２．研究成果
２.１

高精度な３Ｄ構造モデルに基づく自動震源決定システムの開発(1) 業務の内容(a) 業務題目「高精度な３Ｄ構造モデルに基づく自動震源決定システムの開発」(b) 担当者
所属機関

役職

国立研究開発法人海洋研究開発機構

国立研究開発法人防災科学技術研究所

氏名

グループリーダー

藤江

剛

主任研究員

仲西 理子

特任研究員

Xin Liu

臨時研究補助員

田中 恵介

グループリーダー

尾鼻 浩一郎副主任研究員

中村 恭之

主任研究員

利根川 貴志副主任研究員新井 隆太

副主任研究員白石 和也

副主任研究員

山本 揚二朗研究員

Yanfang Qin

招聘主任研究員

山下 幹也

副部門長

汐見 勝彦

主任研究員

浅野 陽一

主任研究員

植平 賢司

主任研究員

木村 武志

主任研究員

松原

主任研究員

田中 佐千子

主任研究員

松澤 孝紀

主任研究員

武田 哲也

主任研究員

三好 崇之

主幹研究員

関口 渉次

誠

(c) 業務の目的
マルチパラメータ化した三次元地下構造モデル（以下、マルチパラメータ３Ｄ構造モ
デル、あるいは３Ｄ構造モデル）ならびに海陸の観測データを用いた自動震源決定シス
テムを構築し、南海トラフ及びその周辺の地震活動の現状を即時的に把握出来るようにすることを目的とする。３Ｄ構造モデルの構築にあたっては、様々な既往研究成果や最新の地下構造研究成果を取り入れることで、既に構築済みの三次元Ｐ波速度構造モデルを高精細化するとともに、Ｓ波速度や密度等を含めたマルチパラメータ化を行う。また、海底に設置された常設地震観測点直下の堆積層構造を詳細に評価し、震源決定の高度化に資する観測点補正値を求め、３Ｄ構造モデルに反映する。構築した３Ｄ構造モデルを

10

自動震源決定システムに適宜採用することで、過去 及び現在の地震活動を適切に把握する。構築した３Ｄ構造モデルは、本プロジェクトにおける基本モデルとして、 他の研究課題と共有する。
(d) ５か年の年次実施計画
1) 令和２年度：
熊野灘海域の速度構造モデルの更新の仕組みの構築及び DONET 観測点の観測点補正
値推定方法の検討を進めた。３Ｄ構造モデルを用いた自動震源決定シス テム構築に向け、既存モデルを用いた震源計算システムを整備した。
2) 令和３年度：
熊野灘周辺の海陸統合３Ｄ構造モデルの構築を進めた。ここまで構築した３Ｄ構造
モデルについて、サブ課題１「地殻活動情報創成研究」内で共有するとともに、他のサブ課題との共有方法等について、プロジェクト内外の関係者と議論を開始した。自動震源決定システムに新しい３Ｄ構造モデルを反映する仕組みを構築 し、解析結果の評価・検討を進めた。
3) 令和４年度：
熊野灘周辺の３Ｄ構造モデルの検証や更新を実施しつつ、解析対象を紀伊水道域へ拡張するとともに、観測点補正値を３Ｄ構造モデルに反映する。熊野灘周辺の３Ｄ構造モデルを自動震源決定システムに反映させるとともに、構築した震源カタログに基づいて地震発生層の評価手法の検討を行う。 他の研究課題と共有した３Ｄ構造モデル
について、新たに構築したモデルへの更新を行う。
4) 令和５年度：
３Ｄ構造モデルの構築対象領域を四国沖へ拡張するとともに、観測データを用いたモデルの検証や改善を進める。構築した震源カタログに基づき、地震発生層の評価や地震活動解析手法の確立を進める。他の研究課題と共有した３Ｄ構造モデルについて、新たに構築したモデルへの更新を行う。
5) 令和６年度：
前年度までに構築した３Ｄ構造モデルの検証や更新を実施しつつ、堆積層構造解析
結果のモデルへの反映、東海沖及び日向灘沖への対象領域の拡張を行う。モデルの誤差評価手法を開発する。前年度までに得られたモデルを自動震源決定システムに反映させるとともに、地震活動を可視化して表現するシステムを構築する。 他の研究課題と共有した３Ｄ構造モデルについて、新たに構築したモデルへの更新を行う。
(e) 令和３年度業務目的
熊野灘周辺の最新の構造研究成果を統合することで、海陸統合高精細マルチパラメー
タ３Ｄ構造モデルの構築を進める。また、前年度に引き続き DONET の観測点直下の堆積層構造解析を実施する。前年度構築した３Ｄ構造モデルを用いた自動震源決定システムの仮運用を開始し、震源計算結果等の評価を進める。並行して、震源計算に用いる３Ｄ構造モデル等の計算パラメータを効率的に更新する仕組みを構築する。

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(2) 令和３年度の成果①過去の探査や基盤観測データに基づく３Ｄ構造モデルの構築と検証(a) 業務の要約
南海トラフ域におけるマルチパラメータ３Ｄ構造モデルの高精細化のため、これまで未活用だった研究成果に基づく速度構造情報を新たに取り込むことで、 熊野灘周辺の三次元Ｐ波速度構造モデルの高精細化を進めた。さらに、令和２年度に取りまとめたマル
チパラメータ化手法を適用することで、熊野灘周辺の高精細マルチパラメータ３Ｄ構造モデルの構築も進めた。南海トラフ全域を対象とする他のサブ課題等との連携を進めるため、高精細化されていない既存の広域三次元Ｐ波速度構造モデル 1) に同様のマルチパ
ラメータ化手法を適用することで、南海トラフ全域のマルチパラメータ３Ｄ構造モデルを構築した。この全域モデルをもとに、他のサブ課題等とのモデル共有について議論を開始した。令和２年度に引き続き、既存構造探査データを新しいアプローチで解析する
ことで、DONET の観測点直下の補正値として活用可能な堆積層内の詳細Ｓ波速度構造モデルの構築を進めた。
(b) 業務の成果
1) Ｐ波速度構造モデル作成・更新とマルチパラメータ化及び検証方針の検討
南海トラフにおける高精度なマルチパラメータ３Ｄ構造モデルの高精細化として、先行の「東海・東南海・南海地震の連動性評価プロジェクト」2) で実施された主に２Ｄ屈折法地震探査の成果に基づき、「南海トラフ広域地震防災研究プロジェクト」 3) で取りまとめられたプレート形状を含む既存三次元Ｐ波速度構造モデル 1) に、昨年度、収集・整理した「海域における断層情報総合評価プロジェクト」 4) で収集された反射法地震探査の成果、加えて既存の調査観測研究の成果や新たに発表された研究成果を統合し、熊野灘周辺を中心に三次元Ｐ波速度構造モデルを更新した。さらに、令和２年度に取りまとめたマルチパラメータ化手法を適用することで、熊野灘周辺の 三次元Ｓ波速度構造モデルを作成した（図２－１－①－１）。
他のサブ課題との連携を進めるため、高精細化されていない既存 三次元Ｐ波速度構造
モデル 1) に上述のマルチパラメータ化手法を適用し、それぞれ三次元のＳ波速度構造及び密度構造モデルを先行して作成した（図２－１－①－２）。これについては後述する。
作成したマルチパラメータ化モデル（Ｓ波速度、密度）は、経験式に基づいてＰ波速度構造から変換したものであり、変換式自体を含め今後も修正が必要である。これらを修正するためには、まず、経験式に基づいて変換した構造モデルと実際の構造を 比較し、検証する必要がある。今年度、従来から行われている検証方法に従い、変換式により作成した３Ｄ構造モデルから計算される数値データと観測データを比較して評価することを想定し、検証のために必要な作業環境の整備を進めた。具体的には、２Ｄ地震探査
測線に沿った観測データと数値データを比較するために、作成した ３Ｄ構造モデルから測線に沿った２Ｄ速度構造情報を抽出する作業手順のフロー化やツールの整備、及びモデル領域の観測重力異常と比較するため、密度の３Ｄ構造モデルから重力異常を計算するツールの整備を Schlumberger 社製の地震探査データ等解析・可視化ソフトウエアである Petrel などを用いて進めた。
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図２－１－①－１

既存Ｐ波速度構造モデル 1) （左上）に新たな観測・解析に基づく成果（左下）を追加し、熊野灘周辺を中心にＰ波速度構造モデルを更新するとともに（右上）、
変換式に基づきＰ波速度構造からＳ波速度構造モデル（右下）を構築した。

図２－１－①－２

令和２年度にとりまとめたＰ波速度からＳ波速度と密度への変換式と、既存Ｐ波速度構造モデル 1) への適用結果

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2) ３Ｄ構造モデル統合方針の検討
構造モデルは、震源決定のほか、滑り分布の推定や地震動の計算など 様々な場面で活用されている。しかし、現状は、研究者や研究機関、あるいは活用用途や研究課題ごとに使用するモデルが異なり、使用したモデルによって震源位置や滑り分布の推定にばらつきが存在する。そのため、例えば、2016 年４月１日の三重県南東沖の地震(M6.5)について各研究機関が報告した震源位置のばらつきが大きく、当該地震がプレート境界型であったか否かの判断に時間を要したことや 11) 、同じ地殻変動観測データに基づくプレー
ト間固着強度分布であっても構造モデルの違いに応じて推定結果が異なる 12), 13) といった問題が生じている。これらの問題の解決には、構造モデル情報を研究機関や活用用途の垣根を越えて共有化する取り組みが必要であるが、これまで十分に行われてきたとは言い難い。
本サブ課題で作成する南海トラフ域を対象としたマルチパラメータ３Ｄ構造モデル
は、サブ１課題で震源決定や滑り分布の推定・推移予測に活用し、サブ２ｇ課題の地震
防災基盤シミュレータにおける強震動、長周期地震動計算や津波評価でも活用することを念頭においているほか、地震本部等での地震動予測等でも活用されることを目指している。このため、構造モデル情報の効果的な共有方針を確立し、それに沿って構造モデ
ル情報を整備することが必要である。
そこで、今年度は構造モデル情報の共有化方法やデータ仕様、モデル構築、活用方法などを検討するために、本プロジェクトの他 サブ課題関係者や地震本部の構造モデル構
築に関係する委員と月１回程度の意見交換を重ねた。この検討に既存の三次元Ｐ波速度
構造モデル 1) と現状の変換式に基づき作成した暫定的なマルチパラメータモデルを活用した。検討はまだ初期段階ではあるが、地震本部の取り組みや他のサブ課題に効果的に貢献するためには、地下構造情報を集約したマルチスケールの地下構造情報共通基盤を整備し、その発展形として様々な用途に活用できる新たな海陸統合モデルを作成する ことが望ましいという認識を共有した（図２－１－①－３）。これを受け、本プロジェクトにおいては、マルチスケール地下構造情報共通基盤への円滑な活用を見据えたモデル構
築を目指すこととした。
この構造モデル情報共有の取り組みや将来の課題等について 、2021 年 12 月と 2022 年
２月に地震本部の委員会で話題提供を行った。

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図２－１－①－３３Ｄ構造モデルの共有及び統合方針の検討状況

3) 浅部堆積層構造の推定方法の検討
震源決定の高精度化に重要な観測点補正値を求めるため、構造探査データを用いた
DONET 観測点直下の堆積層内のＰ波及びＳ波速度構造推定方法について、その有効性や限界、最適な適用方法などについて、前年度に引き続き検討を進めた。
過去に実施された多数の地震波反射法探査によって、DONET 海域の堆積層内地震波反射構造（Ｐ波反射面分布とＰ波速度）の詳細は広範囲で明らかになっている。ここでは、
この堆積層内地震波反射構造と DONET 観測点で観測した構造探査データから、堆積層内でＰ波からＳ波に変換された信号（PS 変換波）を抽出、解析することで、堆積層内のＳ
波速度構造を推定することを目指している。令和２年度に潮岬沖の DONET 観測点で PS 変
換波による地下構造解析を行ったところ、観測点直下の堆積層内には多数の PS 変換面があることが確認できた。しかし、PS 変換面とＰ波反射面の関連づけが容易ではなく、Ｓ波速度の見積もりには大きな不確定性が残ってしまうことが分かった。Ｓ波速度の推
定精度を向上させるためには、PS 変換波がどのＰ波反射面で生じているのかを確からしく推定する必要がある。
今年度は、DONET 観測点に加えて DONET 近傍で実施された稠密 OBS（自己浮上式海底地震計）を用いた地震探査データにも同様の解析を施すことによって、PS 変換面分布を空間的にマッピングし、Ｐ波反射面分布との相関から変換面・反射面同 定の信頼性を高めた（図２－１－①－４）。その結果、比較的陸域に近い水深 1500ｍ～2000ｍ程度の海域
では、海底下 500ｍ程度までの浅層の Vp/Vs が４～５程度と推定された。一方、トラフ軸近傍では有意に大きな Vp/Vs を示すなど浅層の Vp/Vs には地域性があることも分かってきた。今後、このような地域性に注意しつつ、推定したＳ波速度構造情報を３Ｄマル
チパラメータ構造モデルに反映していく。

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図２－１－①－４上）解析に使用した DONET 近傍の地震探査測線（赤）。中）上図の測線に沿った反射法地震探査記録断面。矢印は測線上に設置した OBS の位置を示す。下）上で示した海底地震計のレシーバ関数（PS 変換面分布）。
(c) 結論ならびに今後の課題
南海トラフ域を対象としたマルチパラメータ３Ｄ構造モデルの高精細化のため、これまで未活用だった熊野灘周辺の構造探査成果等を既存の三次元Ｐ波速度構造モデル 1) に取り込み、熊野灘周辺の３Ｄ構造モデルの高精細化を進めた。ただし、異なる空間解像度の構造モデルを統合した場合の信頼性や誤差の評価に関しては、今後も引き続き検討を進める必要がある。
マルチパラメータ３Ｄ構造モデルの構築にあたっては、現状では主にＰ波速度から変換式（経験則）を用いて他のパラメータ（Ｓ波速度、密度）へ変換することで進めている。今後は、実データに基づき独立に求めたＳ波速度構造情報などの新たな知見や、変換式により作成したマルチパラメータ３Ｄ構造モデルで計算した数値データと観測デ
16

ータの際から、変換式の改良を進める必要がある。
サブ課題間連携等を進めることを目的とした モデル統合方針の検討を開始した。本プ
ロジェクトにおいては、マルチスケール地下構造情報共通基盤への円滑な活用を見据えたモデル構築を目指す方針であるが、現時点で問題認識と情報の整理と共有が十分とは言えない。引き続き構造モデル関係者への情報共有を進めつつ、具体的に 、本研究プロ
ジェクトが終了した後も効率的にモデル統合を進めていくための体制整備やそのための取り組みについても配慮しながら、本研究プロジェクトで構築するモデルについて議論を詰めていく必要がある。
震源位置ならびに震源断層推定の高精度化に重要な堆積層内の詳細なＳ波速度構造の推定を目指し、DONET 観測点周辺の稠密 OBS 構造探査データを用いた解析を行い、堆積層浅部のＳ波速度を推定した。ただし、堆積層浅部のＳ波速度には OBS 構造探査測線に沿って顕著な地域性を示す傾向も確認された。今後、DONET 観測点における観測点補
正値の確からしさを向上させるために、今年度解析した測線のトラフ軸側を対象としたより広範囲の OBS 構造探査データを用いた解析を進めることが不可欠であ る。
(d) 引用文献
1) Nakanishi, A. et al.: Three-dimensional plate geometry and P-wave velocity
models of the subduction zone in SW Japan: Implications for seismogenesis,
in “Geology and Tectonics of Subduction Zones: A Tribute to Gaku Kimura”,
ed. by T. Byrne, M. B. Underwood, III, D. Fisher, L. McNeill, D. Saffer, K.
Ujiie, A. Yamaguchi, Geological Society of America Special Paper 534, 69 86, doi: 10.1130/2018.2534(04), 2018.
2) 文部科学省研究開発局・国立研究開発法人海洋研究開発機構 : 東海・東南海・南海
地震の連動性評価プロジェクト 平成 20～24 年度 成果報告書 平成 25 年５月, 1397, 2013.
3) 文部科学省研究開発局・国立研究開発法人海 洋研究開発機構: 南海トラフ広域地震
防災研究プロジェクト 令和元年度 成果報告書 令和２年５月, 1-655, 2020.
4) 文部科学省研究開発局・国立研究開発法人海洋研究開発機構 : 海域における断層情
報総合評価プロジェクト 平成 31 年度 （令和元年度）成果報告書 令和２年５月,
1-385, 2020.
5) Yamamoto, Y., T. Takahashi, Y. Kaiho, K. Obana, A. Nakanishi, S. Kodaira,and Y. Kaneda: Seismic structure off the Kii Peninsula, Japan, deduced frompassive- and active-source seismographic data, Earth Planet. Sci. Lett.,
461, 163-175, doi: 10.1016/j.epsl.2017.01.003, 2017.
6) 中村 恭之・海宝 由佳・野 徹雄・白石 和也・藤江 剛・小平 秀一・木村 学・尾鼻浩一郎・三浦 誠一・仲西 理子: 潮岬－足摺岬沖南海トラフにおける稠密反射法探査による構造マッピング, 日本地震学会 2021 年秋季大会, S06P-05, 2021.
7) Hamilton, E. L.: Vp/Vs and Poisson’s ratios in marine sediments and rocks,
J. Acoust. Soc. Am., 66, 1093, doi: 10.1121/1.383344, 1979.
8) Brocher, T.M.: Empirical relations between elastic wavespeeds and density
17

in the Earth’s crust, Bull. Seism. Soc. Am., 95, 2081-2092, doi:
10.1785/0120050077, 2005.
9) Hamilton, E. L.: Sound velocity-density relations in sea-floor sediments
and rocks, J. Acoust. Soc. Am., 63, 366, doi: 10.1121/1.381747, 1978.
10) Ludwig, W. J., J. E. Nafe, and C. L. Drake: Seismic refraction, in The
Sea, A. E. Maxwell (Editor), Vol. 4, Wiley-Interscience, New York, 53–84,
1970.
11) 地震調査研究推進本部 地震調査委員会: ２０１６年４月の地震活動の評価, 1-48,<https://www.static.jishin.go.jp/resource/monthly/2016/2016_04.pdf >, （参照2022-3-31）, 2016.
12) Hashmoto, C. E. Fukuyama, T. Terakawa, T. Sagiya, K. Nakajima, T. Sato,and M. Matsu’ura: Development of a Predictive Simulation System for
Crustal Activities in and around Japan - VIII, Annual Report of the Earth
Simulator Center April 2010-March 2011, 89-93, 2011.
13) Yokota, Y., T. Ishikawa, S. Watanabe, T. Tashiro, and A. Asada : Seafloor
geodetic constraints on interplate coupling of the Nankai Trough megathrustzone, Nature, 534, 374-377, doi: 10.1038/nature17632, 2016.
(e) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表
発表した成果（発表題

発表者氏名

目、口頭・ポスター発

発表した場所

発表した

国内・（学会等名）

時期

外の別2021年6月

国内

国内

表の別）
Constructing a 3D

仲 西 理 子 ・ Qin

日本地球惑星科

seismic S-wave

Yanfang ・ 藤 江

学連合2021年大velocity model of the

剛・汐見 勝彦・会

Nankai Trough （ポス小平 秀一・高橋ター）

成実・中村 武史

潮 岬-足 摺 岬 沖 南 海 トラ

中村 恭之・海宝

日本地震学会2021年10

フにおける稠密反射法

由佳・野 徹雄・

2021 年秋季大会

月

探査による構造マッピ

白石 和也・藤江

ング（ポスター）剛・小平 秀一・
木村 学・尾鼻浩一郎・三浦 誠
一・仲西 理子

南 海 ト ラ フ域 の 3次 元地

仲 西 理 子 ・ Qin

日本地震学会2021年10震波速度・密度構造の構

Yanfang ・ Liu

2021 年秋季大会

月

築（口頭）

Xin・藤江 剛・汐見 勝彦・小平18

国内

秀一・高橋 成
実・中村 武史・
富士原 敏也
Unsupervised data

Liu Xin・仲西 理

American

2021年12mining applied to子・藤江 剛・利Geophysical月

marine active-source

根川 貴志・尾鼻Union 2021 Fallseismic data from a

浩一郎・小平 秀

meetinglinear OBS array in

一

国外

Nankai Trough（口頭）2) 学会誌・雑誌等における論文掲載
掲載した論文（発表題

発表者氏名

目）

発表した場所

発表し

国内・（学会誌・雑誌

た時期

外の別
国外

等名）
Upper-plate controls

Adrien F. Arnulf,

Nature2022年2on subduction zone

Dan Bassett,Geoscience月

geometry, hydration

Alistair J.

and earthquake

Harding,behaviour

小平秀一,
仲西理子,
Gregory Moore(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②３Ｄ構造モデルを用いた自動震源決定処理システムの構築(a) 業務の要約
昨年度構築した自動震源決定処理システムの仮運用を行うとともに、震源計算に用いる３Ｄ構造モデルや様々な計算パラメータを更新し、計算処理に反映するためのツール、アーカイブされたデータを対象とした震源再計算ツール 等の整備を進めた。2022 年１月
22 日に日向灘北部で発生した地震ならびにその余震活動を対象として、震源決定処理シ
ステムによる結果の確認及び評価を行った。さらに、３Ｄ構造モデルの走時計算に、複雑な３Ｄ構造モデルにも適用可能な最短経路法を採用することの利点等について検討に着手した。

19

(b) 業務の成果
1) 震源決定処理システム運用のための環境整備
南海トラフ周辺のように、複雑な地下構造が想定されている場所で発生する地震の震源位置を正確に知るためには、詳細かつ高精度な３Ｄ構造モデルを用いる必要がある。
本研究課題で構築した震源決定処理システム（以下、本システム）では、 2021 年３月、サーバ上に３つの仮想マシン（Virtual Machine, VM）を設定し、各 VM 上で異なる震源計算プログラムの試験稼働を開始した。本システムの概略構成図を図２－１－②－１に示す。サブシステム１では、与えられた３Ｄ構造モデルに対して、pseudo-bending 法 1)
により波線経路ならびに走時の計算を逐次行 う方法を採用した。サブシステム２では、あらかじめ仮想震源と観測点間の走時を計算した走時表を整備しておき、震源位置を探索する際にはその情報を活用することで計算時間の短縮を行う方法 2) を用いた。サブシ
ステム３には、NonLinLoc と呼ばれる震源決定のためのソフトウエアパッケージ 3) を採用した。
本研究課題では、並行して実施している高精細マルチパラメータ３Ｄ構造モデル構築の進展に伴い、最新の３Ｄ構造モデルを本システムに適切なタイミングで反映しながら運用を行うことを計画している。各サブシステム上で必要とされる３Ｄ構造モデルある
いは走時表のフォーマットはそれぞれ異なる 。そのため、新たな３Ｄ構造モデルを用いた震源計算処理を行うためには、都度、各サブシステムで使用可能な形式に変換し、配布する作業を実施しなくてはならない。そこで、今年度、３Ｄ構造モデルを更新する際に、各サブシステム向けのフォーマット変換や走時表作成を一定の手順で行い、その出力結果を各サブシステムに適切に配布するツールの開発を進めた。なお、高精細マルチパラメータ３Ｄ構造モデル構築にあたって実施しているサブ課題間の意見交換において、地殻変動研究等の他用途では全国１次地下構造モデル（Japan Integrated Velocity
Structure Model, JIVSM） 4) で採用されている層構造フォーマットを標準としている 事
例があることが明らかになった。本システムで用いているマルチパラメータ３Ｄ構造モ
デルは、適切な間隔に設定された格子点（グリッドポイント）上に地震波速度等の情報が配置されたグリッドデータ形式である。JIVSM で採用されているフォーマットで定義された３Ｄ構造モデルを用いた震源計算を実施する場合は、上記ツールにおいて、一旦グリッドデータ形式に変換し、グリッドデータから構造モデルの変換等を行うこととした。
震源位置の推定結果は、構造モデルのほか、様々な計算パラメータ、例えば、計算に用いる検測位相の重みや観測点ごとの補正値、地球半径など の影響を受ける。自動震源計算処理に用いる構造モデルや計算パラメータを変更する場合、過去の震源位置についても、同じ構造モデルならびに同じ計算パラメータで再計算しておかないと、両者を直接比較することは出来ない。今年度は、各 VM で稼働している自動震源計算処理で使用している構造モデル（または、走時表）ファイルならびに計算パラメータを確認するためのツールを構築した。さらに、それらと同じ構造モデル（または、走時表）や計算パラメータを用いて、過去に発生した地震の震源再計算を容易に実行するためのツールも構築した。再計算前後の結果の評価を効率的に実施するため、再計算結果は自動処理と異20なるフラグを付与した状態でデータベースに保存可能とした。
昨 年 度 、 本 シ ス テ ム を 稼 働 さ せ る た め の オ ペ レ ー テ ィ ン グ ・ シ ス テ ム （ OS） と し てCentOS8.2 を採用した。しかし、システム構築着手後の 2020 年 12 月、当該 OS のサポー
ト終了が 2021 年末までに大幅に短縮されることが発表された。システムを安定稼働させるためには、サポートが終了した OS の継続使用を避けなくてはならない。そのため、システム OS の Rocky Linux 8.5 への更新ならびに新 OS 上での安定動作の確認も併せて行った。OS 選択にあたっては、サポート期間が十分に長いことに加え、構築済みシステ
ムの改修や検証のための工程が極力抑制出来ることを条件とした。

図２－１－②－１３Ｄ構造モデルを用いた自動震源決定 処理システムの概略構成図。

本研究で新たに構築した部分を実線枠で、本システムと連携する既存システムなどは破線枠で示した。
2) 自動震源決定システム処理結果の確認と評価
2022 年１月 22 日１時８分頃、日向灘を震源とする気象庁マグニチュード（Ｍ j ）6.6の地震が発生した。この地震は、地震調査委員会において、沈み込むフィリピン海プレート内で発生した地震として評価がなされている 5) 。本システム稼働後に、南海トラフ
海域で初めて発生したマグニチュード６を超える地震であり、活発な余震活動を伴ったことから、この地震活動を対象として本システムの処理結果の確認を行った。なお、ここでは、pseudo-bending 法 1) により波線経路ならびに走時の計算を逐次行う方法（サブシステム１）の結果を参照する。解析には、地震波走時トモグラフィ解析によって求められた、日本周辺海域を含めた３Ｄ構造モデル 6) を用いた。
図２－１－②－２及び表２－１－②－１に、2022 年１月 22 日１時８分頃に発生した地震（以下、本震）の震源計算結果を示す。図２－１－②－２において、本システムの結果を赤星印で示すとともに、参考として１Ｄ構造モデルに基づく防災科研 Hi-net による震源計算結果（黒星印）と気象庁一元化震源計算結果（青星印） を併せて示した。
また、Nakanishi et al. (2018)によるフィリピン海プレート上面位置 7) を破線で示した。ここで、本システムの震源計算には、防災科研 Hi-net による震源と同じ検測値情報を用いている。本システムの震源計算結果は、他のカタログと同様にフィリピン海プレ21

ート上面より有意に深く、沈み込むプレート内で発生した地震という地震本部の評価 と矛盾しない。本システムによる震央位置は、１Ｄ構造モデルに基づく震源カタログと大きな違いは見られないが、断面図からは、３Ｄ構造モデルを用いた本システムによる結
果が他の結果よりわずかに浅く、北西側（陸側）に移動したことが分かる。図２－１－②－３に、本システムでの震源計算に用いたＰ波速度構造のパータベーション（平均値からのゆらぎ）を示す。図中、本震のおおよその震源位置を黒楕円で示した。海域のＡ側から陸域のＢ側に向かって深くなる高速度異常領域として、沈み込むフィリピン海プ
レートがイメージされており、本震の震源はこの高速度異常域の上端付近に位置している。一方、この地域の地震観測点は陸域にのみ配置されている。震源と陸域の間には、暖色系で表された低速度異常を示す領域が存在する。これは、当該間の地震波走時が平均値よりも時間を要することを 表しており、逆に平均的な１Ｄ構造モデルを用いると、震源を深く決めてしまうことを意味する。３Ｄ構造モデルを用いて、このような構造異常による走時の変化を評価することにより、１Ｄ構造モデルを用いた震源計算結果より
も、震央位置はわずかに浅く、また陸域に近づく方向（北西方向）に移動したと考えられる。
この地震は、活発な余震活動を伴った。本震周辺で 2022 年２月末までに発生した地震について、本システムにおいて３Ｄ構造モデルを用いた震源再決定を行った結果を 図２－１－②－４ (a)に示す。図中、Ｍ4.5 以上の地震を赤点で、Ｍ1.5 以上の地震の位置を黒点で示した。また、2012 年１月から本震発生前までの 10 年間に検知したＭ1.5 以上の地震について、灰色の点で示した。なお、本システムにおける自動処理は、2021 年３月に試験稼働を開始した。試験稼働開始以前の震源カタログについては、本年度構築した
震源位置再計算ツールを用いて、震源の再決定を行った。
灰色の点で示された過去の地震活動から、フィリピン海プレートの沈み込みに伴う厚さ７～８ km 程度の地震発生層が存在することを確認出来る。黒点ないし赤点で示された今回の地震活動は、ほぼこの発生層内で鉛直に分布している。今回の震源計算に用いた３Ｄ構造モデル 6) と図に青線で示したフィリピン海プレート上面形状モデル 7) は異なるデータに基づくため、両者を詳細に比較することは難しいが、余震分布の上端はフィ
リピン海プレート上面に近接していたことが分かる。比較のため、図２－１－②－４(b)及び(c)に１Ｄ構造モデルによる防災科研 Hi-net カタログ、気象庁一元化震源カタ
ログの結果をそれぞれ示した。マグニチュード計算方法が異なるため表示されている地震数に違いがあるが、(b)と(c)で震源分布の傾向に大きな差違はない。フィリピン海プ
レート沈み込みに伴う地震発生層は 10～15 km 程度と(a)よりも厚くなっている。これは、３Ｄ構造モデルを用いた (a)の方が正しい震源位置に集中して求まっているためと考えられる。また、(b)や(c)で求められた今回の地震活動の上端は(a)よりもやや深く、フィリピン海プレート上面との間にわずかな空隙が確認出来る。
以上から、本システムにおいて３Ｄ構造モデルを用いることにより、従来の１Ｄ構造モデルを用いた震源計算よりも、深さ方向に締まった震源分布が得られており、震源決定精度が改善されていると判断可能である。

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図２－１－②－２

2022 年１月 22 日１時８分頃に発生した日向灘の地震の震源計算結果。地図上Ａ－Ｂ測線の断面図を右側に示す。赤星、黒星、青星はそれぞれ本システムの結果、防災科研 Hi-net の結果、気象庁一元化震源の結果を表す。破線は、フィリピン海
プレートの上面位置 7) を表す。

表２－１－②－１

2022 年１月 22 日１時８分頃に発生した日向灘の地震の震源計算結果
震源位置

M

緯度[°N]

経度[°E]

深さ[km]

本システム処理結果

32.724132.058

41.8

6.7

防災科研 Hi-net カタログ

32.717132.07443.1

6.7

気象庁一元化震源32.716132.07244.6

6.6

図２－１－②－３2022 年１月に発生した日向灘の地震活動周辺のＰ波速度構造のゆらぎ 6) 。断面図中の黒楕円は、本震の概略震源位置を表す。

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図２－１－②－４

日向灘北部における地震活動。(a) 本システム、(b) 防災科研 Hi-net

カタログ、(c) 気象庁一元化震源カタログ。左）本震発生から 2022 年２月末までに発生した M1.5 以上の地震を黒点で、M4.5 以上の地震を赤点で示す。また、2012 年１月から本震発生前までに発生した M1.5 以上の地震を灰色の点で示す。断面線の位置は右側地図に示す。右）本震発生から 2022 年２月末までに発生した M1.5 以上の地震の震源位置を示す。
青線はフィリピン海プレート上面の等深線 7) を表す。

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3) 最短経路法を用いた迅速な震源決定の実施
地震の震源位置は、与えた構造モデルに対し、震源－観測点間を接続する波線経路とその間を地震波が伝播するために要する時間（走時）を計算するための波線追跡を行い、計算による走時と観測走時との差が最小となる場所を探索することで推定 可能である。
３Ｄ構造モデルを用いた場合、１Ｄ構造モデル使用時に比べ、波線が通過する経路が複雑になるため、この波線追跡に計算時間を要する。近年、pseudo-bending 法の開発 1) や計算機の能力の向上により、波線追跡に要する時間も大幅に短縮されるようになったた
め、最近は逐次的に波線追跡を行う方法でも迅速な震源決定が可能になってきた。実際、サブシステム１において pseudo-bending 法により波線経路ならびに走時の計算を逐次行う方法を採用しており、前節ではこの方法による震源計算結果を示した。一方、あらかじめ計算時間のかかる波線追跡及び走時計算の結果を走時表としてデータベース化
しておき、震源決定処理実施時にはその計算結果を参照することで、計算時間の劇的な迅速化を可能とする方法もある 2) 。ここで、事前計算の対象となる計算走時は、計算対象領域の全グリッド点と各観測点を結ぶ経路となるが、事前に行う走時計算に厳しい即時性は求められないため、ある程度計算時間を必要とする走時計算手法でも使用可能となる利点がある。今年度は、いろいろな分野で利用されている最短経路法（shortest pathmethod）を波線追跡に適用した手法 8) を震源計算に用いるための試験的な評価を実施した。最短経路法は異方性媒質を含む複雑な構造モデルに対しても適用可能であり、得られた波線経路が局所解にならないといった特徴がある。その反面、多くの計算時間を要することが欠点とされており、事前に計算した走時表を参照する震源計算方法に適していると言える。
図２－１－②－５に、最短経路法で求めた走時表を用いて、2015 年１年間に紀伊半島周辺の深さ 120 km 以浅で発生した地震を対象に試験的に再決定した震源の分布を示す。
紀伊半島沖では 2016 年に DONET2 が完成し、定常的な海域観測網の運用が始まったが、本課題では、DONET 整備以前の震源カタログも整備する計画である。本試験では DONET2
運用開始直前の 2015 年を対象とし、2000 年より運用されている陸域に設置された防災科研 Hi-net の観測データのみを用いた震源決定を試みることにより、３Ｄ構造モデル採用による影響の有無や計算の安定性を確認した。前節同様、震源計算には、地震波走
時トモグラフィ解析による３Ｄ構造モデル 6) を用いた。解析には、領域内に位置する防災科研 Hi-net150 点における検測値データを用いており、１Ｄ構造モデルに基づく防災科研 Hi-net カタログの震源（青印）を初期震源として計算を行った。計算対象となった
約 9000 イベント全てを処理するために要した時間は、一般的な PC で 3.8 秒であった。
３Ｄ構造モデルへの最短経路法適用にあたって、まず、計算対象領域を直方体のセルに分割し、各頂点に地震波速度構造の値を与えた。セル内部の地震波速度は線形補間することにより速度を算出した。セル境界面上にノードを均質に分布させ、各セル内で可能なすべての組み合わせの２組のノードをパスで結び、観測点から各ノードへ の最短経路を求めた。この際、セルの数、ノードの数は、必要な精度の走時値を得られるまで増加させた。セルの頂点で得られた計算走時は３次スプライン関数で補間し、スプライン関数として保存した。
今回の手法と防災科研 Hi-net のカタログでは、おおむね同じ位置に震源が推定され25ているが、フィリピン海プレートの沈み込みに伴って発生する地震の深さが若干浅く決まっているなど、相違点もある。海域下の地震については陸上の観測点のみでは深さ方向に十分な制約が与えられていないため、両カタログともばらつきが大きいが、最近のデータについては、DONET 等、海域観測のデータを追加することにより改善することが期待される。

図２－１－②－５

2015 年に発生した地震の震源分布。最短経路法 8) と Matsubara et al.

(2019)による３Ｄ構造モデル 6) から求めた走時表を用いて震源再決定をした結果を緑印で示す。青印は１Ｄ構造モデルを用いて求められた防災科研 Hi-net カタログによる結果を表す。赤印は解析に用いた観測点の位置を示す。
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(c) 結論ならびに今後の課題
南海トラフ及びその周辺域で発生する地震の活動状況を逐次的かつ適確に把握するためには、より現実に即した地震波速度構造を用い、自動的に震源位置の推定を行う必要がある。本年度は、昨年度構築した３Ｄ構造モデルを用いた自動震源決定システムの仮運用を行うとともに、震源計算に用いる３Ｄ構造モデルや様々な計算パラメータを更新するためのツール、保存されている過去の検測値データに基づいて震源再計算を行う
ツールの整備等を実施した。2022 年１月 22 日に発生した日向灘の地震について、本シ
ステムにより求まった震源の深さは、従来の１Ｄ構造モデルを用いた震源分布よりも数km 程度浅くなることが分かった。過去 10 年間に日向灘北部周辺で発生した地震について、震源再計算ツールを用いて３Ｄ構造モデルに基づく震源分布を求めた。 その結果、フィリピン海プレート沈み込みに伴って発生する地震の層は、１Ｄ構造モデルで求められた結果よりも薄く、厚さ７～８ km 程度であること、2022 年１月 22 日の地震の余震
活動は、この地震発生層内で鉛直に分布することを明らかにした。また、３Ｄ構造モデ
ルの走時計算に最短経路法をあらかじめ適用することについて、その利点や効果についての検討を行った。
前述の通り、現時点で求められた震源分布 について、参照しているプレート上面位置の推定と震源計算に用いた３Ｄ構造モデルが異なるため、両者の空間的な関係を詳細に比較検討することは難しい状況にある。今後、高精細化したマルチパラメータ３Ｄ構造モデルの構築が進み、震源計算に使用可能な３Ｄ構造モデルでプレート形状モ デルも検証が出来れば、容易にプレート間地震を抽出し、評価することが可能になると期待される。そのためには、高精細化したマルチパラメータ３Ｄ構造モデルを用いた震源再計算が必要になる。新たな３Ｄ構造モデルを本システムに導入する前に、モデル更新が震源計算結果に与える影響の度合いを把握するためのツール類の構築や年々増大する過去
データを効率的に再計算する環境の整備、地震カタログの特徴を把握するための可視化
方法の検討を進めることが重要である。
(d) 引用文献
1) Koketsu, K. and S. Sekine: Pseudo-bending method for three-dimensional
seismic ray tracing in a spherical earth with discontinuities, Geophys. J.
Int., 132, 339-346, doi: 10.1046/j.1365-246x.1998.00427.x, 1998.
2) 関口渉次: 事前走時計算をもとにした 3 次元速度構造における迅速な震源決定手法について, 防災科学技術研究所研究報告，77，1-5, doi: 10.24732/nied.0000120,
2010．
3) Lomax, A., J. Virieux, P. Volant, and C. Berge: Probabilistic earthquake
location in 3D and layered models: Introduction of a Metropolis -Gibbs
method and comparison with linear locations, in “Advances in Seismic Event
Location”, ed. by C. H. Thurber, N. Rabinowitz, Kluwer, Amsterdam, 101134, 2000.
4) Koketsu, K., H. Miyake, and H. Suzuki: Japan integrated velocity structure
model version 1, Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake
27

Engineering, Vol. 1–4,
<http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/WCEE2012_1773.pdf>, （参照 20223-31）, 2012.
5) 地震調査研究推進本部 地震調査委員会: ２０２２年１月の地震活動の評価, 1-46,<https://www.static.jishin.go.jp/resource/monthly/2022/2022_01.pdf >, （ 参 照
2022-3-31）, 2022.
6) Matsubara, M., H. Sato, K. Uehira, M. Mochizuki, T. Kanazawa, N. Takahashi,
K. Suzuki, and S. Kamiya: Seismic velocity structure in and around theJapanese Island arc derived from seismic tomography including NIED MOWLAS Hi net and S-net data, Seismic Waves - Probing Earth System, IntechOpen, 1-19,
doi: 10.5772/intechopen.86936, 2019.
7) Nakanishi A. et al.: Three-dimensional plate geometry and P-wave velocity
models of the subduction zone in SW Japan: Implications for seismogenesis, in“Geology and Tectonics of Subduction Zones: A Tribute to Gaku Kimura”, ed.
by T. Byrne, M. B. Underwood, III, D. Fisher, L. McNeill, D. Saffer, K. Ujiie,
A. Yamaguchi, Geological Society of America Special Paper 534, 69 -86, doi:
10.1130/2018.2534(04), 2018.
8) Sekiguchi, S.: Efficient seismic ray tracing based on the shortest pathmethod, Geophys. J. Int., 225, 729-743, doi: 10.1093/gji/ggab001, 2021.
(e) 成果の論文発表・口頭発表等
1) 学会等における口頭・ポスター発表
発表した成果（発表題

発表者氏名

目、口頭・ポスター発

発表した場所

発表した時

国内・（学会等名）

期

外の別

日 本 地 震 学 会 2021

2021年10月

国内

表の別）
最短経路法を走時計算

関口 渉次に適用した３次元速度

年秋季大会

構造での震源決定（ポスター）2) 学会誌・雑誌等における論文掲載なし(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
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