資料3-3海底地殻変動観測によるゆっくりすべりのモニタリングの現状と今後
国⽴研究開発法⼈海洋研究開発機構
堀⾼峰

内容• 南海トラフの現状• DONETとそれに接続された孔内観測装置による海底連続リアルタイム地殻変動観測• 2016年４⽉の事例︓プレート境界での発⽣を確認• ⽇本海溝・千島海溝の現状• 海底リアルタイム地殻変動観測網はまだない＆断層情報も不⼗分• GNSS⾳響測距での地殻変動観測をWave Gliderによる⾃動観測で加速• リアルタイム地殻変動観測技術の開発• 光ファイバーセンシングによって地殻変動観測する技術を開発• 光ファイバーセンシング＆WGの活⽤で、⽇本海溝・千島海溝でもリアルタイム地殻変動観測を

DONET: 地震・津波観測監視システム

2016年DONETの開発・構築を完了し、NIEDに運⽤移管した。南海トラフ地震発⽣帯の想定震源域においてリアルタイム⻑期連続観測を開始した。観測データは、気象庁の他、地⽅⾃治体や電⼒会社に配信され、緊急地震速報、即時津波予測システムなどに活⽤されている。
DONET1
ü2011年8⽉運⽤開始
ü観測点︓
22
ü⻑期孔内観測システム︓ 3
ü海底ケーブル⻑︓320km
DONET2
ü2016年8⽉運⽤開始
ü観測点︓
29
ü海底ケーブル⻑︓500km
観測センサー
ü強震計
ü広帯域地震計
ü圧⼒計
ü精密温度計DONETの特徴
ü ⾼信頼性︓基幹ケーブルシステムは、信頼性の⾼い通信海底ケーブル技術を基に開発
ü 冗⻑構成︓２系統のデータ伝送路と給電路を備え、部分的な障害に対して耐⼒のあるシステム設計
3
ü 置換機能︓観測装置は、ROVにより交換、整備、更新等が可能

地震発⽣帯現状把握

連続リアルタイム地殻変動観測システムの構築

海底連続リアルタイム地殻変動観測システムでゆっくりすべりによる歪変化を観測
孔内間隙水圧

孔内間隙水圧

低周波微動活動による地震モーメント解放量

低周波微動活動による地震モーメント解放量
1944年東南海地震の破壊領域

Pore-pressure variation from fault dislocationC0002

海溝軸近傍で「ゆっくり滑り」が誘発・繰り返されていることを観測。

P la t ebaryound

C0010p 1~ 2
Slow slicm

Plate subduction

Araki et al., Science, 20175

2016.4.1の地震とその後のゆっくりすべり
２週間継続した1-2cmのゆっくり滑り

低周波微動

ゆっくり滑り低周波微動

M6.5本震M6.5本震Nakano et al. 2018

南海トラフ地震断層で発⽣したM6.5の地震とその後に起きた、ゆっくり滑り・低周波微動とを記録

余震

M6.5本震低周波微動

２週間継続した1-2cmのゆっくり滑り

プレート境界でのすべりかどうかをリアルタイムで知るためには（１）リアルタイム海底地殻変動観測（２）詳細な断層形状などの構造情報（３）即時データ解析の３点セットが必要
南海トラフ（熊野灘は特に⾼感度）は可能内容• 南海トラフの現状• DONETとそれに接続された孔内観測装置による海底リアルタイム地殻変動観測• 2016年４⽉の事例︓プレート境界での発⽣を確認• ⽇本海溝・千島海溝の現状• 海底リアルタイム地殻変動観測網はまだない＆断層情報も不⼗分• GNSS⾳響測距での地殻変動観測をWave Gliderによる⾃動観測で加速• リアルタイム地殻変動観測技術の開発• 光ファイバーセンシングによって地殻変動観測する技術を開発• 光ファイバーセンシング＆WGの活⽤で、⽇本海溝・千島海溝でもリアルタイム地殻変動観測を

⽇本海溝・千島海溝の海底地殻変動観測︓
GNSS-Aによる年数回のモニタリング
ESE

11 - 2

TSURU ET AL.: INTERPLATE COUPLING AT THE JAPAN TRENCH MARGIN

プレート境界でのすべりかどうかをリアルタイムで知るためには（１）リアルタイム海底地殻変動観測
GNSS-⾳響測距結合⽅式の海底地殻変動観測には、（２）詳細な断層形状などの構造情報ブイや船などの海上プラットフォームが必要（３）即時データ解析の３点セットが必要
⽇本海溝・千島海溝はいずれも未整備

リアルタイム海底地殻変動観測網は存在せず現場で測定する基準局にも空⽩域がある

Tsuru et al. (2002)
Figure 1. Bathymetry and tracks of seismic reflection lines off the east coast of the northeastern Japan
無⼈機Wave Gliderによりコストを削減し、⾼頻深部断層情報は東北地⽅太平洋沖地震でarc. Horst and graben structures develop in the northern area of the Japan Trench outer slope, whereas
度観測を実現すべくシステム開発・R1試験観測。
seamounts are observed in the southern area. The
thin solid lines represent seismic reflection survey lines
⼤すべりのあった宮城県沖以外ではobserved from 1996 to 2001 and the bold lines mark segments shown in the subsequent figures. Small→ 船舶を使った場合と同程度の精度での海底局位更新されていない
open circles marked with numbers represent the DSDP holes drilled on Legs 56 and 57. Stars are large
置の測位が可能なことを実証 [Iinumaet al.,earthquakes (greaterthan M7.5) recorded from 1850 to 2000; most of these are located in the northernarea. Seamounts shown in Figure 16 are marked with letters a through h.
2021]。

erosion at the base of the overriding plate are seldom[ ] Newly observed MCS reflection data have clearly
昨年度からWGでの⾃動観測が実施可能となり、⽇本海溝・千島海溝でもようやく年数回の観測が実現
recognized in multichannel seismic (MCS) reflection images imaged a tectonic structure near the plate boundary in the5

except for a case study off Costa Rica [Ranero and vonHuene, 2000]. The authors of this study identified twomechanisms of the basal erosion from MCS data: erosion
by seamount tunneling and removal of large rock lenses.
[4] Many large earthquakes in excess of M7.5 occur in
the Japan Trench margin and most of them are of interplatethrust types [e.g., Yoshii, 1979; Hasegawa et al., 1994].
Interestingly, the epicenters of these earthquakes are notuniformly distributed along the margin, with most located in
the northern area (Figure 1) [e.g., Abe, 1977; Kawakatsuand Seno, 1983]. However, there are few field observations

southern area, and its features are remarkably different fromthose of the northern area. We report here regional variationin the structural features, especially that of the thickness ofinterplate sedimentary units, between the north and south
Japan Trench. We also discuss the potential importance ofthe sedimentary units in influencing the coupling of theplate boundary.

2. Method
2.1. Data Acquisition

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WGを活⽤した海底地殻変動観測の⾃動化・多頻度化
⻘森県東⽅沖における海底地殻変動緊急観測

衛星通信
WG位置情報WG姿勢データ
⾳響測距相関波形• 1968年、1994年とM8前後の地震が繰り返し発⽣している⻘森県沖で2020年11⽉6⽇から7⽇にかけてM5クラスの地震が続発したため、地域の固着状態の評価のため、海底地殻変動観測⽤WGを緊急展開して、既存観測点（G02・G03）と新設観測点（G25）におけるデータを取得した。WGによる観測のため、船舶を選ばないことが緊急観測実現に⼤きな⼒となった。
• ⼤きな変動（特に、断層すべりに伴うような東向きの変位）は⾒られず、2020年11-12⽉の地震活動に伴う顕著な⾮地震性すべり等は三陸沖北部海溝付近のプレート境界では発⽣していないことを確認した。

結合解析
陸上

準リアルタイム
解析の実海域試験も実施

GNSS観測
⾳響測距
ジャイロ
WG

海底局位置 準リアルタイム解析の模式図
G25（新設）G02
G03

衛星通信によるデータ伝送まで実施した（結合解析は航海終了後に実施）

1968年⼗勝沖地震Mw8.2（⾚コンター; Yamanaka & Kikuchi, 2004）、1994年
三陸はるか沖地震Mw7.7（⻘コンター; Nagai et al., 2001）の地震時すべり分布と1930年から2020年11⽉までのM5以上の地震の震央（⿊丸; 気象庁）、1984年から2011年までの繰り返し地震(橙丸)を⽰す。
⿈⼗字星は既設のGNSS-A観測点（G02・G03）、橙⼗字星は新設のGNSS-A観測点（G25）を⽰す。⻩四⾓は2021年2⽉に設置予定の広帯域海底地震計観測点を⽰す。

14

内容• 南海トラフの現状• DONETとそれに接続された孔内観測装置による海底リアルタイム地殻変動観測• 2016年４⽉の事例︓プレート境界での発⽣を確認• ⽇本海溝・千島海溝の現状• 海底リアルタイム地殻変動観測網はまだない＆断層情報も不⼗分• GNSS⾳響測距での地殻変動観測をWave Gliderによる⾃動観測で加速• リアルタイム地殻変動観測技術の開発• 光ファイバーセンシングによって地殻変動観測する技術を開発• 光ファイバーセンシング＆WGの活⽤で、⽇本海溝・千島海溝でもリアルタイム地殻変動観測をリアルタイム地殻変動観測技術の開発• 光ファイバーセンシングによって地殻変動観測する技術を開発• 室⼾での通信⽤光ファイバーケーブルを⽤いた地震波観測の実現• 海底に設置した光ファイバーケーブルでの歪観測の実現• 将来的に、光ファイバーセンシング＆WGの活⽤で、⽇本海溝・千島海溝でもリアルタイム地殻変動観測を• 既存の釧路沖海底ケーブルの活⽤や新たな海底基準局設置を検討

室⼾での通信⽤光ファイバーケーブルを⽤いた地震波観測の実現
ロシアーモンゴル境界での地震
51.241N, 100.443E 10 km Mw 6.8
11 Jan 2021 21:32:59 UTDASを⽤いた超⾼分解能地震観測観測により(e.g., 10-m interval & 500 Hz sampling)
ケーブルに沿った地震波動伝搬を可視化

JAMSTECの海底ケーブルシステム:室⼾、豊橋、初島

海底に設置した光ファイバーケーブルでの歪観測の実現
ROVによる光ファイバー展開

Length: ca. 200 m

Fiber optic cable
Bearing: 335 degrees(Strain measurement)

Extension cable

UMC junction
2mI/F unit
20 m cable

光ファイバーによって計測された⻑期歪変化

1 month

0.5 micro-strain

Date from 2020 to 2021
Araki et al. (2021, JpGU Meeting)千島海溝でのリアルタイム海底地殻変動観測に向けた検討
釧路沖海底ケーブルでの光ファイバーセンシングΛվΊͯࣔ݁͢Ռͱͳ
ͷਫ਼౓Λ্͛Δ͜ͱ΍ͯɼϓϨʔτ‫ڥ‬քઙ෦‫͏͠ݱ‬Δ͜ͱ΋໌Β͔ΛվΊͯࣔ݁͢Ռͱͳͬͨ
Slip-deficit error
Slip-deficit std஍֪ߏ଄ͷ৘ใͷᐆດͷਫ਼౓Λ্͛Δ͜ͱ΍ɼ‫؍‬࣮σʔλղੳͷ৔߹ʹͯɼϓϨʔτ‫ڥ‬քઙ෦ͷ஍‫͏͠ݱ‬Δ͜ͱ΋໌Β͔ʹͳ૝͞ΕΔ͕ɼຊ࿦จͷ
光ファイバーケーブルによる沿岸（陸から100km程度）でのリアルタイム歪観測஍֪ߏ଄ͷ৘ใͷᐆດ͞Λ΋Β͠͞ͷվળͷఆྔΛվΊͯࣔ݁͢Ռͱͳͬͨ
Slip-deficit error
Slip-deficit std
࣮σʔλղੳͷ৔߹ʹ͸ɼ
50%程度の誤差ͷਫ਼౓Λ্͛Δ͜ͱ΍ɼ‫؍‬ͯ͠΋ߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖૝͞ΕΔ͕ɼຊ࿦จͷΑ͏ͯɼϓϨʔτ‫ڥ‬քઙ෦ͷ஍ͷख๏ͱϞσϧ‫ࠩޡ‬Λ
衛星通信によるリアル΋Β͠͞ͷվળͷఆྔతͳ‫͏͠ݱ‬Δ͜ͱ΋໌Β͔ʹͳ͜ͱʹΑͬͯɼ࣮σʔ
タイムデータ伝送ͯ͠΋ߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖Δͱ஍֪ߏ଄ͷ৘ใͷᐆດ͞Λߦ͏΋ͷʹൃలͤ͞Δͷख๏ͱϞσϧ‫ࠩޡ‬Λߟྀ
WGの複数展開に
࣮σʔλղੳͷ৔߹ʹ͸ɼͷͻͱͭͱߟ͍͑ͯΔ
よる⾼頻度観測͜ͱʹΑͬͯɼ࣮σʔλʹ
数%程度に減少

Slip-deficit error

釧路沖海底ケーブルa)

a)

b)
a)
b)

釧路沖海底ケーブルでの光ファイバーセンシング、釧路沖への新規海底局設置・専⽤WG導⼊による海底地殻変c)
動リアルタイム観測網を検討中
b)・室⼾海底ケーブルでの光ファイバーセンシング実証済
c)
・四国沖海底光ファイバーでの歪観測実証済
・WGでのリアルタイムデータ伝送実証済

陸上装置

Slip-deficit std૝͞ΕΔ͕ɼຊ࿦จͷΑ͏ߦ͏΋ͷʹൃలͤ͞Δ͜ͱ΋Β͠͞ͷվળͷఆྔతͳͷͻͱͭͱߟ͍͑ͯΔɽͯ͠΋ߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖Δͱͷख๏ͱϞσϧ‫ࠩޡ‬Λߟྀ
GNSS-AとWGによる沖合でのリアルタイム地殻変動観測[1] Kinugasa, N., Tadoࢀߟ͜ͱʹΑͬͯɼ࣮σʔλʹ14(m) Murakami et al. (2021)(m)(2020). Estimationߦ͏΋ͷʹൃలͤ͞Δ͜ͱ
[1]Kinugasa,Tadokoroͷͻͱͭͱߟ͍͑ͯΔɽ
of soundN.,speedin oਤ–5 c)Error between mean and reference
solution, and(m)stan(m)(2020). Estimation offor observation usinof sound speed in ocean
dard deviation of interseismic fault slip-deficit distriࢀߟਤ–5 Error between mean and reference solution, and stanSci. 7, 1–14. doi:10
for observation using mbution. (a) GNSS and GNSS-A, (b) GNSS and high海底局

まとめ• 南海トラフではJAMSTEC・NIED等による海域観測（海底地殻変動の連続モニタリングと断層等のイメージング）と⽂科省受託等を活⽤したデータ解析⼿法の⾼度化・迅速化が進んでいる• ⽇本海溝・千島海溝でも、これらのセットが必要• その実現のためには、GNSS⾳響測距でのWG活⽤や光ファイバーセンシングによる海底地殻変動観測技術の進展や当該地域での海域観測が不可⽋