1

資料

計７７－（３）

DONET
地震・津波観測監視システムの概要と連続リアルタイム海底地殻変動観測システムへの展望

2

発表内容
開発コンセプト・観測技術
地震津波検知能力
津波即時予測システム
連続リアルタイム海底地殻
変動観測に向けて

3

DONET観測点構築状況●：観測点、■：ノード
三重県尾鷲市
古江陸上局
徳島県海陽町
まぜのおか陸上局
高知県室戸市
ジオパーク陸上局

DONET2DONET1DONET1：5ノード22観測点、５ノード、ケーブル長 320km
DONET2：7ノード29観測点、7ノード、ケーブル長 500km

開発コンセプト
高信頼性：20年程度の定常連続観測を実現可能なシステムデザインの導入
冗長構成：地震に伴う地殻変動や乱泥流、海域での人的な活動等による外的要因の障害、もしくは想定外の内因による部分的な障害の発生に対して耐力のあるシ
ステムデザインの導入、システムの調整、改修、機能向上についても有効
置換機能：障害を起こしたり老朽化したコンポーネン
トについて適宜、交換・整備・アップグレード等が可
能なシステムデザインの導入
4

5

観測ネットワークを実現するための主要技術

1. 保守性と置換機能
2. 時刻同期
3. 電力分岐１．分岐装置6

観測ネットワークを実現するための主要技術

２．観測装置観測装置の構成DONET標準観測装置

圧力センサシステム

地動センサシステム

7

観測ネットワークを実現するための主要技術

ケーシング設置

ケーシング内清掃

３．設置技術地動センサシステム設置

8

観測ネットワークを実現するための主要技術

３．設置技術

観測環境の制御（広帯域地震計における表層埋設の効果）

球体容器

円筒容器

円筒容器埋設海底での広帯域地震計の設置状況

埋設後キャップ

9

観測ネットワークを実現するための主要技術

３．設置技術

観測環境の制御（広帯域地震計における表層埋設の効果）

埋設後砂埋め：20-40db-> 10-100 倍バックグラウンドノイズフロアの低減が認められる。
埋設後
上下動
水平動１
水平動２

10

孔内観測点構築とリアルタイム化
H27年度- 孔内観測点およびDONET観測点周辺でのエアガン発振（かいれい, 6月）- 既設のC0002観測点のWebからのデータ公開（15年7月）- 今後設置を予定する孔内観測点（C0010,C0006）用の機材の整備・試験（振動・水圧・長期安定性）
H28年度- C0010 孔内観測点の設置 (ちきゅうIODP Exp 365, 3～4月)- C0010とDONETとの接続 (新青丸/ハイパードルフィン, 6月）
データ公開
C0002孔内観測点

運用中 C0002

C0006▲孔内観測点、含む設置予定点

C0010 FY28設置

C0006 設置予定

海底ケーブルでデータ収集

海底下深度

超低周波地震の発生
超深部掘削点

熊野海盆
堆積層
温度計アレイ

付加体

傾斜計
地震計
歪計

約900-920m

間隙水圧980m

孔内観測データ公開Web
運用中のC0002孔内観測点
URL:
http://join-web.jamstec.go.jp/borehole/borehole_top_e.html（DONETとの接続）

11

DONETデータ配信
DONETデータ
リアルタイム伝送
津波即時予測共同研究開発国土地理院
徳島県
高知県香川県
愛媛県
三重県
海陽町
室戸市
NIED
ERI

和歌山県庁

古江陸上局

（三重県尾鷲市）
データ受信・配信

尾鷲市防災センター
専用線

リアルタイム波形表示
即時震源情報win32フォーマット
0.1秒パケット
全データ

防災科研/気象庁の陸上観測点データ

DONET補助金事業（南海トラフ沿い約200観測点）

大学・研究機関
水圧計1 chEarthLAN

強震計3 ch (100 Hz)
広帯域地震計3 ch (100 Hz)• 緊急地震速報• 津波警報• 気象庁一元化
震源

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発表内容
開発コンセプト・観測技術
地震津波検知能力
津波即時予測システム
連続リアルタイム海底地殻
変動観測に向けて

13

海域観測点の拡充に伴うＰ波検知の迅速化
赤色の領域で地震が発生した場合、陸域観測網よりも早くＰ波を検知する
DONET1のみ

DONET1+DONET2

気象庁地震観測点（または験潮所）
HiNET観測点
海底観測点

14

海域観測点の拡充に伴う津波の早期検知能力の向上
赤色の領域で津波が発生した場合、沿岸の検潮所よりも早く津波を検知する
DONET1のみ

DONET1+DONET2

気象庁地震観測点（または験潮所）
HiNET観測点
海底観測点

15

海域観測点の拡充に伴う震源決定精度の向上
陸域のみ

DONET1のみ

DONET1+DONET2

赤線：プレート境界面上で発生した地震の震源を水平方向５ｋｍ以内の精度で決定できる範囲
灰色領域：水平、鉛直ともに５ｋｍ以内の精度で決定できる領域

16

海域観測点の拡充に伴う震源決定精度の向上

By using DONET
JMA catalogue

DONET data (Jan.- Aug. 2011, 1367 events)

17

地震津波検知評価: 地震発生帯浅部での超低周波地震活動

DONET2観測開始後の2015年8月から10月にかけて、紀伊水道沖、潮岬沖、熊野海盆の順に、浅部超低周波地震が発生を震源域直上のDONET1と2で、相次いて捉えた。震源深さ、断層メカニズム解から、付加体底部のプレート境界すべりと推定した。
(Nakano et al., EOS,2016)ランニングスペクトルDONET観測網と震央の分布。超低周波地震（赤）と通常地震（黄）の比較。相補的に見える。
超低周波地震（↓）のランニングスペクトルの例。広い帯域に渡ってエネルギーを出していることがわかる。

18

地震津波検知評価：ゆっくりすべり検知• KMB08において圧力変動なし・静水圧平衡を仮定した場合の海底面の上下変動
KMB05: 9 cm
KMB06： -5 cm
KMB07： -2 cm• 地震活動の低下が発生

2013年03月付近から開始？
2013年06月18日MJMA3.5の地震以降地震活動の低下顕著

圧力変動

スロースリップの断層面推定
圧力変動の開始時期

地震活動変化地震活動変化の開始時期？

図．（上）Bノードに接続されている圧力計の記録．（下）観測された地震とETASモデルで見積もられる地震の積算個数の差．

分岐断層沿いの逆断層型地震

19

地震津波検知評価：チリ・イキケ地震のマイクロ津波を観測
2011年イキケ地震断層モデル
Time: 2014-04-01 23:46:46 UTC
Mw: 8.1(0846:46 JST)
Centroid Location: 19.642S, 70.817W
Centroid Depth: 33.0 km
Seismic Moment: 2.10x1021 Nm(L, W, S) = (112km,56km, 8.37m)(Str. Dip. Rake) = (340°,14°,74°)（USGS CMT解を参考にして定義）

2007

津波計算モデル平面2次元線形長波モデル
スタッガード格子，リープフロッグ差分法による計算
空間分解能2分（GEBCOを使用）
地震発生から48時間分の津波を計算

津波理論計算(釧路1、DONET9、室戸2)海底ネットワークシステムによる津波観測波形

20

地震津波検知評価： 2011年東北地震太平洋沖地震の津波検知

沿岸の検潮所より早く沖合津波波形を検知
沿岸での津波波高 ＝ 増幅率 ×DONETデータ
熊野：約2.75倍

Pressure [hPa] or Wave height [cm]

尾鷲：約3.5倍
100Owase
GPS Buoy0

GPS BuoyDONETC9Kumano

熊野浦神

DONETC9
串本-100
Bandpass filtered between 100 – 10000 sec.

Bandpass filtered between 100 – 10000 sec.

串本：約2.5倍

浦神：約3.2倍

100

DONETC9

津波予測の精度向上に貢献

DONETC9-100
Bandpass filtered between 100 – 10000 sec.

Bandpass filtered between 100 – 10000 sec.

0060

DONET C9GPS Buoy

GPS Buoy30

尾鷲
GPS Buoy

UragamiKushimoto0

尾鷲

90 120 150 180 210

2011年

3060

東北地震津波の例

90 120 150 180 210 Time [min.]DONET/GPSブイ/検潮記録の津波比較

津波増幅率は、津波の入射方向や震源距離、地域によって異なる

21

発表内容
開発コンセプト・観測技術
地震津波検知能力
津波即時予測システム
連続リアルタイム海底地殻
変動観測に向けて22

津波即時予測システム

1500ケース以上の想定断層による津波波形に関してDONETでの観測水圧と沿岸の津波波高を計算し増幅率をデータベース化

23

津波即時予測システム：東北地方太平洋沖地震津波で検証
多数の断層モデル
で津波計算、最大振幅相関

東北大津波計データで検証

結果
相関図の平均から、実際の浸水限界と予測とを比較、おおむね整合的

24

25
25

Takahashi et al., OES, 2015
DONET2を取り込み震源方位高度化

津波トリガーされた観測点の中で観測点を動的選択

連動発生に備えた沖合の津波収束判定

地殻変動によるオフセットの除去

津波トリガーされた観測点分布から津波方位判定

観測点動的選択などによる相関分布の改良
14最大波高[m]

即時津波予測の高度化に向けての取り組み

9高富

4
-1 0

100
200
300
400
500
DONET観測点(Group3)の水圧変化の絶対値平均の第１波ピークの値[hPa]26

即時津波予測システムの社会実装：現状と課題

現状の実装状況和歌山県

気象業務許可を一部取得、市町に予測情報を提供

三重県現在、県庁内で利用

中部電力

ドップラーレーダーシステムと統合

尾鷲市

課題

防災センター内で利用

遠地津波への対応
各ユーザーの体制に合わせたシステム調整
即時津波予測システムを実装した地点（紫、青は津波DBを構築した地点）

27

発表内容
開発コンセプト・観測技術
地震津波検知能力
津波即時予測システム
連続リアルタイム海底地殻変動観測に向けて

28

29

将来の海底地震・津波・地殻変動観測網へ向けた技術開発
連携研究協定地震津波観測監視システム：DONET1/DONET２
高度化に関わる研究開発
海底地震津波・地殻変動観測網への技術開発④長期孔内計測技術の開発①既設の観測点の機能向上：
水圧計による長期地殻上下変動計測
海底水圧計現場校正方式の研究開発

IODP南海掘削計画における孔内センサの開発と設置②海底での長期連続地殻変動計測の実現を目指した研究開発
海底傾斜観測方式
光干渉計による地殻変動観測

DONET への接続によるリアルタイム化③観測環境をローコストに実現する工法開発
埋設孔掘削・観測装置同時設置システム
全自動ケーブル展張技術

DONETセンサー埋設設置方式への寄与連続・リアルタイム海底地殻変動観測に向けたその他の取り組み⑤ 海底測距の高精度化（東北大と連携）⑥ 地殻変動ブイの開発と広域展開（SIP防災と連携）

30①既設の観測点の機能向上：水圧計による長期地殻上下変動計測
プレート間固着モデルと海底上下変動

沖合クリーピング:
ノードA, ノードBで1cm/年 の沈降

海溝軸まで固着:
ノードB, ノードDの南側で1cm/年 の沈降モデル計算: L. Wallace による

現状では、水圧計の測器ドリフト(10cm/年程度)があるため困難であるが、水圧計の定期的校正を行い、1cmの精度で水圧変動を把握することで、南海トラフ沖合の地域の固着状態とその時間変化を評価できる可能性が高い。

31①既設の観測点の機能向上：水圧計による長期地殻上下変動計測
海底水圧計現場校正方式の研究開発
陸上の基準で校正した、移動式基準水圧計を海底に運搬、海底の水圧計と比較することによって、既設の海底水圧計等の現場校正を1hPa (=1cm)の精度で実現することを目指し研究開発を進めている。
移動型基準水圧計の精度維持に温度・圧力・姿勢の変化が及ぼす影響について実験室や実海域試験に基づき評価を行い、移動中も高精度に基準が維持できる移動型基準水圧計の試作検討を実施している。

JAMSTECの運用する圧力基準（重錘天秤）

また、繰り返し現場校正時の水圧計の水準差を計測するための水準測量装置の試作検討も実施している。

23℃

1.4℃

23℃

1.4℃

23℃

1.4℃

23℃

水圧計の温度変化の影響検証試験結果（町田他, 2015)

孔内観測点プラットフォームを使った、繰り返し水圧計現場校正技術の検証

②海底での長期連続地殻変動計測の実現を目指した研究開発③今以上に安定な観測環境をローコストに実現する工法開発
現在のDONETでの観測項目（地震・津波）に加え、連続的に地殻変動を観測できるシステムを目指し、海底で傾斜・水圧変動を高精度に観測できる観測方式の研究開発を実施中。 －＞DONETへの接続によりリアルタイム化
DONETでの実績に基づき、底層流に影響を受けない安定な海底傾斜観測のために、より深い深度へセンサを埋設し、地中へのカップリングのより一層の改善を図る。（強震観測にも有効と考えられる）埋設孔の掘削と同時にセンサを孔内設置することにより深部(数m)へのセンサ設置を実現しつつ設置コスト削減を図る。
他に神岡鉱山内の検証環境を利用した光干渉計利用の地殻変動観測方式（傾斜・歪）の検討を実施中。

傾斜・水圧による海底連続地殻変動計測の概念

神岡鉱山壕内長期検証環境

32

開発中の埋設孔内センサ設置装置（試作品）

C0002G

33

C0010A
C0006(計画)④長期孔内計測技術開発：概要

900m (C0002G)
600m (C0010A)

海底下400-1km の孔内で間隙水圧・歪・傾斜・地震動・温度を計測できる長期孔内観測システムを開発。 これまで、IODP 南海掘削計画において固着域(C0002G)・分岐断層帯(C0010A)の２点へ設置成功.
将来の超深部掘削(5km+)においては、地震断層ごく近傍での歪・地震・間隙水圧等の測定を計画している。
陸上局へ
基幹ケーブル

DONET
孔内センサ群

孔内観測システムの構成

分岐装置

ノード

終端装置

10km
展張ケーブルDONET/孔内I/F
孔内センサに接続
海底ケーシング

孔内に降下中の孔内歪計、ちきゅう船上での組み立て（右）孔内センサーをDONETへ接続することで、高度な海底地殻活動のリアルタイム観測が実現できる。

34④孔内計測技術開発：観測例
1) 地殻変動の観測：スロースリップ観測

2015年10月熊野灘でのVLFE発生時に孔内間隙水圧で先行したスロースリップを観測(Araki et al., JpGU, 2016).

2) 強震観測：堆積層での増幅の影響が軽微

震源過程の解析に有効と考えられる

海底(KMD16)と孔内(C0002G)の2016/4/1 M6.1 地震の観測波形比較
海底では水平動の振幅が非常に大きい.