３．１．２

海域における自然地震観測

目

次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・45(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
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２３年度業務目的(2)

平成２３年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・46(a) 業務の要約(b) 業務の実施方法及び成果
1) 機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計のシステム監視及び機能強化2) データを高精度に解析するための人工地震による構造調査、および微小地震の震源分布a) 観測データ高精度解析のための構造調査
b) 構造調査による各観測点下の速度構造c) 海底ケーブル・インライン地震計による 1964 年新潟地震震源域周辺の微小地活動d) 陸域観測網も含めた、粟島周辺域におけるより広域な地震活動(c) 結論ならびに今後の課題(d) 引用文献(e) 成果の論文発表・口頭発表等(f) 特許出願，ソフトウエア開発，仕様・標準等の策定(3)

平成２４年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・51

44

(1)

業務の内容

(a) 業務題目

海域における自然地震観測(b) 担当者
所属機関

役職

国立大学法人東京大学地震研究所 教授

氏名

メールアドレス篠原 雅尚

mshino@eri.u-tokyo.ac.jp

同准教授

塩原 肇

shio@eri.u-tokyo.ac.jp

同准教授

望月 公廣

kimi@eri.u-tokyo.ac.jp

同助教

山田 知朗

yamada@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技術職員

橋本 信一

hasimoto@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技術職員

八木 健夫

yagi@eri.u-tokyo.ac.jp同特任研究員 金沢 敏彦

kanazawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同特任研究員 真保 敬

shinbo@eri.u-tokyo.ac.jp

同特任研究員 町田 祐弥

yuya@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技術補佐員 二瓶 陽子(c) 業務の目的
新潟県中越沖に代表されるひずみ集中帯とその周辺の海域において、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計及び自己浮上式海底地震計による海底地震観測を実施し、海域における詳細な震源分布及び地震波速度構造の三次元的分布を明らかにする。
(d) ６か年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 平成１９年度：ひずみ集中帯の海域の観測で使用する機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を整備するとともに、海域における効果的設置手法等の検討を行った。
2) 平成２０年度：自己浮上式海底地震計を新潟県中越沖に代表されるひずみ集中帯とその周辺の海域に設置し、地震観測を開始した。地震の発生頻度などを考慮し、比較的長期間の観測を行った。また、解析手法の開発を行った。機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式の整備を行った。
3) 平成２１年度：平成２０年度に設置した自己浮上式海底地震計を回収する。得られたデータにより、高精度震源分布を求めた。
4) 平成２２年度：機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計をひずみ集中帯の海域に設置し、地震観測を開始する。得られたデータから、高精度震源分布を求める。
5) 平成２３年度：引き続き、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた海底地震観測を継続し、高精度震源分布を求める。
6) 平成２４年度：機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた観測を終了する。
これまでのデータから最終的な高精度震源分布を求める。
(e) 平成２３年度業務目的

45

平 成 22 年 度 に 1964 年 新 潟 地 震 の 震 源 域 に 敷 設 し た 機 動 観 測 型 海 底 ケ ー ブ ル ・イ ン ラ イ ン 式 地 震 計 を用いた海底地震観測を実施する と と も に 、当 該 機 関 へ 観 測 デー タ の 提 供 を 行 う 。ま た 観 測 デ ー タ を 高 精 度 に 解 析 す る た め に 必 要 な 情 報 を 収 集する ため 、人 工地 震に よる 構造 調査 を行 う。地震 観測 デー タは 、陸 域の 地 震 観 測
網 デ ー タ と 併 合 し た 処 理 を 実 施 す る こ と に よ っ て 、微 小 地 震 の 震 源 分 布 な ど の 詳
細 な 地 殻 活 動 を 明 ら か に す る 。ま た 、こ れ ま で の 成 果 の 普 及 と 関 連 分 野 の 最 新 の知見の収集のために、国内外の学会で研究発表を行う。
(2)

平成２３年度の成果(a) 業務の要約本年度は、平成 22 年度に 1964 年新潟地震震源域に敷設した機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計の海底地震観測を継続して実施し、更にシステム安定動作に向けての監視、および機能強化を図った。また、海底地震観測によって得られるデータを高精度に解析するために、観測域においてエアガンを用いた人工地震による構造調査を行った。この調査により、得られたデータを精度よく解析することが可能となり、1964 年新潟地震震源域における精度の良い地震活動分布が明らかとなった。またこれらの地震観測データを、陸域の地震観測網データと併合した処理を実施することによって、粟島周辺での微小地震の震源分布などの詳細な地殻活動を明らかにした。また、これまでの成果普及と関連分野の最新の知見の収集のために、国内の学会で研究発表を行った。
(b) 業務の実施方法及び成果
1) 機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計のシステム監視及び機能強化
システム監視及び機能強化のため、4 月 25～28 日に粟島観測所において作業を実施した。
システム機能強化では、主に障害復旧機能向上を目的とし、海中部給電装置を追加し、片方故障時には、もう片方の電源装置出力に切り替えて、観測装置に給電することで観測を継続できるようにした（写真 1、P52）。また、同様にルビジウム発信器付 GPS 受信機を増設し、システム機能の冗長性を増加した（写真 2,3、P52,53）。監視機能強化では監視サーバの増設、携帯電話による東京大学地震研究所からの陸上局アクセス回線を増設、局舎内監視カメラの設置を行った。特に局舎内監視カメラでは 5 分ごとに電源装置、GPS サーバその他周辺装置が格納されている収容架を撮影し、これを東京大学地震研究所へ伝送する（写真 4、P53）。また、陸上局舎内のサーバに USB 室温計を取り付け、サーバ温度と湿度の 24 時間の監視を行っている。図 1(P56)では 2011 年 10 月 10 日から 2011 年 10 月 13 日までの陸上局舎サーバ温度と湿度の変化を示す。陸上局舎温度、湿度は概ね 30 度、約 30 ％を維持している。他の期間を見てもおよそ同じ温度、湿度を維持している。また各海底ケーブル・インライン式地震計には内部基板温度と光モジュール温度を監視するための温度計が組み込まれている（図 2、P56）。平成 22 年度に埋設以降、基盤温度は 30 度弱、光モジュール温度は 40 度弱で安定している。
平成 22 年度までは、ftp プロトコルを用いた準リアルタイム伝送により、観測データを東京大学地震研究所に転送していたが、平成 23 年度は、観測データのリアルタイム伝送を46開始した（写真 5、P53）。陸上局のある粟島と本土間は、マイクロウェーブ回線により接続されており、回線容量は必ずしも大きくない。そのために、海中局から粟島の陸上局に伝送されてくる観測データに、デジタルフィルター（FIR ファイター）をかけ、帯域制限した後に、リサンプリングを行い、100 Hz のデータとした。また、それぞれの成分の地震計の高利得チャンネルのみの 3 成分を伝送することとした。マイクロウェーブ回線は降雨などの天候により、回線品質が悪化するために、データの欠落が発生することがあるが、ほぼすべてのデータを東京大学地震研究所にリアルタイムで、伝送することができた。また、粟島の陸上局では、すべてのデータをハードディスクに収録しており、仮に欠落部分が必要になったときには、ftp プロトコルを用いて、東京大学地震研究所において、データを回収することが可能である。今後は、回線品質が悪化したときでも、データが欠落しないような技術開発が重要である。
2) データを高精度に解析するための人工地震による構造調査、および微小地震の震源分布a) 観測データ高精度解析のための構造調査
平 成 22 年 度 に 敷 設 し た 海 底 ケ ー ブ ル ・ イ ン ラ イ ン 式 地 震 計 （ Ocean Bottom CabledSeismometer、以下OBCS）の周辺海域において、構造調査を行った。この調査の目的は、観測点直下の構造決定、システムの整合性の確認をすることである。
構造調査は、作業船「第28豊山丸」（82トン、写真6、P54）により、8月22、23日に実施した。人工震源として水中エアガン（米国BOLT Technology社BOLT 2800LL Cluster-Gun：
写真7、P54）を使用した。4基同時に発震し、その起震エネルギーは合計480立方インチ（約7.9リットル）、発震点間隔は50 m、曳航速度は約3ノットで行った。発震測線の全長は45.9km（縦測線20.9 km、横測線25 km：図3、P57, 表1、P55）である。
b) 構造調査による各観測点下の速度構造
エアガンを用いた構造調査では各 OBCS に記録されたデータに対して、距離‐時間軸断面図を作成した（図 4、P58）。Line1-4 では、全域にわたり明瞭な初動が記録され、見かけ速度 4 km/s 程度までの堆積層からと思われる屈折波が確認できた。また Line-A では、見かけ速度 5.5 km/s 程度の屈折波が確認できた。この距離‐時間軸断面から屈折波、及び反射波の走時を読み取り、波線追跡法により試行錯誤的に速度構造を求めた。またこの際、各 OBCS 直下の浅部構造は tau-p 法、および tau-sum インバージョン法 [Stoffa et al.,
1981; Diebold and Stoffa 1981; Shinohara et al., 1994] 1) 2) 3) によって求めた。これは各 OBCS 直下の浅部構造を反映している相が水中直達波に隠れて読み取ることが困難となるため、各 OBCS の記録を距離‐時間軸断面から原点走時‐レイパラメータ断面に変換し、各 OBCS 直下の詳細な速度構造を求める手法である。図 5(P58)が求められた各観測点直下の速度構造となる。得られた速度構造を見ると、P 波速度が 1.6～5.0 km/s の堆積層が 3層から成り、その下の基盤層の P 波速度は 5.5 km/s であることがわかった。また、各 OBCS直下の速度構造はそれぞれ大きく異なり、OBCS2 では、堆積層が薄く、基盤深度が約 2 kmと浅くなることが明らかとなり、特に、粟島に近い構造の基盤深度が浅くなることがわかった。ここで得られた OBCS 下の速度構造を基に、震源決定に用いるための一次元速度構造を仮定した（図 6、P59）。仮定した速度構造は堆積層の速度は 4.5 km/s、基盤速度は 5.5 km/s
47とし、基盤の深さは 3.5 km とした。この深さは観測点の中で最も深い OBCS4 直下の基盤深度に相当する。
c) 海底ケーブル・インライン地震計による1964年新潟地震震源域周辺の微小地活動
1964年新潟地震震源域である新潟県粟島沖に設置したOBCSのデータは、インターネットを通じ、現在データを収集中である。収集されているデータは、気象庁一元化震源リストを基に、地震波形観測支援プログラムWINシステム[卜部・束田（1992）] 4) を用いて目視による検測作業を行っている。
構造調査の結果により、各観測点直下の速度構造は大きく異なることが明らかとなった。
より精度の高い震源決定を行うためには、仮定した速度構造に対して、観測点ごとに実際の構造に基づいた走時補正を行う必要がある。そこで、震源決定を行う前に、構造調査の結果をより反映させたるための走時補正を各観測点に対して行った。各観測点におけるP波到達時刻の補正は以下の手順によって求めた。まず初めに、構造解析によって求められた速度構造を基に、各観測点におけるP波走時を求め、これを観測走時とする。次に、震源計算を行うために仮定した速度モデルに対して、P波走時を計算し、これをP波理論走時とする。この観測走時と理論走時の差を観測点ごとに求め、これをP波到達時刻の補正値とした。S波到達時刻の補正値については、観測域下で発生した自然地震のPS変換波を用いて走時補正の見積もりを行った。一般的に、P波の堆積層と基盤層の間では、速度の差が大きいために、この境界をP波が透過するときに、そのまま透過するP波と、S波に変換するPS変換波が生じる。そこで、このPS変換波の到達時刻を読み取り、先に求めた各観測点下におけるP波観測走時と合わせることで、S波走時を求め、これをS波観測走時とした。同様に、S波に対しても震源計算を行うための仮定した速度モデルに対してS波理論走時を計算し、観測走時と理論走時の差を観測点ごとに求め、これをS波到達時刻の補正値とした。このP波、S波の補正値を観測点初期補正値として、一次元速度構造を用いたhypomhによる震源決定を行い、解が収束した地震を用いて、各観測点での理論走時と観測走時の平均値（O-C時間）を求めた。震源決定の計算には、一次元速度構造と絶対走時を用いる震源決定プログラム[Hirata and Matsu’ura (1987)] 5) を用いた。このとき、海底ケーブル地震計観測網に近接している、粟島観測点で得られたデータの読み取り値も用いて震源決定を行った。ここで得られた平均値を観測点補正値に加えて、さらに震源決定を行った。この手順を3回繰り返し、OBCS4点、粟島観測点の計5点の補正値を求めた（表2、P55）。この結果、読み取りを行った66個の地震のうち、解が収束した地震は66個となり、初期補正値を用いた震源計算に比べてO-C時間も大幅に減少した（表3、P55）。図7(P59)では気象庁によって求められた震源と、OBCS観測網と粟島観測点によって求められた震源の比較を示す。それによれば、気象庁によって求められた震源は、観測域下において5～10 km程度震源が浅くなる結果となった。
1964年新潟地震震源域におけるより詳細な地震活動を調べるために、求めた地震の中から、水平、深さ方向の誤差がそれぞれ1 km、2 kmとなる地震を選んだ結果、27個の精度の高い地震が求められた。粟島周辺域を含む観測域周辺では、北北東‐南南西走向の断層、および褶曲構造が分布していることから、図8(P60)では、本業務で求められた震源を走向方向に投影した図を示す。
48d) 陸域観測網も含めた、粟島周辺域におけるより広域な地震活動
地震の検測作業は海底ケーブル・インライン式地震計によるデータだけではなく、粟島周辺域を含むより広い範囲の地震活動を調べるために、陸上の定常観測点のデータを用いた検測作業も行っている（図9、P61）。検測を行った陸上観測点は、東京大学地震研究所（3点）、気象庁（4点）、防災科学技術研究所（6点）、東北大学（3点）の計16点である。陸域観測網を含む震源決定においても、仮定した速度構造に対する走時の補正は重要であるため、震源決定を行うに伴い、以下の要領で各観測点の補正値を求めた。震源決定にはhypomhを用い、仮定した速度構造は構造調査に基づく一次元速度構造を用いた（図6、P59）。速度構造モデルが海域での速度構造に基づくために、陸域観測点直下における走時の補正を行う必要がある。まず、上記で求めた海底ケーブル・インライン式地震計、および粟島観測点の補正値を与え、その他陸域観測点は補正値なしで震源決定を行った。ここで解が収束し、かつ水平方向、及び深さ方向の誤差が1 km、2 km以内に求まった地震を用いて、各陸上観測点での理論走時と観測走時の平均値を求めた。これを観測点補正値に加えて更に震源決定を行った。この手順を2回繰り返し、各陸域観測点の補正値を求めた（図10、P61）。
このときOBCSと粟島観測点の補正値は正しいと仮定し、固定して計算した。その結果、69個の地震のうちで、解が収束し、かつ水平誤差、深さ誤差がそれぞれ1 km、2 km以内の精度良く決定できた地震は45個となった（図11、P62）。これらの震源は深さ2～17 kmの範囲に分布し、気象庁によって決定された震源に比べ浅くなるものが多い。今後、データの蓄積を待って詳細な震源分布を調べ、粟島周辺の広域な震源分布を把握するとともに、1964年新潟地震震源域における地震活動を調べる。
(c) 結論ならびに今後の課題
新潟県粟島沖に設置したケーブル・インライン式地震計を用いた1964年新潟地震震源域におけるリアルタイム地震観測を継続して実施するとともに、4月には不慮のトラブルに対応するための陸上局のシステム監視および機能強化を図った。8月には高精度解析のためのエアガンを用いた構造調査を行い、1964年新潟地震震源域における高精度の地震活動分布を求めた。また、粟島周辺域における地震活動を把握するために、陸上観測網との併合処理を行った。平成24年度は、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた観測を終了し、これまでのデータから最終的な高精度震源分布を求める。
(d) 引用文献
1) Stoffa, P.L., Buhl, P., Diebold, J. B., Wenzel, F., Direct mapping of seismic data
to the domain of intercept time and ray parameter – A plane-wave decomposition-,
Geophysics, 46,255－267．
2) Shinohara, M., Hirata N., Takahashi, N., High resolution velocity analysis of Ocean
Bottom Seismometer data by the tau-p method, Mar. Geophys. Res. , 16,185-199.
3) Diebold, J. B., Stoffa, P.L., The traveltime equation, tau-p mapping, & inversionof common midpoint data, Geophysics, 46, 238-254.
4) 卜部卓・束田進也、win

微小地震観測網波形検測支援のためのワークステーション・プログラム（強化版）、地震学会講演予稿集、1、C22-P18、1992.
495) Hirata, N. and M. Matsu’ura, Maximum-likelihood estimation of hypocenter withorigin time eliminated using nonlinear inversion technique, Phys. Earth Plane.
Inter., 47, 50-61, 1987.
(e) 成果の論文発表・口頭発表等
著者

題名

発表先

発表年月日

篠原雅尚

海の大国ニッポン

小学館

平成 23 年

真保敬，町田祐弥，篠原

海陸地震観測網を用いた

日本地球惑星科学連

平成 23 年 5

雅尚，山田知朗，望月公

ひずみ集中帯における応合 2011 年大会

月廣，金沢敏彦

力場の推定

町田祐弥，真保敬，篠原

長期海底地震観測による

日本地球惑星科学連

平成 23 年 5

雅尚，山田知朗，望月公

上越沖における地震活動

合 2011 年大会

月廣，金沢敏彦と地震波速度構造

篠原雅尚，金沢敏彦，酒日本海粟島沖に設置した第 22 回海洋工学シ

平成 23 年 8

井慎一，山田知朗，眞保

新規開発ケーブル式海底ンポジウム

月2日

敬，町田祐弥，八木健夫， 地震観測システム
橋本信一，望月公廣，中東和夫，塩原肇，歌田久司，山崎克之
Shinohara, M., T.

New compact Ocean Bottom

Asia Geosciences

平成 23 年 8

Kanazawa, T. Yamada, S.

Cabled Seismometer

Society 2011

月 10 日Sakai, K. Yamazaki

System Deployed in the
平成 23 年Japan Sea
Kanazawa, T., M.

New innovative ocean

UT 2011 IEEE

Shinohara, S. Sakai, H.

bottom cabled

Symposium on andUtada, H. Shiobara, T.

seismometer system and2011

Yamada, K. Mochizuki,

observation in the Sea ofWorkshop on SSC,K. YamazakiJapandoi:10.1109/UT.201
1.5774112, 2011.

真保敬，町田祐弥，篠原

海陸地震観測網を用いた

日本地震学会 2011

平成 23 年

雅尚，山田知朗，望月公

新潟県周辺における応力

年度秋季大会

10 月廣，金沢敏彦

場の特徴

町田祐弥，真保敬，篠原

新潟県上越沖における地

日本地震学会 2011

平成 23 年

雅尚，山田知朗，望月公

震活動と地震波速度構造

年度秋季大会10 月

Machida, Y., T. Shinbo,

Imaging of the 3D crustal

2011AGU Fall

平成 23 年

M. Shinohara, T.

structure off the Joetsu

Meeting

12 月

Yamada, K. Mochizuki,region in japan Sea andT. Kanazawa

its implication of the廣，金沢敏彦

50

activity of the tectonic
zone by using LT-OBSs(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２４年度業務計画案

平成 22 年度に 1964 年新潟地震の震源域に敷設した機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた海底地震観測を実施する。また、観測データを高精度に解析するために必要な情報を収集するため、平成 23 年度に実施した人工地震による構造調査のデータ解析を行う。地震観測データは、陸域の地震観測網データと併合した処理を実施することによって、微小地震の震源分布などの詳細な地殻活動を明らかにするとともに、海域における構造モデルを構築する。また、国内外の学会等において、今までに得た研究成果を発表し、新たな専門的知見を得、成果の取りまとめに反映させる。

51

監視サーバ

海中部給電装置

写真 1

システム監視、機能強化のために増設した監視サーバ、及び海中部給電装置。

GPS 受信機

写真 2

システム機能強化のために増設した GPS 受信機。

52

GPS アンテナ

写真 3

写真 4

システム機能強化のために増設した GPS アンテナ。

局舎内監視カメラ画像。5 分ごとに撮影、東京大学地震研究所へ伝送。

写真 5

東京大学地震研究所にリアルタイム伝送されている観測データ。
53

写真 6

作業船「第 28 豊山丸」、総トン数：82 トン、航海速力：10 ノット。

写真 7

構造調査に用いたエアガン

発源方式：圧縮空気、周波数：~128Hz 程度、発震容量：480 立方インチ、駆動空気圧~2,000PSI

54

表1

測線名

A

表2

測線の位置情報

測線長

緯度

経度

（km）

(ddmm.mmmm)(dddmm.mmmm)

3827.255933

13909.624250

3825.168032

13909.138402

3822.896864

13912.189492

3820.385939

13911.428596

3818.813654

13907.766373

3825.682479

13911.003467

3826.170716

13907.623938

3825.729244

13913.382531

3821.803333

13908.660999

3820.952906

13913.364122

3821.580700

13910.025632

3818.273979

13910.093211

3820.647125

13908.451146

20.89

15.00

210.00

35.00

45.00

震源決定に用いた速度構造に対して与えた各観測点の観測点補正値。

表3

観測点補正前の O-C time と観測点補正後の O-C time の比較。

55

図1

陸上局舎サーバの温度と湿度（2011/10/10～13）

光モジュール基板

図2

海底インライン・ケーブル式地震計 1 の内部基板温度と光モジュール温度（2011 年

11 月 23～25 日）

56

図 3発震測線図。測線 A は埋設されている 4 基の海底地震計の埋設方向を通る測線（縦測線）、測線 1～4 はそれに直交する測線（横測線）である。

57

図4

Line-A における OBCS1 の距離‐時間軸断面図。波形には 5～12 Hz のバンドパスフィルターがかけられている。Reduction velocity は 4.0km/s。

図5各観測点直下の速度構造。堆積層は 3 層から成り、基盤層の P 波速度は 5.5 km/s。

58

図6

図 7

震源決定に用いた一次元速度構造。

気象庁一元化震源と、ケーブル式海底地震計、及び粟島観測点で求めた震源分布の比較。青丸が気象庁一元化震源、赤丸が本業務によって求めた震源を示している。同じ地震が線で結ばれている。白逆三角形で示されているのがケーブル式海底地震計、及び粟島観測点の位置を示す。
59

図 8

ケーブル式海底地震計および粟島観測点で求めた地震の中から、精度よく決定された地震の震源分布。求められた震源は北北東‐南南西方向の断面に投影されている。

60

図 9

海底ケーブル・インライン式地震計（赤三角）と検測作業に用いた陸上観測点。検測に用いた陸上観測点は、東京大学（赤四角）、気象庁（緑四角）、防災科学技術研究所（青四角）、東北大学（黄四角）である。検測作業の対象とした期間（2010 年 8 月 29 日から 2011年 12 月 31 日まで）と同じ期間に気象庁が決定した地震（灰丸）も同時に示した。

図 10

各観測点における補正値。左図が P 波到達時刻の補正値、右図が S 波到達時刻の補正値を示している。

61

図 11

海底ケーブル・インライン式地震計によって決定された震源の分布。解が収束し、かつ水平方向、および深さ方向の誤差が 1 km、2 km 以内のものを示した。2010 年 8 月 29日から 2011 年 12 月 31 日までに気象庁によって決定された震源も同時に示した。海底ケー
ブル・インライン式地震計によって決定された震源とそれに対応する気象庁の震源は線で結ばれている。また、1964 年新潟地震の震源（気象庁による、黄色の星）も示した。

62