３.１.２

海域における自然地震観測

目次(1)

業務の内容・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・43(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
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２１年度業務目的(2)

平成２１年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・44(a) 業務の要約(b) 業務の成果
1) 長期観測型海底地震計の回収および上越沖における微小地震の震源分布
2) 機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式の試験および事前調査(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・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・48

42

(1) 業務の内容(a) 業務題目

海域における自然地震観測(b) 担当者
所属機関

役職

氏名

メールアドレス

教授

金沢 敏彦

kanazawa@eri.u-tokyo.ac.jp

同

准教授

篠原 雅尚

mshino@eri.u-tokyo.ac.jp

同

准教授

塩原 肇

shio@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

望月 公廣

kimi@eri.u-tokyo.ac.jp

同

助教

山田 知朗

yamada@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技術職員

橋本 信一

hasimoto@eri.u-tokyo.ac.jp

同

技術職員

八木 健夫

yagi@eri.u-tokyo.ac.jp

同

特任研究員

真保 敬

shinbo@eri.u-tokyo.ac.jp

同特任研究員町田 祐弥

yuya@eri.u-tokyo.ac.jp

同技術補佐員

二瓶 陽子

准教授

日野 亮太

国立大学法人東京大学
地震研究所

国立大学法人東北大学

業務協力者

大学院理学研究科(c) 業務の目的
新潟県中越沖に代表されるひずみ集中帯とその周辺の海域において、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計及び自己浮上式海底地震計による海底地震観測を実施し、海域における詳細な震源分布及び地震波速度構造の三次元的分布を明らかにする。
(d) ６ヵ年の年次実施計画
1) 平成１９年度：ひずみ集中帯の海域の観測で使用する機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を整備するとともに、海域における効果的設置手法等の検討を行った。
2) 平成２０年度：自己浮上式海底地震計を新潟県中越沖に代表されるひずみ集中帯とその周辺の海域に設置し、地震観測を開始した。地震の発生頻度などを考慮し、比較的長期間の観測を行った。また、解析手法の開発を行った。機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式の整備を行った。
3) 平成２１年度：平成 20 年度に設置した自己浮上式海底地震計を回収する。得られたデータにより、高精度震源分布を求める。
4) 平成２２年度：機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計をひずみ集中帯の海域に設置し、地震観測を開始する。得られたデータから、高精度震源分布を求める。
5) 平成２３年度：引き続き、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた海底地震観測を継続し、高精度震源分布を求める。
6) 平成２４年度：機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を用いた観測を終了する。
43

これまでのデータから最終的な高精度震源分布を求める。
(e) 平成２１年度業務目的
平成 20 年度にひずみ集中帯とその周辺の海域である上越沖に設置した 10 台の長期観測型自己浮上式海底地震計を回収する。回収した長期海底地震観測データより、微小地震の震源分布などの詳細な地殻活動を明らかにする。また、来年度観測開始予定の機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式の試験を行い、設置に向けた事前調査を実施する。
(2) 平成２１年度の成果(a)業務の要約
平成 20 年 12 月にひずみ集中帯とその周辺の海域である上越沖に設置した 10 台の長期観測型自己浮上式海底地震計を、平成 21 年 10 月に全台回収した。回収した長期海底地震観測データは良好であり、微小地震の震源分布などの詳細な地殻活動を明らかにする解析を実施した。また、平成 22 年度観測開始予定の機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式は前年度の試験に引き続き、平成 21 年４月からは連続稼働試験を行い、現在まで正常に動作していることを確認した。また、商用インターネット回線による VPN を用いたデータ伝送試験を実施し、陸揚げ点から観測拠点までの伝送方法について検討した。
平成 22 年度に実施予定の設置に向けた事前調査を実施し、地方自治体等地元への説明を行った。
(b)業務の成果
1) 長期観測型海底地震計の回収および上越沖における微小地震の震源分布
平 成 20年 度 計 画 と し て 上 越 沖 に 設 置 さ れ た 長 期 観 測 型 海 底 地 震 計 10台 を 用 い た 観 測 網は、平成21年10月8日、9日に回収作業を用船によって実施した（写真1、P49，図1、P55）。
回収作業では、設置した全ての海底地震計の回収に成功した（表1、P52）。
海底地震計はヘリコプターによって設置されたために、海底地震計の正確な位置を知る必要があるため、回収作業に伴い、海底地震観測用GPS測位システム、音響通信制御装置を用いた3点測距を実施した。これは各観測点の周辺3点において、船の正確な位置、船と海底地震計との正確な距離を求めることにより、海底地震計の着底位置を最小二乗的に求める方法である。回収した海底地震計は航海後、東京大学地震研究所に陸上輸送した。
各海底地震計に内蔵されている水晶時計はそれぞれ独立に稼働する高精度時計を持っているため、GPS時計を基準とした各海底地震計がもつ時計時刻に対するずれを補正する必要がある。本観測では、海底地震計の設置直前と回収直後に内部時計とGPS時計の差を取得し、それらの時刻差を線形補間することにより、各海底地震計の時刻補正を行った。
その結果、各海底地震計で同一時間軸の波形記録とすることができた（図2、P56）。
その後、地震波形観測支援プログラムWINシステム[卜部・束田(1992)] 1) を用いて目視による検測作業を行い、気象庁一元化震源リストを基に、観測期間中すべての1341個の地震についてP波、S波の走時の読み取りを行った。これらの他に、気象庁一次元震源リストにない微小地震についても読み取り作業を順次行っており、観測開始から2009年3月9日まで44の278個の地震の検測作業が終了している。これら検測作業を行った地震の中から、P波の読み取り値が3個以上、S波の読み取り値が1個以上の地震は1230個となり、これらの読み取り値を用いて震源決定を行った。震源決定の計算には、一元速度構造と絶対走時を用いる震源決定プログラム[Hirata and Matsu’ura (1987)] 2) を用いた。その際、2007年に本観測網を縦断するように行われた海陸統合地殻構造探査の結果[中東・他(2009)] 3) に基づく一次元速度構造モデルを用いた（図3、P57）。また、自己浮上式海底地震計は、海面から自由落下させて設置するために、海底の厚い堆積層の上に設置されることになる。堆積層の構造は各海底地震計直下で異なっており、さらに堆積層ではその下の層に比べて地震波速度、特にS波速度が非常に遅くなる。そのため、海底直下に厚く分布する堆積層によるP波、S波の走時が、震源決定に用いる一次元構造から期待される走時と異なる。従って、高い精度で震源を決定するためには、この差の補正を、観測点毎にできるだけ正確に見積もる必要がある。P波到着時の差は、気象庁によって求められた解析域下で発生した深さ200km以上の深発地震を用いて、以下の手順によって求めた。まず始めに、気象庁によって求められた地震の発震時刻、位置を固定し、解析に用いた速度構造モデルを基に、各観測点でのP波理論走時を求めた。ここで求められた到達時刻と、海底地震計での読み取り値との差の平均値を各観測点で求め、この相対的な補正値に対して、速度モデルの基となった構
造探査測線に最も近い観測点NH06のＰ波到着時を基準として、P波到達時刻の補正値を求め た 。 さ ら に 観 測 が 実 施 さ れ た 上 越 沖 で は 堆 積 層 が 非 常 に 厚 く 分 布 し て い る [中 東 ・ 他(2009)] 3) 。この堆積層の下部をS波が通過するとき、そのまま透過するS波と、P波に変換するSP波が生じる（図2、P56）。本解析では、SP変換波が堆積層と速度が速い火成岩層の境界で生じたものとし、このSP変換波の到達時刻とS波の到達時刻の差を用いることで、各観測点下のS波の補正値を求めた（図4、P57）。
以上により、求められた各観測点の走時補正値を用いて、震源計算を行った。このうち、収束し、かつ水平方向および深さ方向の誤差がそれぞれ1km、2km以内の精度のよい地震は計416個となった（図5、P58-59）。このうち、気象庁により、震源決定されている地震は、283個である。これらの地震は、気象庁によって求められた震源に比べて、全体でおよそ8km浅く求まる結果となった（図6、P60）。求まった震源は、主に深さ5kmから15kmに分布し、構造探査の結果[中東・他(2009)] 3) と比較すると、上部地殻内で発生していることが推定される。これは、2007年中越沖地震余震分布解析[Shinohara et al. (2008)] 4) の結果と調和的である。
2) 機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式の試験および事前調査
平成 20 年度から引き続き、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計の整備･試験を行った。製作した機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計は、4 観測点を持ち、各観測点間隔は 5km、全長約 25km である（図 7、P61）。海底観測点となる地震計センサー部は、従来に比べ大幅に小型化できた（写真 2、P49）。平成 21 年 4 月からは、北九州において、連続して通電する連続稼働試験を行い、現在まで約 1 年間正常に動作していることを確認した（写真 3、P50，表 2、P53-54）。この連続稼働試験に関しては、機動観測型海底ケーブル･インライン式地震計が置かれている北九州と東京大学地震研究所、および45

製作に係わった企業間をインターネット回線による Virtual Private Network（VPN）を構築し、システムの監視を行うとともに、設置後に行われるデータ伝送試験も兼ねている（図 8、P61）。
平成 22 年度に予定されている設置に向け、海底ケーブルシステムの設置位置を検討し、1964 年新潟地震震源域とした。これは、詳細が明らかになっていない新潟地震震源域における地震活動を明らかにすることを目的としている。設置位置の決定に伴い、陸揚げ地点に関する調査を行い、海岸が岩場でないこと、海外付近まで電力線、電話線が引けること、海岸近くに陸揚げ局舎を建設可能なことなどを考慮して、震源域北方に位置する新潟県粟島浦村（粟島）に陸揚げ候補地点を絞った（図 9、P62）。粟島は周囲 23km（南北 6.1km、東西 4.4km）でほとんどが山地の島であるが、島の東側海岸の内浦地区と西側海岸の釜谷地区に集落と海水浴場やキャンプ場があり、ここが、ケーブル陸揚げ候補地である。11 月と 2 月の 2 度にわたりこれらの候補地の現地調査を行い、ケーブル陸揚げ工事の工法難度や工事費用および長期的なケーブル保護の確実性の観点から比較を行い、釜谷地区の漁港内及びキャンプ場を選定した（図 10、P63）。粟島の釜谷地区を陸揚げ地とし、新潟地震震源域を観測に適した海底地震観測ケーブルルートを決定するため、3 月に想定候補ルー
トをマルチナロービーム音響測深システム（SEABAT8101）で海底地形調査を実施した（写真 4、P50）。新潟地震の震源域は水深 90m 程度と浅く、また漁業活動がある海域であるため、機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計は、漁業活動による障害を回避するため、すべて海底下に埋設する必要がある。調査結果から、ルートはほぼ平坦で、急傾斜地形や海底障害物もなく、埋設に適していることが分かった（図 11、P64-66）。ただし、釜谷の海岸線から水深 10m 程度までのルートには、海底に大小の岩礁や、大小の玉石が存在しているため、ケーブル敷設後のケーブル移動や保護埋設等の作業が必要となる（写真5、P51）。一方、設置に関して、地方自治体等地元への説明を行った。
(c) 結論ならびに今後の課題
平成 20 年度に新潟県上越沖に設置した 10 台の長期観測型自己浮上式海底地震計を、平成 21 年 10 月に全台回収し、データ処理を行った。回収した長期海底地震観測データは良好であり、気象庁が震源決定していない微小地震を含む震源分布が明らかになった。今後は、引き続き、震源決定を行い、精度のよい震源分布を求めるとともに、発震機構解の決定、トモグラフィー解析による三次元不均質構造の解析を引き続き行う。また、平成 22年度観測開始予定の機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計一式は前年度の試験に引き続き、平成 21 年 4 月からは連続稼働試験を行い、現在まで正常に動作していることを確認した。また、商用インターネット回線による VPN を用いたデータ伝送試験を実施し、陸揚げ点から観測拠点までの伝送方法について検討した。平成 22 年度に実施予定の設置に向けた事前調査を実施し、地方自治体等地元への説明を行った。今後は、引き続き、平成 22 年度の設置に向けた試験調整を行う。
(d) 引用文献
1) 卜部卓・束田進也、win

微小地震観測網波形検測支援のためのワークステーション・46

プログラム（強化版）、地震学会講演予稿集、1、C22-P18、1992.
2) Hirata, N. and M. Matsu’ura, Maximum-likelihood estimation of hypocenter withorigin time eliminated using nonlinear inversion technique, Phys. Earth Plane. Inter.,
47, 50-61, 1987.
3) 中東和夫・篠原雅尚・蔵下英司・山田知朗・飯高隆・加藤愛太郎・五十嵐俊博・岩崎貴哉・金沢敏彦・佐藤比呂志・高波鐵夫・三浦亮・町田祐弥・伊藤喜宏・日野亮太・植平賢
司・尾鼻浩一郎・高橋成美・野徹雄・金田義行、海陸統合地殻構造探査による2007年新潟県 中 越 沖 地 震 震 源 域 の 地 震 波 速 度 構 造 、 日 本 地 球 惑 星 科 学 連 合 2008 年 大 会 予 稿 集 、S147-P017.
4) Shinohara, M., T. Kanazawa, T. Yamada, K. Nakahigashi, S. Sakai, R. Hino, Y.
Murai, A. Yamazaki, K. Obana, Y. Ito, K. Iwakiri, R. Miura, Y. Machida, K. Mochizuki,
K. Uehira, M. Tahara, A. Kuwano, S. Amamiya, S. Kodaira, T. Takanami, Y. Kaneda,
and T. Iwasaki, Precise aftershock distribution of the 2007 Chuetsu-oki Earthquake
obtained by using an ocean bottom seismometer network, Earth Planets Space , 60,
1121-1126, 2008.
(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、口頭・ポスター発表の別)

発表者氏名

発表場所
(学会等名)

発表時期

Development ofKanazawa, T., M.

OCEANS2009 年 5compact ocean bottom

Shinohara, S. Sakai, O.

2009 -月 12 日

cabled seismometers

Sano, H. Utada, H.

IEEEsystem for spatially

Shiobara, Y. Morita, T.

Bremen,dense observation on

Yamada, and K.

Germanysea floor and firstYamazaki

国際・国内の別国際

installation plan
高分解能モニタリング

金沢敏彦，篠原雅尚、酒井日本地球惑2009 年 5のための海底ケーブル

慎一、佐野修、歌田久司、 星科学連合

月 17 日式地震観測システムの塩原肇、森田裕一、山田知2009 年大開発朗、八木健夫、山崎克之

会

海陸地震観測網による

篠原雅尚、真保敬、山田知日本地球惑2009 年 52007 年新潟県中越沖地朗、酒井慎一、加藤愛太郎、 星科学連合

月 19 日

震の震源分布と地殻構

中東和夫、平田直、岩崎貴2009 年大造哉、金沢敏彦

会

海陸地震観測網による

真保敬、篠原雅尚、山田知日本地震学2009 年

2007 年新潟県中越沖地朗、酒井慎一、加藤愛太郎、 会 2009 年

10 月 23

震の余震分布中東和夫、平田直、岩崎貴

日哉、金沢敏彦
47

度秋季大会

国内

国内

国内

学会誌・雑誌等における論文掲載
発表場所

掲載論文(論文題目)

発表者氏名

A new, compact ocean bottom cabled

Kanazawa,

Sea

2009 年 7

seismometer system -Development ofT., and M.

Technology

月compact cabled seismometers for

Shinohara, 37-40(雑誌等名)

発表時期

国際・国
内の別
国際

seafloor observation and a
description of first installation plan
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
3) 仕様・標準等の策定
なし(3) 平成２２年度業務計画案
機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計を、新潟県粟島南方沖で発生した 1964 年新潟地震の震源域に敷設する。地震観測データはリアルタイムで東京大学地震研究所に伝送し、陸域の地震観測網データと併合した処理を実施することによって、微小地震の震源分布などの詳細な地殻活動を明らかにする。

48

写真 1

上越沖で回収された長期観測型海底地震計。この後、東京大学地震研究所に陸上輸送され、データの回収が行われた（平成 21 年 10 月 9 日）。

写真 2

機動観測型海底ケーブル･インライン式地震計の観測ノードエレクトロニクス部。

地震観測に必要なセンサー･電源など全てを含み、2 リットルペットボトルサイズに収まる。

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写真 3

北九州市で行っている連続稼働試験における陸上部（右）と、4 台の観測点ノード（左）。陸上部に関しても、従来の海底ケーブル式観測システムに比べ、大幅に小型化ができた。また、耐圧容器の大きさは、ケーブル保護のゴム部を含んで長さ 1.5m、直径 15cmである。この大きさは、ケーブル敷設時にケーブルと同時に海底下に埋設することが可能な大きさである。

写真 4

想定候補ルートにおけるマルチナロービーム音響測深システム（SEABAT8101）を用いた海底地形調査の実施風景（平成 22 年 3 月）。

50

写真 5

粟島西海岸丸山浦キャンプ場波打ち際（左）および釜谷漁港近くの海底の状況（右）。

大小の岩礁や、大小の玉石が存在している。

51

52

53

54

図 1

設置した海底地震計の位置。観測期間と同じ期間に気象庁が決定した地震も同時に示した。赤三角が長期観測型海底地震計設置地点。

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図 2

長期観測型海底地震計に記録された地震波形。観測網直下で発生した M3.1、深さ13.8km（気象庁決定）の地震。赤い矢印、青い矢印、黒い矢印はそれぞれ P 波、S 波、SP 波の到着を示している。

56

図3

震源決定に用いた P 波速度構造。2007 年新潟中越沖地震後に行われた海陸統合地殻構造探査の結果[中東(2009)] 3) を基に作成。

図4

各観測点での補正値。左図が P 波到達時刻の補正値、右図が S 波到達時刻の補正値を示している。スケールの数値の単位は秒。

57

58

図5

長期観測型海底地震計データによる震源決定結果。 (a)気象庁一元化震源リストを基に読み取った地震の震源分布 (b)気象庁が震源決定を行っていない地震の震源分布 (c)海底地震計で読み取れた全ての地震の震源分布。

59

図6

長期観測型海底地震計によって求められた震源分布と、気象庁によって求められた震源分布の比較。赤い丸が海底地震計によって求められた震源で、青い丸が気象庁によって求められた震源。同じ地震は線で結ばれている。

60

図7

製作した機動観測型海底ケーブル・インライン式地震計のブロックダイアグラム。陸上局は 1 地点であるが、光ファイバーを先端で折り返しループとすることと、伝送路の二重化により、冗長性を確保している。

図8

連続稼働試験時に構築したインターネットを使った VPN 構成図。試験場所からのデータを地震研に伝送できるとともに、システムの稼働状況を監視可能となった。
また、システム製作に係わった企業からも、システム修正などを簡単に行うことができる。
61

図9

機動観測型海底ケーブル･インライン式地震計の設置案。1964 年新潟地震の震源域の地震活動を明らかにすることを目的として、新潟県粟島浦村（粟島の西海岸）に陸揚げする方向で、調整を行っている。

62

図 10

海底ケーブルの陸揚げ候補ルート。粟島南部の釜谷漁港または、丸山浦キャンプ場の 2 箇所を想定している。どちらも粟島の西海岸となる。

63

図 11

事前調査により得られたケーブル候補ルートの精密海底地形。

64

図 11（続き） 事前調査により得られたケーブル候補ルートの精密海底地形。

65

図 11（続き）事前調査により得られたケーブル候補ルートの精密海底地形。

66