３ .３

ＧＰＳ観測による詳細なひずみ分布の解明

目次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・252(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ５ヵ年の年次実施計画
1) 平成２０年度
2) 平成２１年度
3) 平成２２年度
4) 平成２３年度
5) 平成２４年度(e) 平成２１年度業務目的(2)

平成２１年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・253(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 観測の実施
2) データ解析
3) ひずみ集中帯の変形過程に関する予備的考察(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２２年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・262

251

(1) 業務の内容(a) 業 務 題 目

ＧＰＳ観測による詳細なひずみ分布の解明(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス教授

鷺谷 威

sagiya@seis.nagoya-u.ac.jp

同教授

木股 文昭

kimata@seis.nagoya-u.ac.jp

同准教授

橋本 千尋

hashi@seis.nagoya-u.ac.jp

同

特任研究員

松多 信尚

matta@seis.nagoya-u.ac.jp

同

大学院生

小澤 和浩

ozawa@seis.nagoya-u.ac.jp

同

大学院生

山本 淳平

yamamoto@seis.nagoya-u.ac.jp

同

大学院生

朝日 友香

同

大学院生

富永 岳志

同

大学院生

平井 敬

同

大学院生

岡崎 仁一

同

大学院生

佐々木 朋樹

同大学院生

白坂祥 之介国立大学法人名古屋大学

技術職員

奥田 隆

okuda@seis.nagoya-u.ac.jp

同

技術職員

堀川 信一郎horikawa@seis.nagoya-u.ac.jp

国立大学法人北海道大学准教授

高橋 浩晃

hiroaki@mail.sci.hokudai.ac.jp

同

技術職員

山口 照寬

teruhiro@sci.hokudai.ac.jp

同

技術職員

一柳 昌義

ichimasa@mail.sci.hokudai.ac.jp

同研究員

河野 裕希

yuhki-k@mail.sci.hokudai.ac.jp

国立大学法人東北大学大准教授

三浦 哲

miura@aob.geophys.tohoku.ac.jp

同

助教

太田 雄策

ohta@aob.geophys.tohoku.ac.jp

国立大学法人東京大学地教授

加藤 照之

teru@eri.u-tokyo.ac.jp

同助教

福田 淳一

fukuda@eri.u-tokyo.ac.jp

国立大学法人富山大学大教授

竹内 章

takeuchi@sci.u-toyama.ac.jp

同准教授

楠本 成寿

kusumoto@sci.u-toyama.ac.jp

国立大学法人京都大学大准教授

宮崎 真一

教授

田部井 隆雄国立大学法人名古屋大学
大学院環境学研究科

全学技術センター

大学院理学研究院

学院理学研究科

震研究所

学院理工学研究部

学院理学研究科
国立大学法人高知大学理学部
252

tabei@kochi-u.ac.jp

国立大学法人九州大学大准教授

松島 健

mat@sevo.kyushu-u.ac.jp

准教授

中尾 茂

nakao@sci.kagoshima-u.ac.jp

主任研究員

棚田俊収

tanada@onken.odawara.kanagawa.jp

技師

原田昌武

harada@onken.odawara.kanagawa.jp

学院理学研究院
国立大学法人鹿児島大学
理学部
神奈川県温泉地学研究所
同(c) 業務の目的
ひ ず み 集 中 帯 に お い て 精 密 な GP S キ ャ ン ペ ー ン 観 測 を 実 施 し 、ひ ず み 集 中 帯 を横 切 る 方 向 で の 地 殻 変 動 分 布 の 現 状 を 明 ら か に す る と と も に 、得 ら れ た 地 殻 変 動分布を説明できる物理モデルを構築する。
(d) ５ヵ年の年次実施計画
1) 平 成 ２ ０ 年 度 ： ひ ず み 集 中 帯 に お け る 詳 細 な ひ ず み 分 布 を 調 査 す る た め の 準
備 と し て 、必 要 な 観 測 機 器 を 整 備 し 、国 土 地 理 院 G P S観 測 網 G E ON E T の デ ー タ を
有 効 活 用 で き る よ う に 、 ひ ず み 集 中 帯 を 横 切 る 2箇 所 の 測 線 （ 新 潟 県 上 越 市 か ら
南 魚 沼 市 、 柏 崎 市 か ら 南 魚 沼 市 を 想 定 ） に 沿 っ て 、 そ れ ぞ れ 、 2-3km程 度 の 間 隔で GP S の キ ャ ン ペ ー ン 観 測 用 の 観 測 点 を 設 置 し た 。 さ ら に 、 年 1 回 の キ ャ ン ペ ーン 観 測 と し て 、観 測 点 に 設 置 さ れ た ボ ル ト に ア ン テ ナ を 固 定 し て 1 〜 2週 間 の 連 続観測を実施した。年周変化の影響を避けるため、観測は秋に実施した。得ら れた
観 測 デ ー タ は 周 囲 の G E ON E T観 測 点 と 一 緒 に 解 析 し 、毎 日 の 精 密 な 座 標 値 を 得 た 。
2) 平成２１年度：GPS観測データ解析のための体制を整備すると共に、前年度設置された観測点において年1回のキャンペーン観測を実施し、データ解析を行なう。
3) 平成２２年度：平成20年度に設置された観測点において年1回のキャンペーン観測を実施し、データ解析を行なうと共に、これまでのデータから初期的なモデルを構築する。
4) 平成２３年度：平成20年度に設置された設置された観測点において年1回のキャンペー
ン観測を実施し、データ解析を行なうと共に、自然地震観測や地殻構造探査などから得られる地下構造を参考にモデルの改良を行なう。
5) 平成２４年度：平成20年度に設置された設置された観測点において年1回のキャンペー
ン観測を実施し、データ解析を行なうと共に、各サブプロジェクトから得られる成果を参考に、ひずみ集中を引き起こしている地殻内の短縮変形の分布や断層幾何形状およびすべり分布などを推定し、ひずみ集中帯を横切る詳細な地殻変動分布とそれを説明する物理モデルを構築する。
(e) 平成２１年度業務目的
前年度設置された観測点 49 ヶ所において、3〜4 週間のキャンペーン観測を 1 回実施する。さらに、GPS 観測データ解析のための体制を整備してデータ解析を行い、前年度の解析結果との比較から地殻変動分布に関する最初の結果を得る。
(2) 平成２１年度の成果(a) 業務の要約
253平成 21 年 9 月から 12 月にかけて、平成 20 年度に構築した GPS 観測網（新潟県糸魚川市，上越市，十日町市，南魚沼市、柏崎市、長岡市）において約 40 日間にわたりキャンペーン観測を実施した。殆どの観測点において、昨年を質・量ともに上回る良好なデータを取得することができた。この観測で得られたデータを周囲の GEONET 観測点およびグローバル観測網のデータと合わせてデータ解析を行い、世界測地系（ITRF2005 座標系）における各観測点の正確な座標値を得た。さらに、平成 20 年度の解析結果も含めて地殻変動速度分布を推定したが、現状では地殻変動を議論するには観測データが不足している。
また、既存の GPS データおよび地震データに基づいて、ひずみ集中帯の変形過程について予備的な考察を実施し、2004 年中越地震と 2007 年中越沖地震の震源域に挟まれた領域に顕著な変形集中が見られることが分かった。
(b) 業務の成果
1) 観測の実施
平成 20 年度に設置した観測点において，平成 21 年 9 月 14 日から 10 月 28 日にかけて，GPS の連続観測を実施した。能生小学校観測点では観測機器の不調によりデータが取得できなかったため、平成 21 年 10 月 29 日から 11 月 18 日まで、下早川小学校観測点については、学校校舎の耐震改修工事のために当初予定した観測ができなかったため、11 月 19日から 11 月 29 日まで追加の観測を実施してデータを取得した。なお、あさひ荘観測点では屋上工事のために観測が行えず、また、工事に伴って観測不能となることが分かったた
め、次年度以降に代替観測点の設置を検討することとした。また、北条北小学校観測点で、ソーラー電源による電源供給が不十分となり、1 週間程度しか連続データが取得できなかった。以上の観測点以外では順調に観測が行われ、十分なデータが取得できた。観測の様子を図 1 に示す。また、観測データの取得状況を表 1 にまとめる。
観測に際しては、昨年度本研究予算で購入した GPS 受信機に加え、各大学で保有する既存の機器も合わせて使用した。その際、各観測点において、昨年度使用したのと同一機種の GPS アンテナを使用するよう注意した。これは、GPS アンテナの機種により、計算される座標値にバイアスを生じることが知られているため、そうした誤差を避ける目的である。

254

図1

観測機器設置状況および観測作業の様子。
（左上）谷浜小学校。
（右上）木浦小学校。

（下）保倉小学校にて、生徒さんに観測について説明中。

255

表1

GPS キャンペーン観測によるデータの取得状況

256

2)

データ解析
本研究で得た観測データ（49 点）に、周囲の GPS 連続観測（28 点）および IGS 観測点（7 点）を加え、合計 84 点のデータ解析を実施して、毎日の精密な座標値を推定した。
データ解析には Bernese GPS Software(version 5.0)を使用し、IGS による精密暦および地球回転パラメータを使用して解析を実施した。また、解析にあたっては、ITRF2005 座標系に準拠し、IGS 観測点（TSKB を除く 6 点）を ITRF2005 で与えられる座標値に強く拘束して座標値を得た。
その結果、観測が行われた約 40 日分の座標値のばらつき（RMS）として、東西成分では 1.9-4.0mm （ 平 均 2.4mm ）、 南 北 成 分 で 2.0-4.7mm （ 平 均 2.7mm ）、 上 下 成 分 で4.8-10.2mm（平均 6.7mm）という結果が得られた。気象条件等の影響で観測期間中に一部系統的に座標値のずれている日があり、こうした日のデータに注意してさらに解析を行えばさらなる精度の向上が可能と思われる。長野県の臼田観測点を固定して得られた時系列の例を図 2 に示す。観測網の西端に位置する大和川小学校では東向き、東端に位置する第二上田小学校では西向きの変位が得られており、観測網内での東西短縮変形が捉えられていることが分かる。
これまでに得られた 2 年分の座標値データから水平地殻変動ベクトルを計算した結果を図 3 に示す。現状では地殻変動を議論するためにはデータが不足しているが、今後も観測を継続することで精度向上が期待でき、地殻変動を議論するのに十分なデータが得られるものと期待される。

図 2

座標時系列の例（左）大和川小学校（右）第二上田小学校。ともに臼田観測点に対する動きを示す。

257

図3

臼田観測点に対する地殻変動速度。

3) ひずみ集中帯の変形過程に関する予備的考察
本研究では、稠密 GPS 観測により詳細な地殻変動分布を明らかにし、それに基づいてひずみ集中帯の変形過程を明らかにすることを目指している。GPS 観測からはまだ十分な結果が得られていないが、既存のデータに基づいて予備的な考察を行った。
図 4 は、国土地理院の GPS 観測網のデータに基づいて 2004 年中越地震発生前（1996年 4 月〜2002 年 12 月）の両津に対する地殻変動速度を示したものである。この図から、ひずみ集中帯における変形集中域は、2004 年の中越地震および 2007 年の中越沖地震の震源域に挟まれた領域であることが読み取れる。すなわち、2 つの地震の震源断層の位置と、地震発生前の変形集中域は一致しない。このことから、地震発生前に起きていた変形集中域では、応力蓄積に伴う弾性変形もしくは非弾性変形が生じ、その両隣では弾性的な応力蓄積が生じていたと考えられる。
2004 年中越地震発生前の地震活動に注目すると、図 5 の赤い破線で囲んだ領域において中規模の地震が発生しており、この地震活動が変形集中にしている可能性が考えられる。
これらの地震のメカニズムは、2004 年中越地震や 2007 年中越沖地震と同じく東西圧縮に伴う高角逆断層であるが、地表で観測された変形を説明するほどの規模ではなく、非地震性の変形に伴う地震であったと考えられる。2004 年中越地震や 2007 年中越沖地震の余震を利用した地震波トモグラフィー解析によれば、これら 2 つの大地震の震源域に挟まれた領域には、基盤上面に顕著な凹凸が見られ、Deep Central Trough（DCT）と呼ばれる基盤上面が深く、上部地殻が浅くなっている部分がある（Kato et al., 2009）。DCT では応258力を支える実効的な地殻の厚さが小さいため、応力蓄積しやすい条件がある。ここでは東西短縮の応力によって非弾性的に短縮を賄っている可能性が考えられる。今後、GPS 観測を通して、この変形過程の詳細を解明していくことが必要である。

図4

国土地理院の GPS データに基づくひずみ集中帯付近の地殻変動分布。

図5

2004 年中越地震発生前（1998 年 1 月〜2004 年 10 月）の地震活動。

259

(c) 結論ならびに今後の課題
新潟県上越・中越地域の 49 観測点において約 40 日間の GPS キャンペーン観測を実施した。このデータを周辺の GEONET 観測点のデータと合わせて解析することにより，各観測点の日座標値を精密に推定し、平成 20 年度の座標値を踏まえて地殻変動の初期的な成果を得た。現状では観測精度が不足しており、地殻変動の分布について議論するのは時期尚早である。
また、既存データに基づく予備的な考察により、2004 年中越地震と 2007 年中越沖地震の震源域の間に変形集中域が存在したことが明らかとなった。この結果を手がかりとして、今後本研究で得られる稠密な GPS データを用いて変形過程のモデル化を進め、ひずみ集中帯の変形過程の解明を目指す。
(d) 引用文献
1) Kato, A., Kurashimo, E., Igarashi, T., Sakai, S., Iidaka, T., Shinohara, M.,
Kanazawa, T., Yamada, T., Hirata, N., and Iwasaki, T., Reactivation of ancient rift
systems triggers devastating intraplate earthquakes, Geophys. Res. Lett., 36, L05301,
doi:10.1029/2008GL036450. 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、口発表場所

発表者氏名

頭・ポスター発表の別)(学会等名)

発表時期

活断層周辺の地殻変動

鷺谷威・朝日友香・小澤

千葉市(日本2009 年 5から見る内陸地震の応和浩・伊藤武男・大園真

地球惑星科月力蓄積過程と諸問題

子・橋本学・細善信・和学 連 合 2009

田安男・平原和朗・道家年大会)

国際・国内の別国内

涼介・西村卓也
日本海東縁歪み集中帯

ひ ず み 集 中 帯 GPS 観 測

千葉市(日本2009 年 5の地殻変動：これまでグループ(代表：鷺谷地球惑星科

月の知見と新たな稠密威)

学 連 合 2009

GPS観測

国内年大会）

ひずみ集中帯の謎ーな

鷺谷威・小澤和浩・朝日

京都市(日本2009 年

ぜ大地震が起きるの友香

地 震 学 会

10月

国内2009 年 秋 季か？

大会)
Interseismic
deformation

pattern

T. Sagiya, M. Ohzono,

サンフラン2009 年K.

M.

シ ス コ (AGU

12月

A.

Fall

Hirahara,

tells the extent of aHashimoto,fault rupture: lessons

Takeuchi, Y. Hoso, Y.

fromWada,dense

GPSR.

Doke,260K.

Meeting)

国際observation

aroundthe Atotsugawa fault,

Ozawa, Y. Asahi, K.
Onoue, and F. Ohyacentral Japan
Interseismic

T. Sagiya, M. Ohzono,

淡M.

(HokudanA.

2010

deformation

aroundK.

acriveunder

Hashimoto,faults

Hirahara,

路

市

scrutiny with dense

Takeuchi, Y. Hoso, Y.

Internationa

GPS observation

Wada,l Symposium

R.

Doke,K.

Ozawa, Y. Asahi, K.

onOnoue, and F. Ohya

Faulting)2010 年 1

国際月

Active

学会誌・雑誌等における論文掲載
掲載論文(論文題目)

発表場所発表者氏名(雑誌等名)

発表時期

鷺谷威

地震,2009年

Aseismic slow slip

T. Iinuna, M. Ohzono, Y.

Geophys.

2009

on an inland active

Ohta,

M.

Res. Lett.,

10月

fault triggered by aKasahara, H. Takahashi,

36, L20308

neaby

shallow

T. Sagiya, T. Matsushima,

2008

S. Nakao, S. Ueki, K.

陸域地殻変動に基づ

国際・国内の別
国内

く日本列島の地震テ
クトニクス

event,

theS.

Miura,

Iwate-Miyagi

Tachibana,

T.

Sato,

Nairiku earthquake

Tsushima, K. Takatsuka,(Mw6.8)T.

Yamaguchi,

H.
M.

Ichiyanagi, M. Takada, K.
Ozawa,

M.

Fukuda,Y.

Asahi, M. Nakamoto, M.
Yamashita, and N. Umino
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

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年

国際3) 仕様・標準等の策定
なし(3) 平成２２年度業務計画案
50ヶ 所 の GPS観 測 点 に お い て 、 1ヶ 月 程 度 の キ ャ ン ペ ー ン 観 測 を 1回 実 施 す る 。
建 物 の 工 事 に よ っ て 観 測 続 行 が 不 可 能 と な っ た 観 測 点 に つ い て は 、代 替 の 観 測 点を設置し、観測を実施する。また、一部の観測点について、積雪時以外に連続点な 観 測 を 試 行 す る 。こ れ ら の デ ー タ を 解 析 し 、そ の 結 果 に 基 づ い て 地 殻 変 動 速 度
デ ー タ の 精 度 を 向 上 さ せ る 。ま た 、ひ ず み 集 中 帯 の 変 形 過 程 に 関 す る モ デ ル 構 築に着手する。

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