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)　素務の内容・ (a)業務題目(b)担当者(c)業務の目的(d)  ６カ年の年次実施計画1）平成1 9年度2）平成2  0年度3)平成2  1年度4)平成２２年度5）平成2  3年度6）平成2  4年度(e)平成１９年度業務目的(2)　平成１９年度の成果・・・・・・・・・・・・・・・ • • • • 47 (a)業務の要約(b)業務の成果1）比抵抗構造探査装置a）探査装置設計要件b）探査装置基本仕様と整備i ）ロガー ii ）磁力計iii）試験観測2）機構解明データサーバー a）システム設計要件b）システム基本仕様と整備i ）ファイルサーバ装置ii ）ディスクアレイ装置iii ）公開用サーバ装置3）比抵抗構造探査測線の検討4）データ管理・公開手法の検討(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２１年度業務計画案・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ : • • 53
(1)業務の内容
(a)業務題目  竜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一の運用

(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：MT)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カ年の年次実施計画
1）平成1 9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う。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う。 2）平成2 0年度：比抵抗構造探査装置約10台を用いて、山形県南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、比抵抗断面を推定する。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・収集をおこない、データベースを構築する。さらに、2008年秋頃を目処にデータセンターを開設し、得られたデータを逐次公開する。 3）平成2 1年度:平成20年度に引き続き比抵抗構造探査装置約10台を用いて、山形県北部、秋田県南部を東西に横切る測線で観測点間隔約 7 ～ 10 k  m及び測線長約100 km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、富土山、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る。機構解明デ一タサーバを用いて、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。 4）平成2  2年度：新潟県北部、山形県南部、福島県北部を東西に横切る測線で広帯域MT法観測を実施し、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。 5）平成2 3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。 6）平成2 4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１９年度業務目的
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するとともに、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う。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ーを整備するとともに、その管理・公開手法の検討を行う。
(2)平成１９年度の成果
(a)業務の要約
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するとともに、ひずみ集中帯の機構解明を図るうえで効果的な調査観測測線の検討等を行った。比抵抗構造探査装置としては、広い周波数帯域を十分な精度で同時に多点で取得できること、任意の電磁場応答関数を求める機能を持っていること、省コストで多点で計測できるシステムであること、サンプリング周波数や観測時間窓をできる限り自由に設定できること、などの条件を満たす探査装置を整備した。また、ひずみ集中帯の機構解明を図るための効果的な調査観測測線の検討を行った。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ーを整備するとともに、その管理・公開手法の検討を行った。
(b)業務の成果
1）比抵抗構造探査装置
a）探査装置設計要件
本研究項目では、内陸部で最もひずみが集中する地域の一つであり、内陸地震の発生が危惧されている「東北背弧ひずみ集中帯」において、そのひずみ集中メカニズムや関連する地殻変動発生メカニズムの解明を図るため、地殻比抵抗構造探査を行う。日本のように、沈み込むプレートから定常的に水が供給されている地域では、その水の地殻内での不均質な分布が地殻の変形特性の分布を規定し、それが応力やひずみの集中をもたらしている可能性がある。地下の比抵抗の分布は、地下の状態を直接知ることが出来る貴重な情報であり、間隙流体の存在や地下での間隙流体の連結のしかたに敏感である。そこで、ひずみ集中帯やその周辺域において地殻比抵抗構造を決定するための地磁気地電流（MT）法（周波数帯域:0.00025Hz－1Hz)、可聴帯域地磁気地電流(AMT)法法(周波数帯域:1Hz－10kHz)観測を実施する(図1、P55)。この観測を実施するための比抵抗構造探査装置を整備するにあたって、その探査システムが満たすべき要件として、以下の項目があげられた。 •地殻から上部マントル最上部までの比抵抗構造の推定を目的としているため、0.00025Hzから10kHzまでの広い周波数帯域で微弱な磁場と自然電場データを十分なSN比で、同時に多点で取得できること。 ・各観測点での電磁場間応答関数のみならず任意の観測点、成分間の電磁場応答関数を求める機能を持っていること。 •この観測に従事する人員の制約から労力をかけずに多数の点を計測できること。 •研究目的や観測点の状況に応じて、柔軟な観測計画立案を可能とするために、電場及び磁場データのサンプリング周波数や観測時間窓をできる限り自由に設定できること。以上の要件を満たす比抵抗構造探査装置の基本的仕様を、以下のように策定した。
i ）測定項目
インダクションコイルによる磁場水平2成分、鉛直1成分、および電極による電場水平2成分の信号を、同時に同期して測定できること。
ii ）測定周波数
ｉ)で掲げた測定項目すべてについて、0.00025Hz ～ 10kHzの周波数帯域の信号を取得できること。
iii ）磁場測定用コイル
3成分ともインダクションコイルとし、1本のコイルでï )で規定した周波数領域全域でのデータが取得できること。各コイルの周波数特性を補正するための、キャリブレーション機能を有していること。 iv） ADコンバーター 24bit以上の分解能を持ち、ii )で規定した測定周波数を実現するため50kHz以上のサンプリングレートを持つこと。サンプリング周波数を可能な限り柔軟に設定することが可能で、そのすべてのサンプリング周波数において、スクリプトによって任意のサンプリングタイミングでデータを取得できること。
v）データの収録
観測データは交換が可能なデータ記録用メモリーカードに記録できること。長期間放置してオフラインで観測を行うため、4ギガバイト以上の容量に対応できること。
vi ）外部装置,  PCとの接続
汎用の外部装置やPCと接続するため、EthernetとUSBの両方のインターフェイスが測定装置本体に実装されていて、そのポートを通じて観測条件の設定や観測の実施、データのダウンロードがPCを用いて可能であること。 v )に加え、さらに大量のデータを連続して取得したい場合に、USBに市販のポータブルHDを接続してそこにデータを格納できる機能も有すること。
vii）時刻同期
i )で規定されたデータの取得は、測定装置本体等に内蔵されているGPS等により、世界標準時（UT）に同期し、同期精度が１マイクロ秒以上であること。 viii）使用電源DC11～13Vで自動車用バッテリーを用いて駆動できること。 ix ）作動可能温度範囲— 30 + 50 C
x ）電磁場応答関数
付属ソフトウェアないしは汎用周波数応答解析ソフトウェアによって、MT/AMT法観測に必要な電磁場－磁場間応答関数を求めることが出来ること。そのために必要な測定器の周波数応答キャリプレーションデータがアスキー形式で提供されていること。
b）探査装置の基本仕様及び整備
比抵抗構造探査装置は、現地において磁場3成分と、水平電場2成分を収録する装置から構成される。電場2成分を取得するための電極およびケーブルは、現有のものを用いることが出来るので、データロガーと磁場センサーを新たに整備した。
i ）ロガー
入札の結果、整備されたロガーのスペックは以下のとおりである（図2、P55)。 ・型式　ドイツmetronix社製ADU-07 ・周波数帯域   DCから250kHzまでLF帯域(DC-512Hz)とHF帯域(1Hz-250kHz)の2種類の帯域より構成・チャネル教5（磁場3成分、電場2成分） • A/D変換器24 Bit （最速2,048 samples/s） A/D変換器（LF帯域用） 24 Bit  （最速524,288samples/s） A/D変換器（HF帯域用）の2種類のA/D変換器を実装•サンプリング設定　スクリプトによって、2のn乗Hzでのサンプリング周波数設定が可能であり、任意のタイミングでデータ取得が可能・ダイナミックレンジ　130dB以上・システムコントローラ　 32bit内蔵コントローラ（Linux） ・記憶メディアコンパクトフラッシュ、USBハードディスク・キャリプレーション　自動・入力抵抗　電場： 10M ohm以上　磁場： 20k ohm •時刻同期　 GPS衛星による時刻校正、同期精度はUTCに対し+/- 30ns ・インターフェース　 EthernetおよびUSB ・ケース　耐久・防水加工グラスファイバー強化ケース•重量　約8kg ・外形寸法　 400×330×170 mm ・電源　DC 11-14V •電力消費　約3-5W (LF) 15W (HF 96kHz-524kHzサンプル時) ・動作温度 −40℃ - +70℃ •台数 8台
ii ) 磁力計
入札の結果、整備された磁力計のスペックは以下のとおりである（図3、P55)。 ・型式　ドイツmetronix社製MFS-06 ・周波数帯域   0.00025Hzから10kHzまで0.00025Hz-500Hz (チョッパーオン時) 10Hz-10kHz (チョッパーオフ時) ・センサーノイズ1.1*10 ² nT/√Hz（(0.01Hz) 1.1*10 4 nT/√Hz (1Hz) 1*10·6 nT/√Hz (1kHz) ・出力電圧 +/− 10V ・信号入力レンジ  ±2.5V ・機能　磁場フィードバック付誘導コイル・ケース　耐久・防水加工グラスファイバー強化ケース•重量　約8.5kg ・外形寸法　直径75 mm　長さ1,250 mm ・動作温度 −30℃ - +70℃ •台数　８セット(24台)
iii）試験観測
整備されたデータロガーと磁力計を用いて、0.00025Hz ～ 10kHzにわたる広帯域の電磁場データを取得できるかどうかを実証するため、現有の広帯域MT観測装置（0.0002Hz ～ 300Hz）とAMT観測装置（1Hz ～ 10kHz）を用いた野外試験並行観測を行った（図4、P56)。従来では、図4(P56)に示すように、磁場センサー、データロガーとも、それぞれの帯域に応じて、別のものが用いられていた。その結果、図5(P56)に示すように、本比抵抗探査装置によってAMT帯域において相関の高い電磁場データが取得できることが確かめられ、MT帯域においても現有の装置と相関の高い電磁場データを取得できることが確かめられた。
2）機構解明データサーバー
a）システム設計要件
機構解明データセンターでは、ひずみ集中帯機構解明のために各研究グループが取得する地震・地殻変動・地球電磁気データを集約管理し、そのデータを公開する。データセンターに設置するサーバ装置等の設計のため、データセンターに集約するデータの種類と本プロジェクト期間内に見込まれるデータ量について、各研究グループにアンケート調査を行った。その結果を表1(P54)に示す。アンケート結果から、データを保存するために作業用の領域も含め実効容量が約20TBのディスクアレイ装置を備えたデータ蓄積サーバとデータを公開するためのデータ公開サーバが必要となることがわかった。これをもとに、後述するようにシステムの基本仕様を定めた。データセンターに設置する機構解明データサーバー装置は、大容量のディスクアレイ装置を接続したファイルサーバ装置（データ蓄積装置）と公開用サーバ装置（データ公開装置）から構成した（図6、P57)。ディスクアレイ装置とファイルサーバ装置はファイバーチャネルで接続し、ファイルサーバ装置と公開用サーバ装置は専用のLANで接続しているので、高速なデータ転送が可能となっている。また、これらの装置は商用電源に接続しているため、不意の停電に備え無停電電源装置とそれに連動する自動運転停止装置も整備した。さらに、ディスクアレイ装置だけでなく各サーバのシステムディスクや電源部も元長化し、耐障害性能を高めた。整備された機構解明データサーバー装置の外観を、図7(P58)に示す。ファイルサーバ装置及び公開用サーバ装置の基本ソフトウェア（OS）として、64bit版RedHat  Linuxを採用した。また、公開用サーバ装置で使用するWEBサーバプログラムとしては、apacheを採用した。いずれも東京大学地震研究所での採用実績は豊富であり、サーバ類の運用管理が容易となることが期待される。これらの条件を満たすように整備した機構解明データサーバーの主要諸元は、以下の通りである。
i）ファイルサーバ装置
日本コンピューティングシステム社製 VC85420E-1UXECR ・CPU  Xeon E5420 2.50GHz 2個•メモリ4GB ・CD/DVD       スリムDVD-ROM標準搭載・HDD SATA 250GB　 2個• RAIDカード areca ARC-1212-SAS 4port • LAN  Gigabit Ethernet 2ポート onboard ・電源 650Wリダンダント電源• OS    RedHat Enterprise Linux ES4 x64
ii ）ディスクアレイ装置
日本コンピューティングシステム社製 VCRVAX100024SATA-FC4U ・HDD SATA    SATA 1TB 24個・キャッシュ   2GB • Host I/F Dual 4Gb/s Fiber Channel ・電源　920Wリダンダント電源(460W 3ユニット)
iii ）公開用サーバ装置
日本コンピューティングシステム社製VC83330-2UXEAH-BR ・CPU  Xeon X333  2.66GHz ・メモリ     1GB ・HDD SATA 250GB 2個• LAN  Gigabit Ethernet 2ポート onboard ・電源 700W専用リダンダント電源• OS    RedHat Enterprise Linux ES4 x64 ・WEBサーバソフトウェア　apache
3）比抵抗構造探査測線の検討
本調査観測・研究の目的は、東北日本の日本海側に広がるひずみ集中帯とその周辺域での地殻活動と、特に地下間隙流体に箸目した構造不均一性との関連を明らかにすることにある。ひずみ集中帯は南北に非常に長いため、全ての地域に対して比抵抗構造探査を実施することは非常に困難であることと、MT法による比抵抗構造探査が自然電磁場変動をソースとして用いるため、精度の高い構造を得るためには、直流電車が走っている地域を避ける必要があるため、特に山形県、新潟県北部を中心とした地域で重点的に調査観測を実施することとした。平成20年度と21年度で庄内平野東緑断層と鳥海山を含む山形県北部、秋田県南部地域を東西に切る数本の測線でMT法観測を実施し、平成22年度からの3年間で、新潟県北部、山形県南部、福島県北部を東西に切る数本の測線でMT法観測を実施することとした。得られた構造を解釈して物性情報を引き出すためには、地震波速度構造や減衰構造などとの比較対照が不可欠である。前者の地域は研究項目（１－６）で詳細な地震波速度構造が決定される予定である一方、後者の地域は平成 21 年度に長距離の海陸統合地殻構造探査（２－１、２－２）が予定されている。それらの地震学的構造情報と比抵抗構造情報を総合的に解釈して地下構造不均質の実体の解明を目指し、ひずみ集中帯の成因や地殻活動発現メカニズムの解明を図る。
4）データ管理・公開手法の検討
機構解明データセンターに集約するデータの種類と本プロジェクト期間内に見込まれるデータ量についてのアンケート調査結果を基に、データの収集方法・格納方法について検討をおこなった。基本的には、図 6(P57)に示すように、( 1 )各研究機関から取得したデータを可搬型のハードディスク装置等によりデータセンターに宅配便等で送付し、（2 )そのデータをデータ蓄積装置に保管し、(３)データ公開装置でWEBを用いて公開することとした。また、データの管理を容易にするため、ディスクアレイ装置を3つの領域に分割し、それぞれ、（1）地震及び地殻変動の連続波形データ、（2）地震のイベント波形データや検測値データ、震源データ、（３）電磁気データを格納することとした。
(c)結論ならびに今後の課題
ひずみ集中帯における比抵抗構造探査装置として、広帯域電磁場計測データロガー及びインダクションコイル磁場センサーを整備した。さらに、比抵抗構造探査測線の検討を行なった。今後、最終的な観測点を決定していく際には、それぞれの観測地点の環境などを十分に考慮する必要がある。なお、今回整備された機動的比抵抗構造探査装置は、本調査観測・研究が終了した以降は、大地震後の臨時観測等、様々な比抵抗構造探査観測に利用することを前提としている。そのための機器管理体制、つまり、緊急で機器を利用するために必要な、日常的な機器の維持、故障修理、更新等を遂行する体制を整備することが必要となるであろう。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ーを整備し、その管理・公開手法の検討を行った。平成20年度以降は、各研究グループにより行われる観測により大量のデータ収集が見込まれるので、機構解明データセンターの効率的な運用が必要となろう。
(d)引用文献
1) Uyeshima, M., Ogawa, Y., Honkura, Y., Koyama, S., Ujihara, N., Mogi, T., Yamaya, Y., Harada, M., Yamaguchi, S., Shiozaki, I., Noguchi, T., Kuwaba, Y., Tanaka, Y., Mochido, Y., Manabe, N., Nishihara, M., Saka, M. and Serizawa, M., Resistivity imaging across the source region of the 2004 Mid-Niigata Prefecture earthquake (M6.8), central Japan, Earth Planet Space, 57, 441-446, 2005. 2）上嶋誠・小川康雄・中越地震震源域電気伝導度構造研究グループ，2004年新潟県中越地震震源域における比抵抗構造イメージング，月刊地球，号外53, 70-74, 2006.
（e）学会等発表実績
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２１年度業務計画案
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、比抵抗断面を推定する。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・収集をおこない、データベースを構築する。さらに、2008年秋頃を目処にデータセンターを開設し、得られたデータを逐次公開する。
機構解明データセンター 概要図図6  機構解明データセンター概要図