３．１．５

ひずみ集中帯発生にかかわる地殻構造の研究

目次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・71(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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・72(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 自然地震観測システムa) 観測網の基本戦略b) 地震計c) データロガーd) 観測点配置設計概念(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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・76

70

(1) 業務の内容(a) 業務題目

ひずみ集中帯発生にかかわる地殻構造の研究(b) 担当者
所属機関
北海道大学理学研究院附属役職
教授

氏名
茂木 透

メールアドレス
mogitisv@mail.sci.hokudai.ac.jp

地震火山研究観測センター(c) 業務の目的
北海道中軸帯では、島弧衝突の影響による活断層が分布しており、そこでのひずみ集中が測地学的に観測されている。その発生機構を解明するため、稠密な自然地震観測や地磁気地電流法観測を実施し、詳細な震源分布や地殻比抵抗構造等を把握する。それらの関連性を調査することで、地震活動と地殻不均質構造との関係や、地震発生に大きくかかわっていると考えられている地殻流体分布等を調査し、ひずみ集中発生機構に関する新たな知見を得る。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：ひずみ集中帯にかかわる地殻構造の研究に用いる自然地震観測システムを整備するとともに、ターゲットである石狩東縁断層帯においてそれを効果的に運用できるような地震観測点配置等の検討を行う。
2) 平成２０年度：ひずみの集中が観測されている石狩低地帯周辺での地震活動を把握するため自然地震観測を開始する。地殻構造や流体の分布を調査するために、同地域で比抵抗構造探査を実施する。
3) 平成２１年度：自然地震観測を継続し、地震観測データの蓄積を図る。比抵抗構造の空間密度を上げるための電磁気観測を実施する。
4) 平成２２年度：自然地震観測を継続し、地震観測データの蓄積を図る。比抵抗構造の空間密度を上げるための電磁気観測を実施する。
5) 平成２３年度：自然地震観測を継続し、地震観測データの蓄積を図るとともに、予備解析を実施し、最適な震源決定手法について検討する。比抵抗構造の空間密度を上げるための電磁気観測を実施するとともに、予備的な解析を実施し、初期構造モデルを得る。
6) 平成２４年度：自然地震観測を継続し、かつ、比抵抗構造の空間密度を上げる電磁気観測を実施するとともに、地震データ・電磁気データの解析を実施し、詳細な震源分布や比抵抗構造等を得る。これらのデータを総合的に検討し、ひずみ集中機構に関する知見を得る。
(e) 平成１９年度業務目的
ひずみの集中が観測されている石狩低地帯東縁断層帯南部周辺での地震活動を把握するため自然地震観測システムを整備する。

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(2) 平成１９年度の成果(a) 業務の要約
石狩低地帯東縁断層帯南部のひずみ集中帯における地殻構造の研究を進めるために必要な自然地震観測システムの仕様を策定しその整備を行う（図 1、P77）。具体的には、固有
周期 1Hz の高感度速度型地震計、強震動を記録できる強震計、広帯域の地震波形を記録できる広帯域地震計、記録を AD しデータをテレメータするデータロガー装置からなるシステムを構築する。これらの機器の機器特性・相互接続プロトコルを調査し、自然地震をもれなく記録できる性能を有していることを確認した。
(b) 業務の成果
1) 自然地震観測システムa) 観測網の基本戦略
ひずみ集中帯にかかわる地殻構造の解明を行うためには、ひずみ集中帯に発生する極微小地震から強震動までをもれなく記録し、その活動特性を明らかにすることが必要である。
特に、大きい地震が発生した場合には、その震源過程を調べることが重要であり、そのためには大きな揺れをも振り切れることなく記録することが求められる。また、定常的に発生している微小地震は、断層ジオメトリや応力状態を推定するのに有用な情報をもたらす
ものの、非常に小さなシグナルのために高い S/N 比での観測を行うことが求められる。これに加え観測されたデータは、リアルタイムテレメータを行い、他の観測点と併合して処理することで、震源決定精度の向上が見込まれるとともに、より多くの知見が得られることが期待される。このため、北海道大学で運用している地震テレメータシステムとの整合性をはかり、データの一元管理がなされることが望ましい。
上記研究目的を達成するためには、このような条件をみたすようなセンサー・ロガー・テレメータの仕様を策定し調達を行うことが必要である。
b) 地震計
本観測網は、極微小地震から強震動までの広い帯域をカバーすることを目標としている。
このため、一種類のセンサーをもってこの目標を達成することは困難であり、二種類のセンサーによる平行観測をもってこれにあたることにした。具体的には、微小地震観測に有効な速度型地震計と、強震動帯域においても記録が可能な加速度型地震計の併用を行うこととした。 自然地震観測で標準的に利用される地震計は 1 秒の固有周期をもつ動コイル型速度検出器であり、本観測でもそれを採用することとした。また、強震動観測には、大加速度にも対応できるような加速度検出器を用いることが一般的であり、本仕様では電源供給のいらない可減衰型の加速度検出器を採用することとした（図 2、P77）。また、より広帯域な地動にも対応するため、広帯域地震計も整備することとした。以下に、詳細な仕様を示す。
速度型地震計：y

固有周期1秒の振り子を有する速度型検出器であること。
72

y

ダンピング常数が0.5以上であること。

y

電圧感度が250V/m/sec以上であること。

y

コイル抵抗が4000オーム以上であること。

y

上下・東西・南北の3成分を有すること。

y

無電源で使用できること。

y

水準がとれるような気泡等センサーが本体に付随してあること。

y3成分のセンサーが30cm四方以内の筐体に一体化して収納してあること。

y

重量が15kg以下であること。

yAD変換装置などに接続できるような出力ケーブルが付属してあること。

入札の結果、整備された速度型地震計のスペックは以下の通りである。
y形式：応用地震計測y

固有周期：1.0秒±10%y

感度：9.7V/in/sec±10%yコイル抵抗：4550ohms±5%y

開放ダンピング定数：0.54±20%

y

台数8台

ジオスペース社製

GS-1

加速度型地震計：y

強震動観測が可能な過減衰型加速度検出器であること。

y

測定範囲が±2000Gal(5Hz～100Hz)であること。

y

電圧感度が2V/9.8m/s 2 以上でありこの10％以内に収まること。

y

振動数範囲が0.07-100Hzであること。

y

上下・東西・南北の3成分を有すること。

y

無電源で使用できること。

y3成分のセンサーが30cm四方以内の筐体に一体化して収納してあること。

y

重量が5kg以下であること。

yAD変換装置などに接続できるような出力ケーブルが付属してあること。

入札の結果、整備された加速度型地震計のスペックは以下の通りである。
y

形式：ミツトヨ加速度検出器

y方式：過減衰形加速度計

y

測定範囲：2000gal

y

感度：2.2V/gal/s/s±10%y振動数範囲：0.07-100Hz

y台数8台

JEP-6A3

広帯域地震計：y

広帯域な地震動の観測が可能であること。
73y

1Hzから120秒までの帯域でフラットな応答特性をもつこと。

y上下・東西・南北の 3 成分を有すること。

yAD 変換装置などに接続できるような出力ケーブルが附属していること。

y

重量が 15kg 以下であること。

整備された広帯域地震計のスペックは以下の通りである。
y

形式：ストレッカイゼン社製

y方式：フィードバック型y

測定範囲：50Hz-120 秒y

感度：2×750Vsec/my

出力：差動±20Vy

台数 1 台速度型広帯域地震計

STS-2c) データロガー
データ収録装置としては、センサーで取得された地動を量子化して保存するとともにテレメータ機能を有するものとし、極微小地震から強震動記録までをもれなく記録できるような広ダイナミックレンジをもつものを基本とした。具体的には、135dB 以上のダイナミックレンジをもち、100Hz 以上のサンプリングが可能で、Win パケットとの相互変換が可能なものである。また、刻時精度が保証されることも条件である。以下に詳細な仕様を示す。
y6 チャネル以上の入力端子を有すること。

y

入力が±10V および±1V の双方を有しチャネル毎に切り替えが可能であること。

yサンプリングは 200Hz、100Hz、40Hz、1Hz を有し 3 チャネルごと切り替えが可能であること。

yAD 変換機は 24 ビット以上の性能を有すること。

yダイナミックレンジは 100Hz サンプル時で 135dB 以上を有すること。

y

時刻校正が GPS 衛星情報を用いて可能であること。

y2GB 以上のデータの記録が容易に交換可能なコンパクトフラッシュカード等の不揮発性メモリにより連続的に可能であること。

y

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。

y校正時刻スタンプ付き WIN フォーマットでの出力が可能であること。

y

TCP/UDP、telnet、ftp、PPP の通信プロトコルを有すること。

y10Base-T 以上および RS-232C の通信インターフェースを有すること。

y

消費電力が通常時 150mA 以下、GPS 時刻同期時で 210mA 以下であること。

y

筐体は 20cm 四方以内であること。

y

重量は 1kg 以下であること。

y

GPS 電波受信用のヘリカルアンテナが付属していること。

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通りである。

LS7000XTy

形式：白山工業y

入力チャネル数：6chy

入力範囲：±10V, ±1V74

y

ダイナミックレンジ：135dBy

サンプリング： 200Hz、100Hz、40Hz、1Hzy

時刻構成：GPS衛星時計に同期yテレメータ：UDP/IP方式yフォーマット：WINフォーマット

y台数3台d) 観測点配置設計概念
本研究の目的はひずみ集中帯発生にかかわる地殻構造の解明であり、そのターゲットとしては測地学的にひずみ蓄積が観測されており、かつ、活断層調査から活動的であるとのデータが得られている石狩低地帯東縁断層帯南部を選定した（図 1、P77）。この地域には、北海道大学・気象庁・防災科学技術研究所などによりすでに地震観測点が設置されているものの、その観測点間隔は 30km 弱程度と、長さ 30km 程度の石狩低地帯断層帯南部の詳細な地震活動を把握するにはその密度はまだ十分とは言いがたい。よって、より詳細な観測データを得るために、既存の観測点間隔の 2 倍程度の密度をもつような観測網となるように、机上選定作業を行った。この観測網では、既存の観測点のデータも用いることが前提となっているため、テレメータ系・データ処理系においても既存のシステムに乗り入れができるような設計を行う必要がある。この条件として、フォーマットの統一をはかり、テレメータ方式においても IP/VPN 網の活用が必要である。
(c) 結論ならびに今後の課題
石狩低地帯東縁断層帯南部のひずみ集中帯における地殻構造の研究を進めるために必要な自然地震観測システムの仕様を策定しその整備を行った。具体的には、固有周期 1 秒の高感度速度型地震計、強震動を記録できる強震計、広帯域の地震波形を記録できる広帯域地震計、記録を AD しデータをテレメータするデータロガー装置からなるシステムの仕様を策定してその整備を行った。また、これらの機器を運用するにあたるシステム的な条件の検討や既存観測網との一元化に必要な観測点設置要件の検討を実施した。今後は、これらの条件を満たす観測点の実地選定作業を行い、地震観測点の設置作業を実施するとともに、テレメータ系および処理系システムの運用にむけての検討を実施する予定である。
(d) 引用文献なし(e) 学会等発表実績
学会等における口頭・ポスター発表なし
学会誌・雑誌等における論文掲載なし

75マスコミ等における報道・掲載
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
ひずみの集中が観測されている石狩低地帯周辺での地震活動を把握するため
自 然 地 震 観 測 を 開 始 す る 。地 殻 構 造 や 流 体 の 分 布 を 調 査 す る た め に 、同 地 域 で 比抵抗構造探査を実施する。

76

図1

図2

ひずみ集中帯地震観測網の概念図

本計画で整備した高感度速度型地震計（左）と加速度型強震計（右）77