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Information about seismological research obtained from strain observation in
deep borehole

地震予知総合研究振興会

東濃地震科学研究所

名古屋大学

環境学研究科Tono Research Institute of Earthquake Science (TRIES) Association for Development of Earthquake Science(ADEP) and Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University
東濃地震科学研究所では深部ボアホールにおいて地殻活動総合観測を実施しており、現在、８ヶ所の深部ボアホール観測のデータを得ている。最も深いボアホール総合観測装置は深度 1030m で浅いのは 165m である。深部ボアホールにおいて観測すると人工的なノイズが小さくなり S/N のよい良好な記録が得られる。最近いくつかの地震が発生し、深部ボアホール歪計で観測された地震のデータが蓄積されてきた。これらの地震は 2003/9/26

十勝沖地震 M8.0、2004/9/5-6

紀伊半島沖地震M7.4&M6.9、2004/10/23 新潟県中越地震 M6.8、2004/12/26 スマトラ地震 M9.0、2005/3/20 福岡県西方沖地震 M7.0 などである。これらのデータにより歪地震観測の重要性や地震計で得られない情報を得られることが明らかになってきた。
歪計（ 歪地震計）の特徴としては地震計では応答できない直流成分まで記録することである。また、計器の設置点が傾斜しても感度が変化せず安定した記録が取れる。歪計はこの様に地震計では出来ない有利な特徴を備えている。
上記地震の全てにおいて良好な歪地震波形を記録することが出来た。サンプリングは多いもので20Hz、少ないもので 1Hz である。簡単なデータ解析により以下のような地震研究の情報を得ることが出来る。
１．歪地震計は STS 地震計と同様な波形を記録するが特に重要な震源情報を含んでいる実体波の部
分で STS が記録できない長周期変化を記録している。
２．震源時間関数の変化が歪記録で直接容易に見られる
３．震源の永久変位が歪記録で直接容易に見られる
４．地球の自由振動が容易に観測できる。特にトロイダルモードの変動にも正確に応答する
５．１ヶ所の歪計でマグニチュードが決められる
６．１ヶ所の歪計で地震発生方向が決められる
７．地震計と異なり歪計においては傾斜変動による感度の変動は発生しない
８．地震などの破壊発生前の基本的現象であるゆっくりした変動を観測することが出来る
９．ボアホール歪計に用いられているメカニカルな拡大装置を適用すると 1km 以上の長さに相当する伸縮計が製作可能で高い S/N 比の歪観測が可能になる。
以上の結果は地震の発生機構を研究する上で歪地震観測が重要な観測情報を含んでいることを示している。例えば津波の発生に関しても震源時間関数が容易にわかれば予測することができる。得られた結果を紹介する。
参考文献

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岡田義光 ,1980、理論歪地震記象とその応用、東京大学地震研究所彙報 ,55,101-168．
大久保慎人、石井紘、山内常生、ボアホール歪計アレイが観測した 2003 年十勝沖地震波形、2004, 地震、57、2 号、105-113．
Okubo, M., Y. Asai, H. Aoki and H. Ishii, The seismological and geodetical roles of strain seismogram suggested
from the 2004 off the Kii peninsula earthquakes, 2004, Earth Planets Space, 57, 303-308.
Asai, Y., M. Okubo, H. Ishii, H. Aoki, T. Yamauchi, Y. Kitagawa, N. Koizumi, Co-seismic strain-steps associatedwith the 2004 off Kii peninsula earthquakes-Observed with Ishii-type borehole strainmeters and quartz-tube
extensometers, 2005, Earth Planets Space, 57, 309-314.

第 1 図 東濃地震科学研究所のボアホール観測点分布。赤色の数字はボアホールの深度
Fig.1 Distribution of borehole station operated by Tono Research Institute of Earthquake Science (TRIES). Red numbers indicate
depth of boreholes.

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第2図屏風山（BYB）1000m ボアホールに埋設設置した地殻活動総合観測装置と主な特徴
Fig.2 Multi-component borehole instrument installed in the 1000m depth borehole of BYB
station and it's characteristics.

第 3 図 BYB、TGR165 と N.NAAF 観測点において観測された十勝沖地震の鉛直歪地震波形と地震計による波形。 D の歪地震記録と E の STS 記録の実体波部分を比較す
ると歪地震記録のほうが長周期成分をより多く記録しているのが明らかである。
Fig.3 Strain seismograms of vertical component at both BYB and TGR165 stations, andseismogram of STS seismometer at N.NAAF station of NIED for Tokachi-oki earthquake(2003/9/26 M8.0). Comparing strain seismograms of D and E, it is found that strain
seismogram can record longer period components than STS seismometer at body wave
part.

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第 5 図 初期破壊歪の継続時間とマグニチュードの関係
Fig.5 Relationship between magnitude and duration time of initial break down.

第4図

紀 伊 半 島 沖 地 震 MJMA6.8 の 歪 地 震 波 形 ( 青 色 ）、 主 歪 の 方 向（ 緑 色 ） とOKADA(1980) による理論波形（桃色）Fig.4 Strain seismograms of offshore southeast of the Kii peninsula earthquake (blue color),direction of principal strain (green color) and theoretical strain seismogram computed by
the method of OKADA(1980).

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第 6 図 1 ヵ所の観測点で歪地震動の主歪の方向から推定した地震震源方向
Fig.6 Direction of epicenter estimated by direction of principal strain obtained from strain
seismograms of one station.

第 7 図 BYB 観測点（深度 1000m ボアホール）で観測されたスマトラ地震の歪観測から求めた地球の自由振動。縦線が理論周期で赤の線が解析値
Fig.7 Free oscillation of the earth analyzed by strain seismograms observed at BYB station(1000m depth borehole). Straight line indicates theoretical period and red curve analyzedone.

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第8図

紀伊半島沖地震（2004/9/5 M7.4）の観測されたストレインステップとモデル計算との比較。昔の伸縮計時代に比較してよく一致しておりボアホール歪計の有効性がわかる。計算値とずれている点は地下水やブロック運動と関連があると考えている。
Fig.8 Comparison between strain steps observed at various stations and theoretical value for Kii
peninsula earthquake (2004/9/5 M7.4).

第9図䋭㩷㪌㪍㪍㩷䋭STRAIN STEP は P 波初動到達と同時に生成が始まり，S 波，レイリー波と振幅が大きい波の到来によって変化している振幅の大きな波が通過することによってその大きさは固定される。
Fig.9 Process of strain step generation. Blue lines indicate low pass filtered strain seismograms.

第 11 図第 10 図Fig.10ボアホール観測点、新宮（SNG）、屏風山 BYB, 戸狩 350（TGR350）、
戸狩 165（TGR165）
および瑞浪名大伸縮計（NAMZ) で観測されたスマトラ地震の歪地震波形
Strain seismograms of Smatra earthquake (2004/12/26) observed at borehole stations.

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伊豆半島沖群発地震に関する３例の地震発生前に観測された前兆的傾斜･歪変化
このような緩慢な変化は地震計では観測できない。
Fig.11 Precursory variations observed at a borehole station in the case of three earthquake
swarms occurring in Izu peninsula.

第 12 図Fig.12

既存の伸縮計の自由端にボアホール歪計で採用しているメカニカルな拡大機構を取り付けることにより S/N が格段に向上する。
Comparison of extensometer record with that of extensometer equipped with mechanical amplifying system of about 50times. Mechanical amplifying system much improves amplification and S/N ratio for signals.

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