３ .１ .４

活断層集中域および火山等ひずみ速度の速い地域における地震発生メカニズ

ムの解明
目次
(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・60(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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・61(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 活断層集中域稠密地震観測装置の整備
a) システム設計要件b) システム基本仕様と整備
ⅰ) 小型軽量地震計ⅱ) 低消費電力記録装置ⅲ) データ処理装置
2) 活火山地域高品位データ観測装置の整備
a) システム設計要件b) システム基本仕様と整備
ⅰ) AD 変換装置ⅱ) 制御装置ⅲ) シリアルバス
3) 活断層集中域稠密地震観測網の概念設計
4) 活火山地域高品位データ観測装置の概念設計(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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67

59

(1) 業務の内容(a) 業務題目

活断層集中域および火山等ひずみ速度の速い地域における地震発生メカニズムの解明(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス京都大学防災研究所

教授

飯尾 能久

iio@rcep.dpri.kyoto-u.ac.jp

京都大学防災研究所

准教授

井口 正人

iguchi@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp(c) 業務の目的
ひずみ集中帯では地殻や上部マントル中の顕著な不均質構造や流体の蓄積に起因してひずみ集中が発生し、地震活動を引き起こすと考えられるため、活断層集中域や火山等のひずみ速度の速い地域における地殻活動の調査観測研究は、ひずみ集中帯の機構解明にとって非常に重要である。そのため、日本列島で最も活断層が集中している地域のひとつである琵
琶湖西岸の活断層集中域及び火山の中でも特にひずみ速度の大きな桜島・姶良カルデラにおいて稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行い、ひずみ蓄積に影響を及ぼす不均質構造を検出し、ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を明らかにする。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：琵琶湖西岸の活断層集中域や桜島火山等のひずみ速度の速い地域における稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行うための活断層集中域稠密地震観測装
置及び活火山地域高品位データ観測装置を整備するとともに、不均質構造やマグマ蓄積に起因するひずみ集中帯の機構解明のための観測点配置等の検討を行う。
2) 平成２０年度：地殻や上部マントルの不均質構造を捉えるため、琵琶湖西岸活断層集中域に稠密地震観測点を設置し、定期的にデータの回収と電池の交換を行う。桜島・姶良カルデラ周辺の既設の観測坑道を利用して機動的に観測機器を設置しモニタリングを開始する。
3) 平成２１年度：稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、高精度の震源分布と地震メカニズム解等を求め、これらの精細な空間変化等から活断層の深部構造を推定する。桜島・姶良カルデラ周辺においても震源分布とメカニズム解を求め、マグマ蓄積と周辺応力場との関係を考察する。阿蘇火山周辺の地殻や上部マントルの不均質構造を捉えるため、またマグマ蓄積と周辺応力場との関係を明らかにするため阿蘇カルデラ内外にも地震観測点と GPS 観測点を設置する。
4) 平成２２年度：稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、精細なレシーバー関数解析を行い、琵琶湖西岸の活断層集中域での不均質構造を推定する。桜島・姶良カルデラ周辺においては地震発生前後の短・長期的な歪み蓄積の時間変化に着目した解析を行う。
5) 平成２３年度：稠密地震観測を継続するとともに観測データを解析し、精細な地震波ト60

モグラフィーを行い、琵琶湖西岸の活断層集中域での不均質構造の推定を試みる。桜島・
姶良カルデラ周辺においても地震波トモグラフィーを行い、当地域における不均質構造を推定し、不均質構造が応力分布に与える影響を考察する。
6) 平成２４年度：得られたデータを総合して、琵琶湖西岸の活断層集中域および桜島・姶良カルデラ周辺の歪速度の速い地域における歪蓄積と地震発生メカニズムの解明を目指す。
研究成果をまとめ、公表する。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。
(e) 平成１９年度業務目的
琵琶湖西岸の活断層集中域や桜島火山等のひずみ速度の速い地域における稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行うための活断層集中域稠密地震観測装置及び活火山地域高品位データ観測装置を整備するとともに、不均質構造やマグマ蓄積に起因するひずみ集中帯の機構解明のための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
琵琶湖西岸の活断層集中域や桜島火山等のひずみ速度の速い地域における稠密地震観測、地震・地盤変動の高品位観測を行うための活断層集中域稠密地震観測装置及び活火山地域
高品位データ観測装置の整備を行った。活断層集中域稠密地震観測装置は、野外に設置されるオフライン型の地震観測システムおよびデータ処理装置から構成される。オフライン型の地震観測システムは、小型軽量地震計および低消費電力記録装置から成り、小型軽量・低消費電力・大記録容量・高サンプリングで時刻精度が高く、取り扱いの容易なシステムである。活火山地域高品位データ観測装置は、桜島および姶良カルデラ周辺の地震や地殻変動データを高品位化するための装置である。姶良カルデラ周辺の観測点の観測機器はノイズを避けるため坑道内に設置されているが、これまでは、観測機器からのアナログ信号を信号ケーブルによって坑道入口までとりだし、そこで信号をディジタル化したのち、時刻情報を付与して伝送していた。活火山地域高品位データ観測装置は、坑道内の観測装置のすぐそばでディジタル化するため、坑道内の信号ケーブルの引き回しによる電気的ノイズを除去できる。また、不均質構造やマグマ蓄積に起因するひずみ集中帯の機構解明のための観測点配置等の検討を行った。
(b) 業務の成果
1) 活断層集中域稠密地震観測装置の整備a) システム設計要件
内陸大地震の断層の長さは数十 km 程度のものが多く、プレート境界の大地震に比べてかなり小さい。そのため、活断層集中域において、ひずみ蓄積に影響を及ぼす不均質構造を検出し、ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を明らかにするためには、現在の定常観測網だけでは不十分であり、観測点の間隔が短い稠密多点の地震観測を行う必要があ61

る。観測点の間隔を短くする場合、商用電源や通信回線の無い場所、あるいは自動車が通行可能な道路の無い場所など、これまであまり地震観測が行われなかった場所にも設置することが必要になる。また、隣接する観測点間の地震波の到着時間差が短くなるので、時刻精度が高いことに加えて、できるだけ高サンプリングで地震波を記録することも必要となる。限られた期間に多数の地震を捉えるためには、できるだけ小さな地震まで記録することが望ましいが、そのためにも、記録装置のサンプリング周波数を上げる必要がある。
さらに、多数の観測点を設置し維持するためには、設置や維持のための労力を可能な限り軽減することも必要となる。
b) システムの基本仕様及び整備
これらの条件を満足するものは、オフライン型の地震観測システムである。小型軽量・低消費電力・大記録容量・高サンプリングで時刻精度が高く、取り扱いの容易なシステムが必要である。最近、京大防災研が中心となって、次世代型のオフライン地震観測システ
ムが開発された（飯尾・他,2007 1 ）、三浦・他, 2007 2) )。このシステムは小型軽量地震計、低消費電力記録装置、およびデータ処理装置から構成されている（図 1，2、P68）。
ⅰ) 小型軽量地震計
小型軽量地震計は、電源を必要としない、動コイル型で 3 成分一体のものであり、スペックの概要は以下のとおりである。微小地震から小地震を主な観測対象とするため、固有周波数は 2Hz となっている。
・型式

近計システム社製
2Hz

・固有周波数・感度

KVS-300

1V/kine・ダンピング定数・外形寸法0.7150×100×110mm

・重量

約 1.5kg 以下

・台数

45 台

固有周波数が 2Hz の同タイプの地震計の中では、最軽量であり、設置に必要な面積も最も小さい。また、可動の脚により、傾斜 30 度程度までの岩盤上に容易に設置可能である
ため、設置のための労力を著しく軽減可能である。
ⅱ) 低消費電力記録装置
低消費電力記録装置は、低消費電力・大記録容量・高サンプリングで時刻精度が高いという難しい スペックを 同時に実現 している。 コンパクト フラッシュ ・メモリカ ード（CFカード）を 6 枚装着可能であり、250Hz という通常より高いサンプリング周波数にも関わらず、9 ヶ月程度の連続観測が可能である。今回装備したものは、250Hz または 1000Hzのサンプリング周波数を選択可能であるが、このように高いサンプリング周波数の下で高い signal-to –noise ratio(信号対雑音比)を実現するために、ΔΣ 型の AD 変換器は採用せず、18bit の逐次比較型の AD 変換器を 1ch に 2 個使っている。
時刻精度については、消費電力を小さくする制約の下で、1ms 以上の精度を確保してい62る。具体的には、内蔵時計の水晶振動子の振動数を、温度によって印加電圧を変えて、内蔵時計がずれない最適値に自動制御している。これにより、GPS による時刻校正の回数をできるだけ減らすことが可能となり、高い時刻精度と低消費電力を両立させることが可能となっている。また、豪雪地帯の観測では、積雪により GPS 信号を受信することが難しくなる可能性があるが、積雪が少ない間に、内蔵時計がずれないように自動調整が完了しておけば、積雪により GPS が受信できなくなっても、時刻精度を維持することが可能である。
消費電力に関しては、あらゆる手段により、低消費電力化を図っており、0.08W 以下と驚異的なローパワーを実現している。そのため、単一乾電池 16 本で、半年程度、連続して観測可能である。
以下に、主なスペックを示す。
設置やメンテナンスの労力を軽減するため、セルフチェック機能を有している。電源投入とともに、電源電圧、CF カード、地震計、GPS を自動でチェックする。地震計や電源用ケーブルはワンタッチで接続可能であり、しかも防水コネクターとなっている。本体も防水仕様となっており、過酷な条件でも安定して動作することが可能である。主なスペックを以下に示す。
・型式

近計システム社製 EDR-X7000

・入力チャネル数3 チャネル

・サンプリング周波数

250Hz,1000Hz の切り替え

・ダイナミックレンジ

24 ビット・信号入力レンジ(ただし AD 分解能は 18 ビット)

±5V

0.08W 以下・消費電力
・記録媒体

4Gbytes

・時刻校正

GPS による時刻校正で 1 衛星でも校正可能

・データ形式
・外形寸法

CF 最大 6 枚

独自フォーマット
W230xD181xH68mm (突起部除く)

・重量

1.2kg 以下

・台数

45 台ⅲ) データ処理装置
半年ごとに、各観測点から 4 枚ずつ、合計 180 枚の CF カードが回収されるので、それらを効率よく処理することが必要となる。そのため、図 2(P68)に示す専用のデータ処理装置を整備した。本装置は、カード処理部、連続データ処理蓄積部、イベントデータ処理蓄積部から成っている。カード処理部は、6 枚の CF カードを装着することができ、約 30 分でデータを、連続データ処理蓄積部へ転送できる。連続データ処理蓄積部では、win フォーマットに変換して、連続データを収録する。その際、周辺の定常観測点のデータも合わせて記録可能である。10TB の容量があり、約 2 年程度、連続収録が可能である。イベン
トデータ処理蓄積部では、各種のイベントリストにより、解析に必要なデータの切り出しを行う。

63

2) 活火山地域高品位データ観測装置の整備
a) システム設計要件
桜島および姶良カルデラ周辺地域はマグマの蓄積による歪の集中速度が速い地域である。それに伴い、桜島や姶良カルデラ周辺の地震活動は 2003 年ごろから活動的となっている。従来から観測坑道や観測井を設置してセンサー部分におけるノイズを低減した観測を行ってきたが、観測坑道の抗奥にセンサーを設置する場合、センサーからの信号ケーブ
ルを坑道の入口まで引き、GPS により時刻校正された時刻情報に基づいて、センサーからのアナログ信号をディジタル化する必要があった。センサーからのアナログ信号線が長い
場合、ハムなどの電気的なノイズが混入しやすく、信号ケーブルの絶縁抵抗が低くなった場合、そのノイズが増幅されるといった問題がある。この電気的なノイズを低減するためには、AD 変換装置を抗奥に設置し、センサーから AD 変換装置までのアナログ信号線を可 能 な 限 り 短 く す る と と も に 、 AD 変 換 装 置 に 高 精 度 の 時 刻 情 報 を 坑 道 の 入 り 口 付 近 のGPS 電波が受信可能な場所から与える必要がある。
b) システムの基本仕様及び整備
これらの条件を満たすためには、AD 変換装置と GPS 受信機とデータの送信機能を含む制御装置を分離し、両者をシリアルバスで接続する必要がある。システムの基本設計図を
図 3(P69)に示す。
ⅰ) AD 変換装置
AD 変換装置は湿度の高い坑奥に設置されるために、防水構造である必要がある。また、地震および地盤変動を高精度で観測するために、AD 変換装置は Δ－∑方式の 24bit 以上のものである（図 4、P69）。
・型式

白山工業株式会社製

LF2000・動作温度‐5 ℃ ～ +50 ℃

・動作湿度

相対湿度 30 % ～ 95 %・コントロールユニットとの接続
・機能

ISO11898 に準拠したシリアルバス

基準時刻情報に同期して連続測定
測定データのコントロールユニットへの送信

・同期サンプリングタイミング ±50μs 以内（コントロールユニットから配信される基準時刻情報に対して）・A/D 変換方式 Δ－∑方式
・形式分解能24 ビット以上

・サンプリング周波数・フィルタ

200 Hz，1 Hz を選択可能

サンプリング周波数の 40 % をカットオフ周波数とする最小位相フィルタ
直線位相のデシメーション・フィルタ

・チャンネル数

6 チャンネル・入力レンジ

差動入力，±20V と±2V の切り替え

・実効ダイナミックレンジ

132 dB 以上（入力ショート，サンプリング周波数 200 Hz

でカットオフ周波数 80 Hz の最小位相フィルタ使用時）
64

10 台

・台数ⅱ) 制御装置

制御装置はコントロールユニットと電源ユニット、各 1 台により構成される。以下に主な仕様を示す。
・型式

白山工業株式会社製

・台数

6式

LF1000(図 5、P69)

コントロールユニット
・動作温度‐5 ℃ ～ +50 ℃

・動作湿度

相対湿度 30 ％ ～ 85 ％（ただし結露なきこと）

・AD 変換装置と ISO11898 に準拠したシリアルバスで接続される
・AD 変換装置からの測定データを受信し、WIN フォーマットに変換した後、ルーター経由でデータセンタ機器へ送信
・制御装置と AD 変換装置の監視情報をルーター経由でデータセンタ機器へ送信
・転送プロトコル

自律協調型（ACT）および UDP/IP パケット型に対応

・基準時刻情報GPS 衛星から協定世界時を取得（閏秒発生を含む）

AD 変換装置へ基準時刻情報を配信
電源ユニット・停電時に本装置へ供給する電源を無瞬断で自動的に電源から蓄電池に切り替える・蓄電池の充電制御機能
・バックアップ時間

24 時間以上

・遠隔再起動可能ⅲ) シリアルバス
シリアルバスには観測されたデータだけでなく、基準時刻情報が常に送信されるために、十分な速度のビットレートをもつことと、安定して動作することが要求される。本装置では ISO11898

CAN バスを採用した。

・データ転送ビットレート

500 kbps 以上

・AD 変換装置接続台数

2 台以上

3) 活断層集中域稠密地震観測網の概念設計
本調査観測・研究の目的のひとつは、ひずみ集中帯の機構解明のため、日本列島で最も活断層が集中している地域のひとつである琵琶湖西岸の活断層集中域において稠密地震観測を行い、ひずみ蓄積に影響を及ぼす不均質構造を検出し、ひずみ蓄積と地震発生メカニズムとの関連を明らかにすることである。したがって、観測網の配置としては、深部の不均質構造を検出すること、および地震のメカニズム解の精度を上げることを重視した。そのため、琵琶湖西岸の活断層集中域を中心としつつ、琵琶湖東岸等の周辺地域にも観測点を展開することとした。45 観測点の配置により、平均間隔は、5～10km 程度となる。地震観測点の設置においては、地震計を露岩上に固定し、その近傍に低消費電力記録装置と65

電池を収めたケースを置き、GPS アンテナから時刻情報を得る方式を検討した。
4) 活火山地域高品位データ観測装置の概念設計
本調査・研究のもうひとつの目的は、ひずみ集中帯の機構解明のため、マグマの蓄積による歪蓄積速度が速い桜島・姶良カルデラ周辺において地震・地盤変動の高品位観測を行うことにより、不均質構造を検出し、地震発生メカニズムを明らかにすることにある。そのための中核となる装置が活火山地域高品位データ観測装置であり、本装置は姶良カルデラ・桜島周辺の既設の観測坑道および観測井に設置され、地震計や傾斜計・歪計が接続される。本装置を設置するのに適切な 4 つの観測坑道と 2 つの観測井を選定し、これらの観測点における観測機器の配置を設計した。これらの観測点において得られるデータを用いて地震の震源分布とメカニズム解を求め、マグマ蓄積による歪速度と周辺応力場との関係を考察するとともに既設観測点のデータもあわせて地震波トモグラフィーを行い、火山地域における不均質構造を推定し、不均質構造が応力分布に与える影響を調べる。
(c) 結論ならびに今後の課題
活断層集中域における稠密地震観測で利用する地震観測装置として、小型軽量地震計、低消費電力記録装置を整備した。また、データ処理装置を導入し、観測から処理を含めたシステムの基盤的環境が整った。さらに、稠密地震観測網の概念設計を行った。今後、効率的な設置・維持方法を検討することが重要である。また、データ処理においても、迅速で円滑な処理フローを構築することが課題となる。なお、今回整備された稠密地震観測装置は、本調査観測・研究が終了した以降は、大地震後の臨時観測等、様々な地震調査観測に利用することが可能である。京都大学防災研究所阿武山観測所は、2079 平方メートルの延面積を持つが、その半分程度(西館部分)は稠密地震観測の基地として専有可能である。
今後、稠密地震観測のための機器管理体制を整えることが重要である。
桜島および姶良カルデラ周辺地域において地震および地盤変動の高品位観測を行うため、活火山地域高品位データ観測装置を整備した。本装置は自律協調型（ACT）プロトコルによりパケットの欠落なしに伝送することが可能であるが、本研究の対象地域における伝送回線は十分な帯域をもっていない可能性もあるため、観測点に装置を設置してパケットの再送要求が頻繁に発生するときに、パケット欠落なしに送信できるかどうかを検証する必要がある。
(d) 引用文献
1) 飯尾能久・三浦勉・片尾浩・澁谷拓郎・宮澤理稔・井口正人・平野憲雄・西村和浩・

大見士朗・平原和朗・大倉敬宏・松本聡・高畠一徳・大橋善和・古屋和男，満点(万点)計画-次世代型地震観測システムの開発-,日本地震学会講演予稿集, D12-05, 2007．
2) 三浦勉・飯尾能久・片尾浩・澁谷拓郎・宮澤理稔・井口正人・平野憲雄・西村和浩・大見士朗・平原和朗・大倉敬宏・松本聡・高畠一徳・大橋善和・古屋和男，満点(万点)計画-次世代型地震計の開発- , 防災研究所研究発表講演会 , A-34, 2008．
3) 飯尾能久、片尾浩、中尾節郎、西村和浩、三浦勉、平野憲雄、藤田安良、近藤和男、山崎友也、冨阪和秀、澤田麻沙代、辰己賢一、加茂正人、澁谷拓郎、加納靖之，近畿地方中66

北部における臨時地震観測,防災研究所研究発表講演会, A-22, 2009．
(e) 学会等発表実績
学会等における口頭・ポスター発表
発表成果(発表題
目、口頭・ポスタ

発表者氏名ー発表の別)

発表場所(学会等名)

国際・
発表時期

国内の別

近畿地方中北部

飯尾能久、片尾浩、中尾節郎、西京都市（防2009 年 2における臨時地

村和浩、三浦勉、平野憲雄、藤田災研究所研

月

震観測(口頭)安良、近藤和男、山崎友也、冨阪

究発表講演

和秀、澤田麻沙代、辰己賢一、加会）

国内

茂正人、澁谷拓郎、加納靖之(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
地殻や上部マントルの不均質構造を捉えるため、琵琶湖西岸活断層集中域に稠密地震観測点を設置し、定期的にデータの回収と電池の交換を行う。桜島・姶良カルデラ周辺の既設の観測坑道を利用して機動的に観測機器を設置しモニタリングを開始する。

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図1

小型軽量地震計(左)および低消費電力記録装置(右)専用LAN

ギガビットイーサネット

カード処理部（専用ラック）

連続データ処理蓄積部

USB

CPU
ﾎﾞｰﾄﾞ

CF ﾘｰﾀﾞライタ
CF ﾘｰﾀﾞライタ
USBCPUﾎﾞｰﾄﾞCF ﾘｰﾀﾞライタ
CF ﾘｰﾀﾞライタ

蓄積用HDD(10TB)USBCPUﾎﾞｰﾄﾞCF ﾘｰﾀﾞライタCF ﾘｰﾀﾞ
ライタ

イベント
データ処理蓄積部USB

CF ﾘｰﾀﾞライタ
CF ﾘｰﾀﾞ
ライタ

CPU
ﾎﾞｰﾄﾞ

トリガ
判定用
CPU(Linux)

CPU
ﾎﾞｰﾄﾞ

蓄積用
HDD

USB

CF ﾘｰﾀﾞライタ
CF ﾘｰﾀﾞライタ

図2

データ処理装置のブロック図68

GPSアンテナ

地震計(1Hz) NS

CANバスケーブル
コントロールユニット

LAN

フレッツ網へルーター

モデム

地震計(1Hz) EW

地震計(1Hz) UD
AD変換装置電源ユニット

傾斜計 W1

傾斜計 W2蓄電池

活火山地域高品位データ観測装置

図5

図3

活火山地域高品位データ観測装置システム図

図4

活火山地域高品位データ観測装置の AD 変換装置

活火山地域高品位データ観測装置の制御装置（コントロールユニット）
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