３－４

東北地方太平洋沖地震後の海底地殻変動観測結果
Seafloor movements observed by seafloor geodetic observations after the 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake
海 上 保 安 庁
Japan Coast Guard
東北大学

Tohoku University
海上保安庁では，2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震後，日本海溝沿いに設置した海底基準点において，順次，海底地殻変動観測を実施している．
ここでは，2012 年 12 月までに実施した日本海溝沿い海域における 2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震後の地殻変動について，海上保安庁が実施している GPS/音響測距結合方式による海底地殻変動（GPS/A）観測結果*1 と，東北大学が実施している自己浮上式海底水圧計（OBP）観測＊2 の結果を報告する．

１．水平変動第 1 図に海上保安庁の GPS/A 観測の海底基準点の配置と地震後の累積変動量を，第 2 図に海底基準点の地震後の局位置解の時系列を示す*3, *4, *5．
「宮城沖 1」では，西北西方向の地殻変動が観測されており，本震後の累積変動量は 41 cm となる．2011
年 7 月 10 日の余震（M7.3）から 2012 年 12 月 7 日の三陸沖の地震（M7.3）までの期間でも，西向きに 22 cmの地殻変動が観測されている．なお，2012 年 12 月の地震に伴うと考えられる顕著な変位は検出されていな
い．また，「釜石沖 1」でも，本震後，西向きに 22 cm（暫定値）の地殻変動が観測されているが，同海底基準点の観測結果は他の海底基準点に比べてばらつきが大きく，観測結果の判断には更なる観測データの蓄積が必要である．その他，「宮城沖 2」では南向きに 17 cm，「釜石沖 2」では北西方向に 6 cm の地殻変動が検出されている．
一方，「福島沖」及び「銚子沖」では，本震後，東南東方向の余効変動が検出されており，時間とともに減衰している様子がうかがえる．累計変動量は，「福島沖」で 65 cm，「銚子沖」で 36 cm である．
第 3 図に，第 2 図の「福島沖」及び「銚子沖」の水平成分の時系列に対して対数関数近似を行った結果を示す．対数関数近似は，国土地理院資料（地震予知連絡会会報第 88 巻参照）と同様の方法で行った．
なお，GPS/A 観測は観測回数が少ないため，観測データだけで時定数を精度よく推定することは困難であることから，「福島沖」では国土地理院 GNSS 観測点「いわき」，「銚子沖」では同「銚子」における推定値（それぞれ 8.89 日，1.47 日）を使用した．「福島沖」及び「銚子沖」の時系列データは，対数関数によくフィットしていることがわかる．

－ 139 －

2. 上下変動
海上保安庁の GPS/A 観測では，「銚子沖」を除くすべての海底基準点で沈降傾向が見られている（第 2図）．特に，「宮城沖 2」及び「福島沖」で沈降傾向が大きく，本震後の累積沈降量は，それぞれ約 30 cm，約 35 cm である．
第 4 図に，東北大学の自己浮上式海底水圧計（OBP）観測結果を示す．
第 4 図(a)～(g)は，OBP のデータから，潮汐成分と非潮汐海洋変動成分ならびにセンサーの長期ドリフト成分を除去することにより得られた地震後の余効変動時系列である．長期ドリフト成分の推定には，顕著な地殻変動がないと考えられる 2011 年 3 月 7 日までの時系列を用いた．第 4 図(a)～(g)から，変動レートが時間とともに減少する様子が認められる．OBP のデータは期間が短く，その時定数を精度よく推定することは困難と考えられるので，宮城県沿岸部での GNSS 観測点で観測される余効変動時系列を参考に，時定数を 20 日に固定して観測時系列に対数関数をあてはめたところ（第 4 図(a)～(g)の赤線），全ての OBP データで良い一致がみられる．
第 4 図(h)は，2011 年 4 月 23 日から同年 12 月 10 日までの OBP 観測，海上保安庁の GPS/A 観測及び国土地理院の GNSS 観測で得られた上下変動の分布図である．なお，海上保安庁の GPS/A 観測結果は，地震後 1 回目の観測から 2011 年 11 月の観測までの上下変動量である．OBP で観測される海域での上下変動はいずれも沈降であり，海溝軸から海岸線に向かって，また観測領域南側に向かって沈降量が大きくなる傾向が見られる．この傾向は，GPS/A 観測による上下変動の大きさと空間変化とよく一致している．

東北地方太平洋沖地震の震央周辺では複雑な地殻変動を示しており，地震後の海底地殻変動について詳細な議論を行うためには更なる観測データの蓄積が必要である．

*1 東北大学の「GJT3」の結果については，解析に問題がみつかり，結果が変わり得るため，本報告から除外した．
*2 東北大学の OBP 観測は，文部科学省委託研究「東海・東南海・南海地震の連動性評価研究」の一環として実施された．
*3 「宮城沖 2」海底基準点は，文部科学省のプロジェクト「宮城県沖地震に関するパイロット的な重点的調査観測」(平成 14～16 年度)の一環として設置したものである．
*4 解析に用いた KGPS 陸上基準点の一部は，国土地理院の電子基準点であり，1 秒データを提供していただいている．また，この観測は，東京大学生産技術研究所との技術協力のもとに実施している．
*5 図 2 について・図は，海底基準点の位置（複数個の海底局の平均位置）を基準からの差として示している．
・解析では，重心推定法（松本ほか，2008）を使用している．全エポックのデータから 4 台の海底局の相対位置関係を決定し，その位置関係を固定して各エポックの重心（4 台の海底局の平均位置）の位
Epoch #1置変化（東西・南北・上下）を推定している（右図）．
Epoch #2
・各海底基準点の位置は，当庁の本土基準点である下里（SLR 観測局）を基準と×
Epoch #3して決定している．図では各海底基準点の位置を下里のユーラシアプレート安定×域に対する速度（291°，3.2cm/年；Sengoku(1998)；SLR グローバル解析による）で
δx1×補正し，ユーラシアプレート安定域に対する速度として示している．
δy1
δx2
δz1
δy2
δz2
海底局の相対位置関係を固定－ 140 －㻔㼍㻕

M7.3

M9.0 M7.2 M7.3

2011年

2012年

2013年

㔩▼Ἀ䠎㻔㻷㻭㻹㻺㻕

2011/4/3

2012/12/13㻢㼏㼙㔩▼Ἀ䠍㻔㻷㻭㻹㻿㻕

2011/4/5

2012/12/14

㻞㻞㼏㼙䠄ᬻᐃ್䠅

2011/3/28

2012/12/12

㻠㻝㼏㼙ᐑᇛἈ䠍㻔㻹㼅㻳㻵㻕

2011/8/30

㻔㼎㻕㻰㼕㼟㼜㼘㼍㼏㼑㼙㼑㼚㼠㼟

2012/11/15

㻞㻞㼏㼙ᐑᇛἈ䠎㻔㻹㼅㻳㼃㻕

2011/3/27

2012/12/11㻝㻣㼏㼙⚟ ᓥ Ἀ㻔㻲㼁㻷㼁㻕

2011/3/29

2012/12/15

㻢㻡㼏㼙㖯 Ꮚ Ἀ㻔㻯㻴㻻㻿㻕

2011/4/18

2012/11/22

㻟㻢㼏㼙

40°N

6cm

39°N

KAMN

22cm (暫定値)
41cm

KAMS

(ʼ11.3-ʼ12.12) 2011/3/11

38°N

MYGW

37°N

MYGI

(M9.0)

2011/4/7(M7.2)

17cm 22cm

2011/7/10(M7.3)
2012/12/7(M7.3)(ʼ11.8-ʼ12.11)

FUKU

65cm
50cm

36°N

CHOS

36cm

00kmkm5050 100
10035°N
140°E
第1図Fig. 1

141°E

142°E

143°E

144°E

145°E

海上保安庁の各海底基準点における地震後の水平変動（ユーラシアプレート安定域固定）(a) 各海底基準点の観測期間と累積変動量(b) 各海底基準局の配置と水平変動ベクトル（黄色及び橙色の星印は，それぞれ本震及び海底基準点近傍で発生した主な余震を示す．）
Horizontal displacements after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake at the seafloor
reference points along the Japan Trench (relative to the stable part of the Eurasian plate), derived by
the array constraint method (Matsumoto et al., 2008): (a) observation period and cumulative displacements,(b) locations and displacement vectors. The yellow star and the orange stars show the epicenters of themainshock and the three large aftershocks near the reference points, respectively.

－ 141 －(a) 釜石沖 2（KAMN）(b) 釜石沖 1（KAMS）

2011/3/11(M9.0)

2011/3/11(M9.0)＊＊＊＊(c) 宮城沖 1（MYGI）
2011/3/11(M9.0)

2011/7/10(M7.3)

There was a large variation in average seawater temperature.（depth 0 - 500 m: about 2 ℃）(d) 宮城沖 2（MYGW）
2011/3/11 2011/4/7(M9.0)(M7.2)

2012/12/7(M7.3)

第２図 海上保安庁の各海底基準点の局位置解の時系列（ユーラシアプレート安定域固定）
Fig. 2 Time series of the estimated position of the seafloor reference points relative to the stable part of the Eurasian plate.
Blue circles show the new results, and circles with brackets show the relatively unreliable results due to less data.
Green and blue dashed lines show the occurrences of the mainshock and the large aftershocks of the 2011 off the Pacificcoast of Tohoku Earthquake.

－ 142 －

(e) 福島沖（FUKU）(f) 銚子沖（CHOS）

2011/3/11(M9.0)

2011/3/11(M9.0)

Fig. 2 Time series of the estimated position of the seafloor reference points (continued).

(e) 福島沖（FUKU）(f) 銚子沖（CHOS）
0.50

0.60

West <-> East (m)West <-> East (m)2011/3/11(M9.0)
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00

( )

-0.10
-500

(0.16 ± 0.01) log (1 + t / 8.89 ) + (-0.15 ± 0.03)
RMS = 3.1cm

0.200.10(0.13 ± 0.01) log (1 + t / 1.47 ) + (-0.43 ± 0.07)
RMS: 3.3 cm
050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

0.30( )(-0.11 ± 0.01) log (1 + t / 8.89 ) + (0.13 ± 0.02)
RMS = 2.1 cm

South <-> North (m)South <-> North (m)

0.30

-0.10
-50

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

-0.10
-0.20
-0.30
-0.40
-0.50
-50

2011/3/11(M9.0)

0.00

0.10
0.00

0.40

050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700(-0.07 ± 0.02) log (1 + t / 1.47 ) + (0.25 ± 0.10)
RMS: 4.6 cm

0.20
0.10
0.00
-0.10
-0.20
-0.30
-50

050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

days after M9 mainshockdays after M9 mainshock

第 3 図 「福島沖」「銚子沖」海底基準点の局位置解の時系列の対数関数近似※横軸は，東北地方太平洋沖地震発生日からの通日，縦軸は，地震後１回目の観測からの累積変位量を示す．
※赤の破線は，対数関数近似曲線，括弧は，取得データ量が少ないことを示す．
※グラフ中の緑線は，東北地方太平洋沖地震を示す．
※時定数相当の係数は，「福島沖」は国土地理院 GNSS 観測点「いわき」，「銚子沖」は同「銚子」による推定値を使用した．

Fig. 3 Logarithmic function fit to the time series at FUKU and CHOS (red dashed lines).
Green dashed lines show the occurrence of the mainshock of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake.
The relaxation times are the values at GNSS stations adjacent to the reference points, estimated by the Geospatial
Information Authority of Japan (GSI).

－ 143 －(d)20

00−20−20

−40

−40
0

0

−20

−20

−40

−40
120

160

200

200

3
3
40

80

120160

200

P09

1000

3

days after M9 mainshock

4020-239˚㔩▼Ἀ㸰 .$01(f)

P03

0160

P08

0

days after M9 mainshock(c) 20120

3 3 *-7
3

00
40
00000
3060<*,ᐑᇛἈ㸯38˚ᐑᇛἈ㸰 0<*:−200000808060

2040

40

40

200145˚40˚days after M9 mainshock

(e)

P02

144˚0-2200

143˚

700

40
Seaﬂoor level [10 m]

160

142˚00120

days after M9 mainshock141˚7080

140˚

040

P07

5000(h)2011/04/23~2011/12/10

0-2

P06

20(b)

Seaﬂoor level [10 m]

40

6000

Seaﬂoor level [10 m]

40200(a)−40−20−60−40⚟ᓥἈ )8.8

−80
80

120

160

0200

days after M9 mainshock4080120(g)τ = 20 days-2

Seaﬂoor level [10 m]tτ

200

days after M9 mainshock

4000

400037˚00

40f ( t) = a log 1+160

040

700

050GJT320010 cm−2036˚−4004080120160200days after M9 mainshock

第 4 図 (a)-(g)東北大学の自己浮上式海底圧力計 (OBP) 観測による海底上下変動※黒点は，OBP データの時系列（1 日値），赤実線は，観測時系列に時定数 20 日を仮定して対数関数 ( 左下 ) をあてはめたもの．

(h)Fig. 4

陸上 GNSS 観測網，OBP 観測および海上保安庁の GPS/A 観測で得られた上下変動の分布 ※隆起・沈降を赤上向き，青下向きの矢印で示す．GPS/A 観測の結果は白抜きで示す．

(a)-(g) Time series of the seafloor levels measured by seven ocean-bottom pressure gauges (OBP) operated by Tohoku University.
Red lines indicate logarithmic function fitted by formula written at the lower left. The relaxation time (τ) was given as 20 days.
(h) The vertical displacements observed at onshore GNSS network (red and blue solid arrows), OBPs (blue solid arrows), and seafloor reference points (blue open arrows).

－ 144 －