12 －５ 新たに開発したインライン式海底地震観測システム
New compact ocean bottom cabled system for seismic observation
東京大学地震研究所
Earthquake Research Institute, University of Tokyo篠原雅尚・金沢敏彦
Masanao Shinohara, Toshihiko Kanazawa
１．はじめに海域におけるリアルタイム観測は重要であり，これまで海底ケーブルを用いた海底におけるリアルタイム観測システムが構築されてきた．しかしながら，海底におけるリアルタイム観測点数は，いまだに十分とは言えない状況である 1）．東京大学地震研究所は，陸域での観測網と同じように海域でも多数の地震計を高密度に展開し（例えば 20km 間隔），広域の震源域の微細な挙動をリアルタイム観測するという目的に適した，小型・低コスト（製造・建設コストと運用コスト ) でシステ
ム拡張性と高信頼性を有する新たなインライン式地震・津波観測ケーブルシステムの開発を行ってきた 2），3），4）．この新たに開発したインライン式海底地震観測システムは，2010 年新潟県粟島南方海域に設置され，観測を行っている．本稿では，新規開発したインライン式海底地震観測システムについて紹介すると共に，設置した観測システムから得られているデータについて，報告する．
２．ケーブル式海底地震観測システム
我々が新規に開発したケーブル式海底地震観測システムは，インターネット技術を用いた通信回線の冗長化による観測の信頼性の向上，最新半導体技術を用いた計測部の小型化などが特徴である．
データは，光ファイバーを用いて伝送され，1 本のケーブルに複数の地震計が直列に接続できる（インライン式）．システムは，２つの陸揚げ局と伝送路の 2 重のリング構成と最新の ICT 技術の利用により，システムとして高い信頼性を実現している．１つの計測部に，地震観測用のセンサーと津波観測用のセンサーを搭載する．地震観測のセンサーには，日本航空電子の小型サーボ型加速度３台を用いて，直交３成分の観測を行う．加速度センサからの信号は 1kHz サンプリングで 24bitA/D 変換された後，0.1ms 以上の精度のタイムスタンプが個々の計測データに付与されたのち，CPUでイーサネット伝送用にパケット化されスイッチに送られる．一方，津波観測用の水圧計からの信号は陸上から伝送されてくる高精度クロック信号を基準にその周波数（水圧に対応）がカウントされた後，タイムスタンプが付与されて CPU，スイッチに送られる．高精度クロック信号は専用光ファイーバー経由で陸上から各ノードに配信されるが，この信号にはタイムスタンプの時刻データや，ノードの非常用制御信号も含まれる．ノード内の回路は，CPU 周辺回路やイーサネットスイッチ回路などは FPGA を採用しており，小型化，低消費電力化，信頼性確保を図っている．また CPUには広く使用されて信頼性の実績がある製品を採用した．その OS に Linux を採用することで，ノード内の各部の動作監視・制御だけでなく，信号処理ソフトや FPGA の修正もインターネット経由で大学などから可能である．
本システムは，最大適用水深 6000 ｍ，最大ケーブル長 900km で，40 地震・津波観測点を間隔20 km で 2 次元的に配置できる（100km 四方の領域をカバーする）（第１図）．試作したノードは，地震観測用であり，小型・軽量化（耐圧容器の外径 135mm 長さ 550mm）および低消費電力化（16W/－ 620 －ノード）することができた．計測部本体は，従来に比べて，体積比で 10 分の 1 に小型化されており（第２図），海底ケーブルの埋設と同時に，容易にノード本体の海底下埋設が可能である。埋設により，観測されるデータの品質の向上が期待されると共に，浅海域において，漁業活動などとの干渉を避けることができるようになった．
３. システム設置とデータ
東北日本の日本海側及び日本海東縁部には「ひずみ集中帯」が形成されていて，これまで大きな被害地震が発生している（第３図）．近年では，1964 年新潟地震（M7.5），2004 年新潟県中越地震（M6.8）や 2007 年新潟県中越沖地震（M6.8）が発生した．東京大学地震研究所では，文部科学省の委託研究として，ひずみ集中帯の一部と考えられている日本海新潟沖の海域において，地震活動の高精度把握を実施している．この委託研究の一環として，新潟県岩船郡粟島浦村（粟島）の南方海域に，我々が開発したケーブル式海底地震観測システムを設置し，自然地震の観測を開始した．
設置海域は，高密度地震観測網がある本州に近い領域であるが，対象域の高精度地震活動の把握には，直上での観測が必要である．また，設置海域は，1964 年新潟地震の震源域直上であり，新潟地震の性質の解明をはかることも目的の一つである．
今回設置したシステムは，地震計測部４台が，一本のケーブルで接続されており，ケーブルの一端を新潟県粟島に陸揚げした．地震計，通信部，および電源は，直径が約 15cm，長さ約 50cm の円筒形のカプセルに収納されており，海底ケーブルの全長は 25km である．地震計測部は約 5km間隔に接続されている．今回の対象域が比較的狭く，震源の深さが浅いことが想定されるために，短い観測点間隔とした．水深が 20m より深い部分では，地震計測部，ケーブル共に，海底から約1m の深さに埋設した．システムは，粟島の南方海域に設置され．地震計をなるべく２次元的に配置するために，ケーブルは全体としてＳ字型に設置された（第４図）．
設置は，通信用海底ケーブル設置に用いられている海底ケーブル敷設船を利用して，2010 年 8月 23 日から 28 日にかけて行われた．ケーブル敷設船は，まず，設置ルート上の障害物を除去するために，ケーブルルートの掃海を行い（23 日），その後，粟島浦村釜谷漁港付近に，海底ケーブルの一端を陸揚げした（24 日）．その後，粟島から沖に向かって，ケーブルを敷設した．この敷設時に，埋設機を用いて，ケーブルと地震計測部を海底下に埋設した．8 月 27 日と 28 日に，ケーブル埋設機では埋設しなかった陸揚げ地点付近と沖側のケーブル先端部分を海中ロボットにより後埋設し，設置は完了した．設置完了直後の 2010 年 8 月 28 日から，粟島の陸上局において，データ収録を開始し，2011 年 7 月現在連続してデータ収録を行っている．粟島の陸上局と地震研究所間は VPN 回線により常時接続されており，当初は FTP を用いた準リアルタイムのデータ伝送を行っていたが，2011 年 4 月から IP パケットに用いた地震研究所へのリアルタイム伝送を行っている．埋設した効果もあり，良好なデータが蓄積されている．例として，2011 年 1 月 3 日に粟島近海で発生した地震の波形を第５図に示す．陸上で観測されたデータにケーブル式海底地震観測システムのデータを加えて，震源再決定を行ったところ，陸上データのみで震源決定した場合により，数 km 震源が浅く決定された．
5. まとめ・	海底における高密度地震観測のために，小型なケーブル式海底地震観測システムを新規開発した．
・	システムは，汎用半導体の使用により，低コスト化をはかり，ICT による冗長性により信頼性－ 621 －を確保している．また，小型化により，全システムを設置時に埋設可能である．
・	平成 22 年 8 月に 1964 年新潟地震の震源域へ全長 25km，４台の地震観測点を持つシステムの設置を実施し，観測を開始した．
・	ノイズが多いと思われる浅海域（水深約 100m）でも，明瞭な記録が得られた．埋設が好結果をもたらしていると考えられる．
参考文献１）	金沢敏彦・篠原雅尚・塩原肇，海底地震観測の最近の進展 － 海底地震観測システムと海底における自然地震観測の進展について－，地震２，61, S55-S68, 2009.
２）	Kanazawa, T., M. Shinohara, S. Sakai, O. Sano, H. Utada, H. Shiobara, Y. Morita, T. Yamada,K. Mochizuki, and K. Yamazaki, New compact ocean bottom cabled system for seismic
observation in the Japan Sea, OCEANS 2010 - MTS/IEEE Seattle, 1-6, 2010.
３）	Kanazawa, T., M. Shinohara, S. Sakai, O. Sano, H. Utada, H. Shiobara, Y. Morita, T. Yamada,and K. Yamazaki, New compact ocean bottom cabled system for seismic and tsunami
observation, SubOptic 2010, 1-5, 2010.
４）	Kanazawa, T., and M. Shinohara, A new, compact ocean bottom cabled seismometer system-Development of compact cabled seismometers for seafloor observation and a description of
first installation plan, Sea Technology, 37-40, July, 2009.

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installation plan, Sea Technology, 37-40, July, 2009.

第１図 新たに開発したインライン式海底地震観測システムのコンセプト
Fig. 1 新たに開発したインライン式海底地震観測システムのコンセプト
Concept of the new ocean bottom cabled observation system
第１図Fig. 1

Concept of the new ocean bottom cabled observation system

第２図 今回開発した観測ノード（下）と従来の海底ケーブル式海底地震計観測ノード（上）との比較
第２図Photograph
今回開発した観測ノード（下）と従来の海底ケーブル式海底地震計観測ノード（上）との比較
Fig.2
of developed cabled seismometer (CS) unit with previous CS
Fig.2
Photograph of developed cabled seismometer (CS) unit with previous CS－ 623 －第３図 歪み集中帯における震央分布と，インライン式海底地震観測システムの設置域（赤四角）．矢
歪みの方向を示し，灰色の領域が歪み集中帯である．星は，この地域での大地震を示す．
第３図印は，歪み集中帯における震央分布と，インライン式海底地震観測システムの設置域（赤四角）．矢印
赤枠は，今回の設置域を示す．
は，歪みの方向を示し，灰色の領域が歪み集中帯である．星は，この地域での大地震を示す．赤Fig.3
Epicenter
distribution in the Niigata-Kobe Tectonic Zone (NKTZ). Arrows indicate directionand枠は，今回の設置域を示す．
amount of strain. Grey shadow region shows the NKTZ. Stars and circles denotehistorical large earthquakes and small earthquakes by the JMA, respectively. The study
Fig.3 area
Epicenter
distribution
in theis indicatedby a redbox.Niigata-Kobe Tectonic Zone (NKTZ). Arrows indicate direction andamount of strain. Grey shadow region shows the NKTZ. Stars and circles denote historical large
earthquakes and small earthquakes by the JMA, respectively. The study area is indicated by a redbox.

－ 624 －第４図25kmで、地震計の間
第４図 設置したケーブル式海底地震観測システムのルート図。ケーブル全長は設置したケーブル式海底地震観測システムのルート図。ケーブル全長は 25kmで、地震計の間隔隔は約 5km である。
Fig.4 Deployedrouteof the new developed ocean bottom cabled seismometer system in Awashima
は約 5kmである。
region. Total length is 25 km, and an interval of seismometers is about 5km.
Fig.4
Deployed route of the new developed ocean bottom cabled seismometer system in Awashimaregion. Total length is 25 km, and an interval of seismometers is about 5km.

第５図
1月3日
第５図設置したケーブル式海底地震観測システムにより観測された地震の波形例（2011設置したケーブル式海底地震観測システムにより観測された地震の波形例（2011 年 年
1月
3日
1313
時 45 分発生，マグニチュード 4.7）と，そのデータを用いた震源再決定結果．赤い星がケーブル式海底時 45 分発生，マグニチュード 4.7）と，そのデータを用いた震源再決定結果．赤い星がケーブル地震観測システムのデータを含んだ結果．青い星は陸上観測網のみで決定した震源位置．
Fig.5 Examplesof observed seismic waves by the deployed ocean bottom cabled seismometer式海底地震観測システムのデータを含んだ結果．青い星は陸上観測網のみで決定した震源位
system and result of relocation using the ocean bottom cabled seismometer data. Red and blue starts
置．
indicate hypocenter
relocated using the ocean bottom cabled seismometer data and determined byland
data
only,respectively.
Fig.5
Examples of observed seismic waves by the deployed ocean bottom cabled seismometer system－ 625 －
and result of relocation using the ocean bottom cabled seismometer data. Red and blue starts
indicate hypocenter relocated using the ocean bottom cabled seismometer data and determined by