３．１．３

電磁気学的手法によるひずみ集中帯発生機構解明と機構解明データセンター

の運用
目

次

(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・63(a) 業務題目(b) 担当者(c) 業務の目的(d) ６ヵ年の年次実施計画（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２２年度業務目的(2)

平成２２年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・65(a) 業務の要約(b) 業務の実施方法及び成果
1) 電磁気学的手法によるひずみ集中帯発生機構解明a) 東北背孤ひずみ集中帯における広帯域 MT 観測b) 庄内平野－新庄盆地周辺域での予察的な二次元構造解析c) 米沢測線におけるデータ解析と予察的な二次元構造解析d) 日本各地の火山における電磁気・重力観測研究
2) 機構解明データセンターの運用(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２３年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75

62

(1) 業務の内容(a) 業務題目

電磁気学的手法によるひずみ集中帯発生機構解明と機構解明データセンタ

ーの運用(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス

国立大学法人東京大学
教授

平田 直

hirata@eri.u-tokyo.ac.jp

同

准教授

上嶋 誠

uyeshima@eri.u-tokyo.ac.jp

同

教授

森田 裕一

morita@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

小河 勉

ogawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

小山 崇夫

tkoyama@eri.u-tokyo.ac.jp

同

特任研究員

長谷 英彰

hase@eri.u-tokyo.ac.jp

同

特任研究員

相澤 広記

a-zawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同助教

加藤 愛太郎akato@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

蔵下 英司

ekura@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

中川 茂樹

nakagawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同

特任研究員

菅野 貴之

sugano@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技官

渡邉 篤志

atsushi@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技官

宮川 幸治

miyakawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技官

芹澤 正人

serizawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技官

小山 茂

skoyama@eri.u-tokyo.ac.jp

地震研究所(c) 業務の目的
ひ ず み 集 中 帯 形 成 に お い て は 、沈 み 込 む 海 洋 性 プ レ ー ト か ら の 脱 水 に よ っ て 供
給 さ れ た 流 体 が 地 殻 や 上 部 マ ン ト ル に 局 在 し 、そ れ が 弱 体 と な っ て ひ ず み 集 中 をも た ら す と 考 え ら れ る た め 、東 北 地 方 日 本 海 側 の ひ ず み 集 中 帯 に お い て 、東 西 に
横 切 る 測 線 で 地 磁 気 地 電 流 （ マ グ ネ ト テ ル リ ク ： M T) 法 に よ っ て 比 抵 抗 構 造 探 査を 行 い 、ひ ず み 集 中 帯 の 地 殻・上 部 マ ン ト ル に 存 在 す る 間 隙 流 体 の 精 密 マ ッ ピ ン
グ に 基 づ い て 、ひ ず み 集 中 帯 の 機 構 解 明 を 図 る と と も に 、ひ ず み 集 中 帯 機 構 解 明のために取得される地震・地殻変動・地球電磁気データを管理・公開するためのデータセンターを運用する。
(d) ６ヵ年の年次実施計画（過去年度は、実施業務の要約）
1) 平成１９年度：東北地方日本海側のひずみ集中帯において MT 法に基づく地殻・上部マントルに存在する間隙流体の精密マッピングを行うための比抵抗構造探査装置を整備し、ひずみ集中帯の機構解明を図るために効果的な調査観測測線の検討等を行った。さらにひずみ集中帯機構解明のために取得される地震・地殻変動・地球電磁気データを管理・公開するためのデータサーバを整備し、その管理・公開手法の検討を行った。
2) 平成２０年度：比抵抗構造探査装置 12 台を用いて、秋田県南部および山形県北部（鳥63海山測線）、山形県中部（庄内－新庄測線）、秋田県南部および岩手県南部（岩手宮城測線）を東西に横切る 3 測線で、それぞれ測線長約 50km 程度の広帯域 MT 法観測を実施し、予察的な比抵抗断面を推定した。機構解明データサーバの運用を開始し、地震・地殻変動・
地球電磁気データなどの多項目データの収録・収集をおこない、データベースの構築を開始した。
3) 平成２１年度：平成 20 年度に引き続き、比 抵 抗 構 造 探 査 装 置 1 3 台 を 用 い て 山 形
県 北 部 周 辺 を 東 西 に 横 切 る 3 測 線 で 観 測 点 間 隔 約 3 ～ 1 0 km 及 び 総 測 線 長 約
1 8 0 k m 程 度 の 広 帯 域 MT 法 観 測 を 実 施 し 、比 抵 抗 構 造 を 推 定 し た 。ま た 、霧 島 火山、富士山、桜島等で比抵抗構造探査や自然電位観測等を実施し、地下流体 の存
在 や そ の 流 動 を 検 出 し 、地 殻 活 動 と の 関 連 性 を 調 べ た 。機 構 解 明 デ ー タ サ ー バ を用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データなどの多項目データの収録・収集を行い、データベースの運用を継続した。
4) 平成２２年度：比抵抗構造探査装置約 10 台を用いて、平成 21 年度に実施した山形県
北部、秋田県南部での補充観測を行うとともに、新潟県北部、山形県南部、福島県中部を東西に横切る測線で観測点間隔約 7～10km 及び測線長約 100km 程度の広帯域 MT 法観測を実施し、比抵抗構造を推定する。また、霧島火山、桜島、伊豆大島等で比抵抗構造探査や MT 連続観測、自然電位観測、重力観測等を実施し、地下流体の存在やその流動を検出し、地殻活動との関連性を調べる。機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データなどの多項目データの収録・収集を行い、データベースの運用を継続する。
5) 平成２３年度：平成 22 年度までに取得した秋田県南部、山形県中北部、新潟県北部－
山形県南部－福島県中部を東西に横切る測線や、桜島、霧島、伊豆大島各火山での MT 法
観測データのインヴァージョン解析を進め、比抵抗構造を推定する。この比抵抗インヴァージョン解析のために必要な、十分な機能をもった計算サーバを導入する。また、必要に応じて、上記各地での補充観測を実施する。また、三宅島、富士山周辺域等で比抵抗構造
探査や自然電位観測等を実施し、地下流体の存在やその流動を検出し、地殻活動との関連性を調べる。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、国内外の学会等で研究発表を行う。機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電
磁気データなどの多項目データの収録・収集を行い、データベースの運用を継続する。また、データを効率的に流通させるためのデータ利用システムをデータサーバ上に構築する。
6) 平成２４年度：新潟県北部、山形県南部、福島県北部における広帯域 MT 法観測を継続し、地殻・上部マントルの比抵抗断面を推定する。霧島などの火山地域において電磁気観測を行い、比抵抗構造、自然電位分布等を明らかにする。また、データセンターの運用を継続する。
(e) 平成２２年度業務目的
比抵抗構造探査装置約 10 台を用いて、平成 21 年度に実施した山形県北部、秋田県南部
での補充観測を行うとともに、新潟県北部、山形県南部、福島県中部を東西に横切る測線
で観測点間隔約 7～10km 及び測線長約 100km 程度の広帯域 MT 法観測を実施し、比抵抗構造を推定する。また、霧島火山、桜島、伊豆大島等で比抵抗構造探査や MT 連続観測、
自然電位観測、重力観測等を実施し、地下流体の存在やその流動を検出し、地殻活動との64

関連性を調べる。機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データな
どの多項目データの収録・収集を行い、データベースの運用を継続する。
(2)

平成２２年度の成果(a) 業務の要約
東北日本海側のひずみ集中帯の地下深部構造を明らかにするため、比抵抗構造探査装置
11 台を用いて、昨年度までに実施してきた庄内平野－新庄盆地周辺部の南側にあたる新潟
県 村 上 市 か ら 福 島 県 相 馬 市 に 至 る 米 沢 測 線 で 、 観 測 点 間 隔 約 5～ 10km 及 び 測 線 長 約150km、27 観測点の広帯域 MT 法観測を実施した。また、昨年度の観測の補充として、
山形県鶴岡市南部から天童市に至る月山測線の東側地域で補充的広帯域 MT 法観測を 3 観測点で実施した。昨年度までに電磁場応答関数を推定していた庄内平野－新庄盆地周辺部
における 5 測線の応答関数から予察的な二次元浅部比抵抗構造を求め、島弧に沿う方向の浅部地殻流体分布と地殻活動との関連性を明らかにした。また、今年度に実施した米沢測線のデータから、汎用の MT 周波数応答関数ロバスト推定手法を用いて電磁場応答関数を推定し、二次元比抵抗構造の推定を行った。
また、桜島火山周辺域における広帯域 MT 法・絶対重力連続観測や霧島火山、伊豆大島
全域にわたる広帯域 MT 法観測、三宅島火山における絶対重力の測定を行い、火山流体の存在と移動・その変化の検出を図った。平成 23 年 1 月 26 日より霧島新燃岳が爆発的噴火を開始したため、平成 22 年夏に実施した新燃岳周辺観測域の北側での広帯域 MT 観測、
MT 連続観測を平成 23 年 3 月より開始した。また、平成 23 年 3 月 11 日に東日本大震災が発生し、同時期に霧島での観測を開始したため、伊豆大島における観測の遠隔参照点として平成 22 年 12 月より設置していた宮城県丸森町での広帯域 MT 観測を延長して継続した。
機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データなどの多項目デー
タの収録・収集をおこない、データベースを構築した。また、サーバ上にホームページを開設し観測研究情報の公開にむけての準備を行った。
(b) 業務の実施方法及び成果
1) 電磁気学的手法によるひずみ集中帯発生機構解明a) 東北背孤ひずみ集中帯における広帯域 MT 観測
平成 20 年度の東北背孤ひずみ集中帯における広帯域 MT 観測の成果として、庄内東縁断層が分布する領域から東に落ちる低比抵抗帯が見出されたことがあげられた 1),2) 。庄内
平野東縁部における断層は深部に向かって東落ちに延長することが推測されている 3) ことから、この低比抵抗帯は断層帯あるいは断層運動に関連した連結した高含水域を表している可能性があり、地震波速度構造とも対応関係が認められた。平成 21 年度においては、
この低比抵抗域の広がりや強度分布、データ中に存在する三次元性の影響を調べることを目的として、平成 20 年度に実施した鳥海山測線と庄内－新庄測線の間に 1 測線（酒田(SKT)
測線：8 測点）、庄内－新庄測線のさらに南側に 2 測線（鶴岡(TRK)測線：9 測点、月山(GSS)
測線：16 測点）を設け、観測を実施した。平成 22 年度においては、上記 GSS 測線の東側
65にあたる地域で 3 観測点の補充観測を行うと共に、さらに南側にあたる新潟県村上市から米沢盆地を経て福島県相馬市に至る米沢(YNZ)測線（27 観測点）において広帯域 MT 観測を実施した。図 1 に平成 20、21、22 年度をあわせた全観測点分布を示す。
平 成 20、 21 年 度 に は 、 本 計 画 で 整 備 さ れ た Metronix 社 製 の 広 帯 域 MT 観 測 装 置(ADU-07)と同社製インダクションコイル(MFS06)、既存の Phoenix Geophysics 社製広帯域 MT 観測装置(MTU-5)と同社製インダクションコイル(MTC50)をあわせて使用し、電場 2 成分、磁場 3 成分の時間変動値を記録していたが、平成 22 年度には Metronix 社製の観測装置を用いた観測点において、鉛直磁場の測定には同社製の短いインダクションコイル(MFS07)を用いることとし、観測の効率化を図った。今年度の観測では、上部マントルに至る深部構造決定を目指して、測線長は 150km にとり、測点間隔は 5～10km 間隔とした。また、昨年度観測を実施した GSS 測線の最東部にあたる山形盆地域ではデータ品質がやや劣っていたため、今年度において 3 観測点での補充観測を行った。2010 年 9 月 12 日
から 12 月 4 日にかけて観測を行い、最近の低調な地磁気活動状況を考慮して、1 測点あたり約 20 日間観測を継続し、観測域を順次移動させた。
b) 庄内平野－新庄盆地周辺域での予察的な二次元構造解析
昨年度に推定した庄内平野－新庄盆地周辺域での 5 測線上の MT 周波数応答関数（インピーダンステンソル）から、予察的な二次元構造解析を行った。MT 周波数応答関数の推定では、昨年度に整備したデータ解析手順に従い、汎用の周波数応答関数ロバスト推定ア
ルゴリズム 4) を用い、観測点固有の磁場ノイズや電磁場間に相関のあるノイズが存在する
ことによるバイアスを軽減するため、リモートリファレンス処理 5) を行った。
構造を求める第１ステップとして、二次元性の吟味と regional strike 方向を決定するための phase tensor 解析 6) を各測線について行った結果を図 2 に示す。周囲の海岸線の配置
や地質構造を考慮すると、10 秒より長周期側では各測線に共通して、regional strike の方
向は概ね NNE-SSW の方向となっているが、短周期側ではその走向からは異なり、各測線に固有の方向を示している。
このため、浅部構造の決定を念頭におき、各測線で 10 秒以下の短周期側データのみを用い、TM モードデータ（電流が構造断面に沿う方向のみに流れるモード）のみを用いて、予察的に二次元浅部構造を推定した。その結果を、CHK、SKT、SNJ、TRK、GSS 測線の順に、図 3 から図 7 に示す。構造解析には、表層不均質の影響による static shift（見かけ比抵抗曲線が周期特性を変えずに上下に移動する）効果を考慮に入れた ABIC 二次元インヴァージョンコード 7) を用いた。各図において、a に二次元構造を示し、b に観測値と aの構造に基づく理論値との比較を示している。
1894 年庄内地震（M7.0）を引き起こしたとされる東傾斜の庄内平野東縁断層に沿う低比抵抗域が決定された 1),2) 測線は、図 5 に示した SNJ 測線であったが、今回の解析では短周期データのみを用い異なった走向に回転させた応答関数を用いているために、低比抵抗
域は深さ方向に広がった解像度の悪いイメージとして表現されている。庄内平野－新庄盆地周辺域での追加観測は、断層の活動度に応じた島孤走行方向の構造変化をとらえるために実施したが、現段階では、CHK 測線については観測値と理論値との一致が悪いために鳥海山直下の構造の評価を行うことは困難であり、SNJ 測線のすぐ北側と南側の SKT、
66

TRK 両測線では出羽丘陵下に顕著な低比抵抗域が認められず、前述の沿断層良導帯は南北に連続していないように思われる。その南側の GSS 測線では、再び月山周辺から東に傾き落ちる良導体が認められ、沿断層良導帯の延長ないしは月山の火山活動との関連性が指摘できる。深部構造を決定するために、10 秒より長周期側の二次元走向に基づき、長周期データを用いた解析が待たれる。
図 8 には、良導体が存在する方向を指す性質のある鉛直－水平磁場間周波数応答関数から求められる実部 induction vector の分布を示す。SNJ 測線におけるように、概ね測線に沿う方向に矢印が分布している測線については、比較的二次元性が成立していると考えて良いが、庄内平野や新庄・山形盆地の複雑な堆積盆形状を反映して矢印が測線方向から大きく外れている測線もあり、今後、これらのデータをあわせて三次元解析を行っていく必
要性が指摘される。
c) 米沢測線におけるデータ解析と予察的な二次元構造解析b)で 述 べ た デ ー タ 解 析 手 順 に 従 い 、 今 年 度 取 得 し た 米 沢 (YNZ)測 線 電 磁 場 デ ー タ よ り
MT 周波数応答関数を求めた。図 9 に、良好なデータが得られなかった YNZ100 を除いた
全 26 観測点での MT 探査曲線を示す。YNZ105、110、180 の 3 観測点を除いて、数 100Hzから数千秒の長周期に至るまで滑らかで誤差の小さい良好な探査曲線が推定されている。
phase tensor 解析 6) に基づいた二次元 regional strike 推定の様子を図 10 に示す。周期 10秒までの短周期では strike 方向が定まらず一次元性の卓越を示唆しているのに対して、長周期側では NNE-SSW 方向に regional strike 推定値が集中している。この長周期側でのregional strike の方向に回転させたインピーダンステンソル非対角成分より作成した見かけ比抵抗、位相擬似断面図を図 11 に示す。この場合、Zxy、Zyx は、それぞれ TE モード（電流が断面に直交する方向に流れるモード）、TM モード（電流が断面に沿う方向に流れるモード）に対応するインピーダンスとなる。
次に、TM モードデータのみを用いて、予察的に二次元構造を推定した。数 100Hz から
数千秒の長周期に至るまでのデータを用い、b)に同じく static shift 効果を考慮に入れた
ABIC 二次元インヴァージョンコード 7) を用いて構造を推定した。その結果を、図 12 に示す。島弧中軸部、背弧側に深部から上昇するかのように見える低比抵抗域が認められ、地下深部からの流体の供給経路が存在することを示唆する。しかしながら、図 13 に示すよ
うに、YNZ 測線においても induction vector の方向は必ずしも測線の方向に沿うとは限らず、三次元性を示唆していることから、今後三次元性の吟味が重要な課題となる。
d) 日本各地の火山における電磁気・重力観測研究ⅰ) 桜島火山周辺域における広帯域 MT 法連続観測2008 年 5 月から 2009 年 7 月にかけて桜島火山山麓の 2 観測点で広帯域 MT 連続観測を行い、数週間～数ヶ月続く比抵抗変動を捉えていた。比抵抗変動は山麓の有村観測坑道に設置された傾斜変動と同時期に開始し、海水準程度の深さで顕著なことから、マグマから側方に脱ガスした揮発性成分が地下水に混入している現象であると推測した 8) 。
2010 年 2 月中旬から 7 月初旬にかけて、本プロジェクトで新たに導入した Metronix 社
製の ADU-07 を用い、引き続き広帯域 MT 連続観測を実施した。図 14 に示すように、こ67

れまでの 2 点から、6 点に観測点を増設した結果、図 15 に示した見かけ比抵抗時系列が示すように、桜島島内全域の観測点で MT インピーダンスの短周期成分(300～1Hz)に時間変動が認められた。また変動は各観測点で同時に現われるのではなく、各観測点によって
1 週間程度のずれがあることも明らかとなった。
また、長期にわたって取得したデータを多数スタックすることにより、約 1000 秒の長周期に至るまで、高精度のインピーダンスが推定しえることを確認した。こうして、桜島においても深部（～20km）比抵抗構造推定を行える目途がついた。
ⅱ) 霧島火山周辺域における MT 構造探査
平成 22 年 7 月下旬から 9 月上旬にかけ霧島火山周辺域において広帯域 MT 比抵抗構造探査を実施した。図 16 に示すように、全 17 箇所の観測点を面的に分布させた。1) b)で述べたデータ解析手順に従い、各観測点での電磁場データより MT 周波数応答関数を求めた。良導体の方向を指す性質をもった induction vector の分布図を見ると、1 秒周期付近
では、ベクトルが新燃岳の北～北西側を向いているのに対し、100 秒以上の長周期側（深部）では南西～南を向くようになっている（図 17）。
平成 23 年 1 月 26 日より新燃岳において噴火活動が活発化し、爆発的噴火活動を繰り返
すようになった。地殻変動観測データの解析から、新燃岳の北西 6km あたりの地下 10kmに、マグマ溜まりと想定される膨張・収縮源の存在が指摘された。今回の MT 観測で求められた周期 1 秒付近における induction vector の向きは、そのマグマ溜まりの低比抵抗体の方向を指し示している可能性がある。平成 22 年夏の観測域は、新燃岳を中心として観測点を分布させたため、上記の膨張・収縮源の位置から南に偏って観測点が分布している。
このため、平成 23 年 3 月よりその北側の領域で補充観測や MT 連続観測を開始した。
図 18 には MT 探査曲線を示すが、今後、この MT 探査曲線や induction vector を用いたより詳細な解析を行い、比抵抗構造を推定する予定である。
ⅲ) 伊豆大島火山における MT 構造探査
平成 22 年 12 月下旬～平成 23 年 2 月上旬にかけ、伊豆大島において広帯域 MT 比抵抗構造探査を実施した。図 19 の観測点分布に示されているように、全 20 箇所の観測点を伊
豆大島全島にわたって面的に分布させ、全島にわたる深部構造決定を目指した。
予察的な MT 応答関数解析をした限りでは、図 20 に示すようにノイズの混入が大きく応答関数決定精度の悪い観測点が複数存在することがわかり、ロバスト解析パラメタ設定に注意を払い、慎重にノイズ除去を行っていく必要がありそうである。全体的な傾向としては、周期 1 秒周辺で見掛け比抵抗は極小値をとり、1～10Ωｍ程度の低比抵抗となっていることがわかり、帯水層の存在を示唆している。
ⅳ) 桜島火山・三宅島火山における絶対重力観測
火山内部の構造解明と将来の火山噴火予知を目指して、火山活動の活発な桜島において絶対重力の連続観測を行った。南岳火口から南へ約 2km に位置する有村観測抗（図 14 に位置を図示）に、絶対重力計 FG5 を 1 台設置し、2009 年 4 月から連続観測を行った。
FG5 の公称精度は 1 micro Gal である。絶対重力測定は 1～2 日程度で行われるのが通常68であり、これまでに火山において 1 年間連続して観測を行った例はない。室内での観測とはいえ、有村観測抗は火山灰・埃・湿気が多く、実験室に比べて非常に過酷な環境での観測となった。このような過酷な環境で連続観測を行うための技術的なノウハウを蓄積した
結果、図 21 に示すように世界で初めて絶対重力の連続観測に成功し、噴火活動の活発化、静穏化との間に有意な相関が認められた。現段階では、この重力変化を火道中のマグマヘッドの上昇・下降で説明しようと試みているが、今後、降水による重力変化補正を精密化
し、噴火・地震活動・電磁気データ等と比較して解釈を精密化していく必要がある。
三宅島火山において、2010 年 7 月に重力多点観測を実施し、2006 年 9 月に観測した重力値との比較を行った。その結果、山頂カルデラを中心とした同心円状の 20-40 micro Gal
程度の重力増加が捉えられた。重力増加は、同心円状地下水層回復モデルで定量的に説明が可能であり、この期間に減少した SO 2 ガス放出量の時間変動とも調和的であった。
2) 機構解明データセンターの運用
昨年度に引き続き、地震、地球電磁気、地殻変動データを各研究グループから収集し、データベースの構築を実施した（表 1）。データの収集は、小型の可搬型固定ディスク装置に格納したデータを各研究グループから機構解明データセンターに宅配便等で送付することにより行った。機構解明データセンターでは、届いたデータをデータ蓄積装置に展開・保存した。各データのフォーマットについては、昨年度と同様に次の方針に従った。（１）
地震の連続波形データ及びイベント波形データは、日本の地震波形データ流通において事実上の標準フォーマットである WIN フォーマット 9) に統一した。検測データ及び震源データも WIN システム 10) で利用する形式に統一した。（２）地球電磁気データについては、
データ流通の標準フォーマットはないため、比抵抗構造探査装置等データ観測装置固有のバイナリフォーマットを用いることとした。
（３）地殻変動データのうち火山湖の温度・水位についてはテキストファイル形式、GPS データについてはバイナリフォーマットを用いることとした。
収集したデータの種類や量（例えば、地震波形データの場合は収集したデータの期間）、観測点一覧の情報更新をおこなった。さらに、このデータベースを元にして機構解明デー
タ蓄積サーバ内に格納されているデータの説明に関するホームページを更新した。
(c) 結論ならびに今後の課題
東北日本海側のひずみ集中帯の地下深部構造を明らかにするため、比抵抗構造探査装置
11 台を用いて、昨年度までに実施してきた庄内平野－新庄盆地周辺部の南側にあたる新潟
県 村 上 市 か ら 福 島 県 相 馬 市 に 至 る 米 沢 測 線 で 、 観 測 点 間 隔 約 5～ 10km 及 び 測 線 長 約150km、27 観測点の広帯域 MT 法観測を実施した。また、昨年度の観測の補充として、
山形県鶴岡市南部から天童市に至る月山測線の東側地域で補充的広帯域 MT 法観測を 3 観測点で実施した。昨年度までに電磁場応答関数を推定していた庄内平野－新庄盆地周辺部
における 5 測線の応答関数から予察的な二次元浅部比抵抗構造を求め、島弧に沿う方向の浅部地殻流体分布と地殻活動との関連性を明らかにした。また、今年度に実施した米沢測線のデータから、汎用の MT 周波数応答関数ロバスト推定手法を用いて電磁場応答関数を推定し、二次元比抵抗構造の推定を行った。今後の課題として、インピーダンステンソル
69

がもつ三次元性に注意をはらって二次元断面を推定すること、必要に応じて三次元インヴァージョンを行って本観測地域の三次元的比抵抗分布イメージを確立することがあげられる。さらに、地震波速度構造との対照から地殻内流体の存在様式を明らかにし、庄内東縁
断層係をはじめとする地域の地殻変動メカニズムを探っていきたい。
また、桜島火山周辺域における広帯域 MT 法・絶対重力連続観測や霧島火山、伊豆大島
全域にわたる広帯域 MT 法観測、三宅島火山における絶対重力の測定を行い、火山流体の存在と移動・その変化の検出を図った。平成 23 年 1 月 26 日より霧島新燃岳が爆発的噴火を開始したため、平成 22 年夏に実施した新燃岳周辺観測域の北側での広帯域 MT 観測、
MT 連続観測を平成 23 年 3 月より開始した。また、平成 23 年 3 月 11 日に東日本大震災が発生し、同時期に霧島での観測を開始したため、伊豆大島における観測の遠隔参照点として平成 22 年 12 月より設置していた宮城県丸森町での広帯域 MT 観測を延長して継続した。今 後 は 、自 然 電 位 や 比 抵 抗 な ど の 電 磁 気 学 的 情 報 、重 力 や G P S な ど の 測 地 学
的 情 報 、地 球 化 学 的 情 報 な ど を あ わ せ る こ と で 、総 合 的 に 火 山 流 体 流 動 の 実 態 解明を図り、火山活動との関連性を明らかにしていきたい。
機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データなどの多項目デー
タの収録・収集をおこない、データベースを構築した。また、サーバ上にホームページを開設し観測研究情報の公開にむけての準備を行った。今後は、データ利用者が使いやすい
データ公開の方法について更に検討を加える。
(d) 引用文献
1) 市原寛, 上嶋誠, 坂中伸也, 小河勉, 三品正明, 小川康雄, 西谷忠師, 山谷祐介, 渡邊篤志, 森田裕一, 吉村令慧, 臼井嘉哉:日本海東縁ひずみ集中帯（庄内—新庄地域）の比抵抗構
造イメージング, 月刊地球, Vol. 32, pp. 417-424, 2010.
2) Ichihara, H., Uyeshima, M., Sakanaka, S., Ogawa, T., Mishina, M., Ogawa, Y.,
Nishitani, T., Yamaya, Y., Watanabe, A., Morita, Y., Yoshimura, R. and Usui, Y.: A
fault-zone conductor beneath a compressional inversion zone, northeastern Honshu,
Japan, Geophys. Res. Lett., 2011GL 047382 (in press), 2011.
3) 佐藤比呂志, 平田直：内陸大規模地震の震源断層を探る, 科学, Vol. 70, pp. 58-65, 2000.
4) Chave, A. D. and Thomson, D. J.: Bounded influence magnetotelluric response
function estimation, Geophysical Journal International, Vol. 157, pp. 988–1006, 2004.
5) Gamble, T. D., Clarke, J. and Goubau, W. M.: Magnetotellurics with a remotemagnetic reference, Geophysics, Vol.44, pp. 53–68, 1979.
6) Caldwell, T. G., Bibby, H.M. and Brown, C.: The magnetotelluric phase tensor,
Geophys. J. Int., Vol. 158, pp. 457–469, 2004.
7) Ogawa, Y. and Uchida, T.: A two-dimensional magnetotelluric inversion assuming
Gaussian static shift, Geophys. J. Int., Vol. 126, pp. 69–76, 1996.
8) Aizawa, K., Kanda, W., Ogawa, Y., Iguchi, M., Yokoo, A., Yakiwara, H. and Sugano,
T.: Temporal Changes in Electrical Resistivity at Sakurajima Volcano from Continuous
Magnetotelluric Observations, Journal of Volcanology and Geothermal Research, Vol.
199, pp. 165-175. doi:10.1016/j.jvolgeores.2010.11.003, 2011.
70

9) 卜 部 卓: 多 チ ャ ン ネ ル 地 震 波 形 デ ー タ の た め の 共 通 フ ォ ー マ ッ ト の 提 案, 地 震 学会講演予稿集, No.2, P24, 1994.
10) 卜 部 卓 , 束 田 進 也 : win－ 微 小 地 震 観 測 網 波 形 験 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, No.2, P41, 1992.
(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

H. Hase, T. Hashimoto, Y.

HydrothermalBali, Indoneshia

平成 22 年 4

Nishida, M. Utsugi, H. Inoue,system beneath(World月

and M. Saba

Usu volcaon

Geothermal

inferred from

Congress 2010)self-potential
observation andnumerical
simulation （口頭）
H. Hase, K. Aizawa, T.

Resistivity

Makuhari Messe

平成 22 年 5

Sugano, T. Koyama, T. Ogawa,structure acrossInternational

月

M. Uyeshima, S. Sakanaka, T.

the tectonic zone ofConference Hall

Nishitani, T. Nojiri, M.

the northwestern(JPGU

Ohmoto, T. Kohno, Y. Yamaya,

region of Yamagata

International

H. Ichihara, S. Takakura, andprefecture（ポスタSymposium

R. Yoshimura

ー）

2010)

3-D inversion of

Makuhari Messe

平成22年5magnetotelluric

International

月

Phase Tensor（ポスConference Hall

ター）

(JPGU

P.K. Patro and M.

Uyeshima

International
Symposium2010)
Y. Usui, M. Uyeshima, T.

Development of a

Makuhari Messe

平成22年年

Ogawa and Y. Ogawa

joint 2-D inversion

International

5月

method forConference Hall

Wideband-MT and(JPGU

Network-MT

International

methods（口頭）Symposium2010)

坂中伸也，市原寛，三品正明，

岩手・宮城内陸地震

千葉市幕張（日本

平成22年5

西谷忠師，上嶋誠，茂木透，小域の浅部比抵抗構造

地球惑星科学連

月

川康雄，山谷祐介，網田和宏，（ポスター）

合2010年大会）

71

野尻丈道
臼井嘉哉，上嶋誠，小河勉，相広帯域 MTＭＴ・ネ

千葉市幕張（日本

平成 22 年 5

澤広記，山口覚，吉村令慧，大ットワーク MT 法に

地球惑星科学連

月

志万直人，藤浩明，後藤忠徳，

よる新潟－神戸歪集合 2010 年大会）

村上英記，丹保俊哉，塩崎一郎， 中帯・跡津川断層周
小川康雄，本蔵義守，西谷忠師， 辺域での深部比抵抗坂中伸也，三品正明，佐藤秀幸， 構造（口頭）笠谷貴史，茂木透，山谷祐介，
原田誠，最上巴恵，宇都智史，
兼崎弘憲，望戸裕司，小山茂，
望月裕峰，中尾節郎，和田安男，
藤田安良
本多亮，市原寛，長谷英彰，山北海道東部屈斜路カ千葉市幕張（日本

平成22年5

谷祐介，茂木透，上嶋誠，神山ルデラ周辺における

地球惑星科学連

月裕幸，中川光弘

重力探査及びMT探合2010年大会）

査（ポスター）
長谷英彰，上嶋誠

自然電位から推定さ

千葉市幕張（日本

平成22年5れる樽前山の熱水活

地球惑星科学連

月動（ポスター）合2010年大会）

相澤広記，横尾亮彦，神田径，

桜島地磁気地電流観

千葉市幕張（日本

平成22年5

小川康雄，小山崇夫，上嶋誠，

測で得られる火山雷

地球惑星科学連

月

長谷英彰

起源の電磁パルスお合2010年大会）

よび地震に伴う電磁場変動（ポスター）
相澤広記，神田径，小川康雄，

比抵抗構造調査から千葉市幕張（日本

平成22年5

石戸経士，長谷英彰

推測される火山地下

地球惑星科学連

月の側方脱ガス（口頭） 合2010年大会）
Y. Usui, M. Uyeshima, T.

Deep resistivity

Giza, Egypt (20 th

平成 22 年 9

Ogawa, R. Yoshimura, N.

sturucture beneath

EM induction

月

Oshiman, S. Yamaguchi, H.

the Atotsugawa

workshop)Toh, H. Murakami, T. Uto, H.

Fault Area in the

Kanezaki, Y. Mochido, K.

Niigata Kobe

Aizawa, T. Tanbo, T. Mogami,

Tectonic Zone

Y. Ogawa, T. Nishitani, S.

revealed by a joint

Sakanaka, M. Mishina, H.

inversion

Satoh, T. Goto, T, Kasaya, T.

combining

Mogi, Y. Yamaya, M. Harada,

Wideband- andI. Shiozaki, Y. Honkura, S.

Network-MT

Koyama, H. Mochiduki, S.

surveys（ポスター）
72

Nakao, Y. Wada and Y. Fujita
T. Mogami, S. Yamaguchi, M.

Geoelectric

Giza, Egypt (20 th

平成 22 年 9Uyeshima, T. Ogawa, Y. Usui,structure around

EM induction

月

H. Murakami, T. Tambo, H.

the Niigata-Kobe

workshop)Toh, N. Oshiman, R.

Tectonic Zone in

Yoshimura, S. Koyama, H.

Central Japan

Mochizuki

inferred from
Network-MT
survey（ポスター）

Y. Usui, M. Uyeshima, T.

Development of aGiza, Egypt (20 th

平成 22 年 9

Ogawa and Y. Ogawa

joint 2-D inversion

EM induction

月

scheme forworkshop)

Widebamd-MT and
Network-MT
methods（ポスター）
H. Ichihara, T. Mogi, M.

Three dimensional

Giza, Egypt (20 th

平成 22 年 9Uyeshima and S. Sakanaka

conductor models

EM induction

月

explaining out ofworkshop)quadrant
magnetotelluric
phases（口頭）
P.K. Patro, M. Uyeshima and

3-D inversion ofGiza, Egypt (20 th

平成 22 年 9

W. Siripunvaraporn

magnetotelluric

EM induction

月

phase tensor（ポスworkshop)ター）
長谷英彰，相澤広記，菅野貴之， 月山周辺の比抵抗構小山崇夫，小河勉，上嶋誠，坂造 (ポスター)

中伸也，西谷忠師，野尻丈道，

京都大学 (日本

平成 22 年

火山学会 2010 年

10 月

度秋季大会)

大本将行，河野輝樹，山谷裕介，
市原寛，高倉伸一，吉村令慧
長谷英彰，上嶋誠

自然電位シミュレー

沖縄県市町村自平成 22 年

ションによる樽前山

治会館 (第 128 回

10 月の熱水評価 (ポスタ

地球電磁気・地球ー)

惑星圏学会講演会)

市原寛，上嶋誠，坂中伸也，小日本海東縁ひずみ集

月刊地球, 32 巻 7

河勉，三品正明，小川康雄，西中帯（庄内—新庄地号, 417 – 424.

谷忠師，山谷祐介，渡邊篤志，

域）の比抵抗構造イ

森田裕一，吉村令慧，臼井嘉哉

メージング
73

平成 22 年

相澤広記

電磁気観測で推定す地質ニュースる火山体内部の地下

665 号, 46 – 52.

平成 22 年

水流動
長谷英彰

岩石物性測定と数値

地質ニュース 674

シミュレーションに号，25 – 30.

平成 22 年

よる火山の自然電位
解釈
MT 連続観測による

地震及び火山噴井口正人，横尾亮彦，八木原寛， 桜島地下浅部の比抵

火予知観測研究菅野貴之

計画報告書 「桜相澤広記，神田径，小川康雄，

抗変化

平成 22 年

島火山における
多項目観測に基づく火山噴火準
備過程解明のための研究」, 73 –
79.
相澤広記

電磁気観測で探る火火山,

山浅部の浸透率構造

251 – 259.

55 巻 6 号,

平成 22 年と地下水流動Aizawa, K., A. Yokoo, W. Kanda,

Magnetotelluric

GeophysicalY. Ogawa, and M. Iguchi

pulses generated by

Research Letters,

volcanic lightning at

37, L17301,

Sakurajima volcano,doi:10.1029/2010

Japan.

GL044208

Aizawa, K., W. Kanda, Y. Ogawa,

Temporal Changes in

Journal of

M. Iguchi, A. Yokoo, H.

Electrical Resistivity

Volcanology andYakiwara, T., Suganoat Sakurajima

Geothermal

Volcano from

Research, 199, pp.

Continuous

165-175.

Magnetotelluric

doi:10.1016/j.jvol

Observations

geores.2010.11.00

平成 22 年

平成 23 年

3
H. Ichihara, M. Uyeshima, S.

A fault-zone

Geophys. Res.

Sakanaka, T. Ogawa, M. Mishina,

conductor beneath a

Lett., 2011GL

Y. Ogawa, T. Nishitani, Y.

compressional

047382 (in press).

Yamaya, A. Watanabe, Y. Morita,

inversion zone,

R. Yoshimura and Y. Usuinortheastern Honshu,
Japan

74

平成 23 年(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２３年度業務計画案
平成 22 年度までに取得した秋田県南部、山形県中北部、新潟県北部－山形県南部－福島県中部を東西に横切る測線や、桜島、霧島、伊豆大島各火山での MT 法観測データのイ
ンヴァージョン解析を進め、比抵抗構造を推定する。この比抵抗インヴァージョン解析のために必要な、十分な機能をもった計算サーバを導入する。また、必要に応じて、上記各地での補充観測を実施する。また、三宅島、富士山周辺域等で比抵抗構造探査や自然電位観測等を実施し、地下流体の存在やその流動を検出し、地殻活動との関連性を調べる。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、国内外の学会等で研究発表を行う。機構解明データサーバを用いて、地震・地殻変動・地球電磁気データなどの多項目データの収録・収集を行い、データベースの運用を継続する。また、データを効率的に流通させるためのデータ利用システムをデータサーバ上に構築する。

75

表1

機構解明データセンターに集約するデータの種類
機関名

データセンターで，データベース化する必要のあるデータの種類（１－３）東大地震研①電磁気構造データ（１－４）京大防災研①連続波形データ，②イベン波形データ，③検測データ，④震源データ（１－５）北大①連続波形データ，②電磁気構造データ，③地殻変動データ（１－６）東北大①連続波形データ，②イベン波形データ，③検測データ，④震源データ（１－７）名大①連続波形データ，②震源データ（１－８）九大①連続波形データ（１－９）東工大①連続波形データ, ②湖水の水温・水位データ

図1

東北背孤ひずみ集中帯観測点位置図

平成 20、21、22 年度の観測点を、それぞれ、黄、青、赤シンボルで示す。三角で示した
観測点では Phoenix Geophysics 社の広帯域 MT 観測システムを用い、丸で示した観測点
では Metronix 社の広帯域 MT 観測システムを用いた。平成 20 年度には、鳥海（CHK）
測線、新庄（SNJ）測線での 2 測線で観測を実施し、平成 21 年度には、酒田（SKT）測線、鶴岡（TRO）測線、月山測線（GSS）での 3 測線で観測を実施した。また、平成 22
年度には、米沢（YNZ）測線 27 点、月山（GSS）測線補充 3 点での観測を実施し、SKT180
観測点において remote reference 観測を行った。参考として、日本原子力開発機構（JAEA）
による朝日測線を黒シンボルで示す。
76

図2

図 1 で示した、平成 20 年度と 21 年度に実施した各測線における、phase tensor に基づいた二次元 regional strike 推定値（α－β）の累積頻度分布(ローズダイヤグラム)。
上から、CHK、SKT、SNJ、TRK、GSS 各測線の結果を示す。

77

図 3a

CHK 測線の予察的二次元比抵抗断面。10s 以下の短周期、TM モードのデータのみから推定。

図 3b

CHK 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 3a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。

78

図 4a

SKT 測線の予察的二次元比抵抗断面。10s 以下の短周期、TM モードのデータのみ

から推定。

図 4b

SKT 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 4a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。

79

図 5a

SNJ 測線の予察的二次元比抵抗断面。10s 以下の短周期、TM モードのデータのみ

から推定。

図 5b

SNJ 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 5a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。

80

図 6a

TRK 測線の予察的二次元比抵抗断面。10s 以下の短周期、TM モードのデータのみ

から推定。

図 6b

TRK 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 6a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。

81

図 7a

GSS 測線の予察的二次元比抵抗断面。10s 以下の短周期、TM モードのデータのみ

から推定。

図 7b

GSS 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 7a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。
82

図8

平成 20 年度と 21 年度に実施した各観測点における実部 induction vector の分布(周期 11 秒)。ベクトルは、電気の流れ易い方向を指す。

83

図 9a

YNZ 測線における MT 探査曲線(YNZ105～145)。各観測点について、上段に見かけ比抵抗、下段に位相を示す。インピーダンステンソルの全成分を、Zxx Zxy Zyx Zyy の順に、オレンジ、赤、青、水色のシンボルで示す。横軸は周期の常用対数。

84

図 9b

YNZ 測線における MT 探査曲線(YNZ150～190)。各観測点について、上段に見かけ比抵抗、下段に位相を示す。インピーダンステンソルの全成分を、Zxx Zxy Zyx Zyy の順に、オレンジ、赤、青、水色のシンボルで示す。横軸は周期の常用対数。

85

図 9c

YNZ 測線における MT 探査曲線(YNZ195～230)。各観測点について、上段に見かけ比抵抗、下段に位相を示す。インピーダンステンソルの全成分を、Zxx Zxy Zyx Zyy の順に、オレンジ、赤、青、水色のシンボルで示す。横軸は周期の常用対数。

86

図 10

図 1 で示した、平成 22 年度に実施した YNZ 測線における、phase tensor に基づいた二次元 regional strike 推定値α（上段）、（α－β）（下段）の累積頻度分布(ローズダイヤグラム)。

87

図 11

YNZ 測線における擬似断面図（上：Zxy、下：Zyx）。各非対角成分インピーダンス

について、上段に見かけ比抵抗（暖色ほど低比抵抗）、下段に位相（暖色ほど高位相）を示す。
88図 12a

GSS 測線の予察的二次元比抵抗断面。数 100Hz から数千秒までのデータを使用

し、TM モードのデータのみから推定。

図 12b

YNZ 測線各観測点における TM モード MT 探査曲線（それぞれ、上段：見かけ比

抵抗（赤）、下段：位相（青））と、図 13a で示した構造に基づく理論曲線（黒実線）との
比較。

89

図 13

YNZ 測線の各観測点における実部 induction vector の分布(周期 85 秒)。ベクトルは、電気の流れ易い方向を指す。

図 14

平成 22 年 2～6 月にかけて実施した桜島 MT 連続観測点配置（緑四角）。あわせて、

Kanda et al. (2008)による AMT 観測点を青三角で示し、有村重力連続観測点を×印で示
す。

90

図 15

桜島６観測点における周波数 80Hz の見かけ比抵抗変化。

91

図 16

平成 22 年 7～9 月にかけて実施した霧島 MT 観測点分布。

92

0.02 sec

0.33 sec

4 sec

16 sec170 sec

図 172000 sec

霧島火山各観測点における実部 induction vector の分布(周期 0.02, 0.33, 4.0 16.0, 170,2000 秒)。ベクトルは、電気の流れ易い方向を指す。図中△印は新燃岳。

93

図 18

KHZ043（上左）, KHZ071（上右）, KHZ104（下左）, SMO30（下右） におけるMT 探査曲線。各観測点について、上段に見かけ比抵抗、下段に位相を示す。インピーダ
ンステンソルの全成分を、Zxx Zxy Zyx Zyy の順に、赤、緑、青、ピンクのシンボルで示す。横軸は周期の常用対数。

94

図 19

平成 22 年 12 月～平成 23 年 2 月にかけて実施した伊豆大島 MT 観測点分布。

95

図 20

OHZ040（上）,OHZ050（下）における予察的 MT 探査曲線。各観測点について、上段に見かけ比抵抗、下段に位相を示す。インピーダンステンソルの（非対角）主成分を、
Zxy Zyx の順に、（緑・灰）、（緑・ピンク）のシンボルで示す。横軸は周波数の常用対数。

96

図 21

図 14 に示した有村観測抗における絶対重力連続観測結果。横軸は、平成 22 年 1

月 1 日基準の通算日数を示し、絶対重力値を青シンボル、重力値に換算した降水量を黒シ
ンボル、爆発時の空振圧力（気象庁鹿児島地方気象台ウェッブページ
http://www.jma-net.go.jp/
kagoshima/vol/data/skr_exp_2010.html，skr_exp_2011.html 参照）を赤シンボルで示す。

97