型地震計であること。
・ 外付けのシャント抵抗により減衰定数を 0.70 に設定可能であること。
・ 減衰定数が 0.70 のときの電圧感度が、1Hz 地震計の場合 4V/(inch/s) (= 1.57 V/ (cm/s))
以上、2Hz 地震計の場合電圧感度が 0.6 V/(inch/s) (= 0.24 V/(cm/s)) 以上であること。
・ 1Hz の地震計の場合には、検定用のキャリブレーションコイルが付属していること。
・ 本体の外形寸法・重量については、1Hz 地震計の場合、直径が 10 cm 以下、長さが 15cm以下、重量が 2.5 kg 以下であり、2Hz 地震計の場合、直径が 7 cm 以下、長さが 7 cm 以下で、重量が 0.5 kg 以下であること。
入札の結果、整備された微小地震観測用地震計のスペックは以下のとおりである。
１Hz 地震計（図 2、P85）
・型式：米国 SERCEL 社製 Mark Products L-4C
・タイプ：電源を必要としない動コイル型地震計
・ダンピング：外付けのシャント抵抗により減衰定数を 0.70 に設定可能
・電圧感度：減衰定数が 0.70 のときの 4.3 V/(inch/s) (= 1.69 V/ (cm/s))
・キャリブレーションコイル：検定用のキャリブレーションコイルが付属
・外形寸法：直径 7.6 cm、長さ 13.0 cm（コネクタ部を除く）
・重量：2.15 kg
・台数：上下動 10 台、水平動 20 台
2Hz 地震計（図 3、P86）
・型式：米国 SERCEL 社製 Mark Products L-22D
・タイプ：電源を必要としない動コイル型地震計
・ダンピング：外付けのシャント抵抗により減衰定数を 0.70 に設定可能
・電圧感度：減衰定数が 0.70 のときの 1.43 V/(inch/s) (= 0.56 V/ (cm/s))
・外形寸法：直径 6.0 cm、長さ 5.1 cm（コネクタ部を除く）
・重量：0.43 kg
・台数：上下動 10 台、水平動 20 台ⅱ) データロガー
データロガーとしては、山間部でも設置できるよう、コンパクトで、かつ商用電源（AC100V）の供給が無い状況下の利用を前提とする必要がある。測定データはコンパク
トフラッシュ・メモリカード（CF カード）に収録し、かつ他のデータと統合を容易にす81

るために、WIN フォーマットでデータが記録されることが必要である。一方、電話回線が使える場合には、オンラインでデータを収集するほうが作業効率が高いため、ルーターを別途設置することによってオンラインでデータ伝送できるよう、通信インターフェースを備え、また UDP/IP パケットによるリアルタイムテレメータ機能を備えていることが必要である。
以下に、詳細な仕様を示す。
・AD 分解能は 24bit 以上であること。
・チャンネル数は 6 チャンネル以上であること。
・入力レンジはチャンネルごとに±10V と±1V の切り替え可能であること。
・サンプリング周波数は 100Hz と 200Hz の選択可能であること。
・ダイナミックレンジは 100Hz サンプル時で 135dB 以上であること。
・時刻校正については、GPS 衛星の連続捕捉による常時校正可能であり、かつ 1 衛星だけで校正可能であること。またデシメーションフィルタのタイミングが GPS 時刻に同期していること。
・ロガー機能として、2GB 以上の連続記録を CF カードに保存できること。
・テレメータ機能として UDP/IP パケットによるリアルタイムテレメータ機能を有すること。
・データフォーマットは WIN フォーマットであること。
・通信インターフェースとして 10Base-T または 100Base-T を有していること。
・電源は DC12V で 2 系統同時入力可能であること。
・消費電力は GPS 受信時も含めて 3W 以下であること。
・動作温度は-20～+50℃またはそれより広範囲であること。
・寸法は 200 x 200 x 100 mm 以下であること。
・重量は 1kg 以下であること。
入札の結果、整備されたデータロガーのスペックは以下のとおりである。
・型式：白山工業株式会社製DATAMARK LS-7000XT（図 4、P86）

・AD 分解能：24bit・チャンネル数：6 チャンネル・入力レンジ：チャンネルごとに±10V と±1V の切り替え可能
・サンプリング周波数：100Hz と 200Hz の選択可能・ダイナミックレンジ：100Hz サンプル時で 135dB
・時刻校正：GPS 衛星の連続捕捉による常時校正可能であり、かつ 1 衛星だけで校正可能であり、またデシメーションフィルタのタイミングが GPS 時刻に同期している・ロガー機能：2GB 以上の連続記録を CF カードに保存可能
・テレメータ機能：UDP/IP パケットによるリアルタイムテレメータ機能有・データフォーマット：WIN フォーマット
・通信インターフェース：10Base-T 有
・電源：DC12V で 2 系統同時入力可能
・消費電力：GPS 受信時も含めて最大 2.52W
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・動作温度：-20～+50℃
・寸法：155 x 187 x 56 mm（突起部除く）
・重量：960 g（CF カード含まず）
2) 機動的地震観測網概念設計a) 観測網整備の考え方
本調査観測・研究の目的は、東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心とした地域で機動的地震観測を行い、この地域における地震活動及び上部地殻から最上部マントルまでの構造全体を詳細に推定し、脊梁部や宮城県北部など他のひずみ集中帯と共通する特徴を抽出することにより、ひずみ集中帯と地震発生の関係を推定し、内陸地震の発生モデルを高度化することにある。この目的のためには、浅部から最上部マントルの構造までを明らかに出来るような観測点配置にする必要がある。浅部地殻の地震発生域の構造を詳細に推定するためには観測網の中心では観測点間隔を 5km 程度以内にする必要がある。一方、深部を明らかにするためには、ある程度広域に観測網密度を上げておく必要がある。また、データの収集・解析の効率化のために、ルーターを別途調達して、可能であればオンライン化することが望ましい。
b) 効果的配置の検討
上記の観測点配置の考え方に基づき、既存の定常的地震観測網の配置を考慮して機動的地震観測装置の設置場所の検討を行なった。その結果を図 5(P87)に示す。機動的地震観測装置の設置については、様々な検討を行い、設置・移設および保守が容易であることと S/Nを考慮して、岩が出ている場合には極力そこに設置するが、岩が無い場合には、斜面を少し掘ってセメントで台を作り、地震計を設置して、それをコンパネで作った木箱で囲う方式を採用することにした。観測網のうち平野部については極力オンライン化して効率化をはかり、電源のとれない山間部はオフラインで観測することとした。
(c) 結論ならびに今後の課題
東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心とした地域におけるひずみ集中帯の機構解明に資する調査研究を行うために必要な地震計やデータロガーを整備するとともに、他のひずみ集中帯での調査結果と比較研究を実施する上で最も効果的な観測点配置等について検討を行った。今後、実際の最終的な設置点を決定していく際には、設置地点のノイズレベルや環境、地元の意向等にも十分考慮する必要がある。また、データ処理には、広域の定常観測網と同時に処理しなければ意味が無いので、そのための、データの統合・処理の段取りをつけ、円滑に処理できるような体制を作る必要がある。また、オフラインの観測点についても、データ収集が効率的に行えるように工夫する必要がある。
(d) 引用文献
1) Hasegawa, A., J.Nakajima, N. Umino and S. Miura, 2005, Deep structure of thenortheastern Japan arc and its implications for crustal deformation and shallow
seismic activity, Tectonophysics, 403, 59-75.
832) Okada, T., A. Hasegawa, J. Suganomata, N. Umino, H. Zhang, and C. Thurber, 2007,
Imaging the heterogeneous source area of the 2003 M6.4 northern Miyagi earthquake,
NE Japan, by double-difference tomography, Tectonophysics, 430, 67-81.
(e) 学会等発表実績
なし(f) 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(3) 平成２１年度業務計画案
東北地方日本海沿岸の庄内平野東縁断層帯を中心としてデータロガーと地震計を展開
し、既存の観測網とあわせ、中心部で 5～10km、周辺部で 10～15km 程度となるような観測点間隔で微小地震観測網を構築する。回収データの一部について処理・解析する。

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図1

図2

機動的地震観測の概要整備された 1Hz 地震計（L-4C)

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図3

図4

整備された 2Hz 地震計（L-22D）

整備されたデータロガー（LS-7000XT）

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図5

機動的地震観測網配置検討結果

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