(1) 災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究計画による海底観測

(1-1) 平成23年（2011年）東北地方太平洋沖地震震源域の海底モニタリング観測

宮城県沖の地震時の滑りが大きかった東北地方太平洋沖地震（東北沖地震）震源域本震付近における長期の地震モニタリング観測は，プレート間固着の変化などを把握するために重要である．そこで，2013 年9 月に，東京大学大気海洋研究所研究船白鳳丸により，30 台の長期観測型海底地震計を展開し，モニタリング観測を2014年10月まで実施した．また，2014年10月からは，科学研究費補助金（特別推進研究）「深海調査で迫るプレート境界浅部すべりの謎～その過去・現在」と連携して，広帯域海底地震計を含む5台の小スパンアレイを3点に構築し，全18点で海底地震観測を実施中である．なお，この観測研究は，北海道大学，東北大学，鹿児島大学，千葉大学との共同研究である．

(1-2) 宮城県沖における構造探査実験

東北沖地震震源域北限付近である北緯39 度付近の日本海溝陸側斜面下では，東北沖地震発生前には，微小地震活動度の高い領域と低い領域があることが知られており，1996 年と2001 年に，海底地震計とエアガンを用いた構造探査実験が行われている．その結果，微小地震活動が活発な領域では，プレート境界からの地震波反射強度が弱く，非活発な領域では反射強度が強いという結果が得られている．東北沖地震の発生を受けて，プレート境界の特性変化を抽出する目的で，2013 年に，以前の構造探査実験と同一地点に海底地震計を設置し，同一測線において，エアガン発震を行った．さらに，2014 年には，さらに海側の領域において，同じく海底地震計とエアガンを用いる構造探査実験を行った．データは現在解析中であるが，東北沖地震前後において，ほぼ同じ記録断面を得ることができた．しかしながら，プレート境界からの反射波の振幅については，東北沖地震の前後において，差異が見られ，プレート境界の特性が変化している可能性がある．なお，この観測研究は，北海道大学，東北大学，鹿児島大学，千葉大学との共同研究である．

 (1-3) 房総半島南部における長期海底地殻変動観測

房総沖スロースリップ領域において，2014年は，海底精密水圧計の設置・回収と位置決定を行うともに，2013 年4 月に設置したセンサー埋設型広帯域地震・傾斜計（BBOBST-NX）の回収を行った．海底精密水圧計の設置・回収では，1 台の回収を試みるとともに，観測網を拡大するために，追加の1 台を設置した．位置決定は，2014年に設置した1 台と2013年に設置した2 台について実施した．回収を試みた海底水圧計1 台については，回収が難しいことが判明し，別途方策を図ることとした．2015年3月現在4台の海底精密水圧計によるモニタリング観測を継続している．BBOBST-NXによる傾斜観測では，観測中の2014 年1 月にスロースリップが発生し，スロースリップに伴うと思われる変動が記録されている．なお，この観測研究は，千葉大学との共同研究である．

 (1-4) 南西諸島海溝北部における長期海底地震観測

南西諸島海溝域では，島嶼が海溝軸から100～200 km 離れた島弧軸に沿って直線状に配列するのみであり，プレート境界付近の微小地震活動等の時間空間的変化の詳細な把握が難しい．そこで，海域に長期観測型海底地震計を設置して，プレート境界3 次元形状などを明らかにするとともに，活発な活動が確認されている短期的スロースリップイベントや超長周期地震の詳細を明らかにする．3 台の長期観測型海底地震計を，トカラ列島東方海域において，2014年7 月4 -5 日に設置して，観測を開始した．なおこの観測研究は，鹿児島大学，長崎大学との共同研究である．

(2) 平成23年（2011年）東北地方太平洋沖地震余震の海底観測

本震発生時には，震源域の一部に，50 台程度の海底地震計が設置されており，本震発生後4 日目から，海底地震計を追加設置し，120 点を超える海底地震観測網を構築した．ほぼ1か月後に，一部の海底地震計を回収再設置し，新たな観測点を設けた．6月からは，高密度な観測網を，宮城県沖と，茨城県沖・千葉県沖に構築して，9 月まで観測を行った．さらに，9月から2012年10月までは，40台の長期観測型海底地震計を震源域全域にわたって展開し，長期観測を実施した．特に，2012年4月から11月までは，震源域南部は高密度な観測とした2012年8月から2013年11月までは，福島県沖及び宮城県南部沖で40台の長期観測型海底地震計を用いた長期観測を実施した．2014年10月からは，地震火山噴火予知観測研究計画および災害軽減観測研究計画による海底観測を実施中である．海底地震計データにより，余震の震源決定を行った．気象庁が震源決定を行っている地震のうち，2011 年3 月12 日から9月3 日までの期間で，1210 個再決定した．深さ方向の誤差は3 km 以下，水平方向の誤差は5 km 以内である．また，海底地震計観測網で再決定された余震と，気象庁の震源位置の差異は，深さ方向で大きく，海底地震計で震源決定した震源が浅くなった．この傾向は，茨城沖で顕著である．本震時に大きな滑りが推定されている本震震源付近では，本震直後から余震活動が低調である．また，福島県沖から千葉県房総半島沖の震源域南部では，太平洋プレートに，フィリピン海プレートが接触していることが推定され，この領域では余震が少ないことから，本震時の破壊がこの付近で停止したことが示唆される．さらに長期にわたる海底地震モニタリング観測からは，微小地震活動の時空間変化が示唆されている．

(3) 文部科学省委託事業による海底地震調査観測研究

(3-1) 宮城県沖地震における重点的調査観測

プレート境界型大地震が過去繰り返し発生している宮城県沖において，長期観測型海底地震計を用いた繰り返し観測を2005年から5年間実施した．この観測では，同一の観測点配置による観測を長期間継続して実施することにより，データの蓄積を図るとともに，地震活動の時間変化を検出することを目的とした．この観測による震源分布と他の研究で求められている構造を比較すると，微小地震はほぼプレート境界に沿って発生しているが，深さ30 km程度の太平洋プレートの折れ曲がり点よりも深いプレート境界で，地震活動がより活発であることがわかった．また，これらの長期間のデータにより，地震活動の時間的推移が明らかになった．

(3-2) 東南海・南海地震等海溝型地震に関する調査観測

南海・東南海地震の想定震源域において，長期観測型海底地震計を設置し，震源域及びその周辺の地震活動を把握するために，2003年から５年にわたる観測を実施した．震源と３次元速度構造を同時に求めることにより，紀伊水道から紀伊半島沖にかけて，３つのセグメントに分類できることがわかった．一方，千島海溝南部から日本海溝にかけての海溝型地震発生域においても，正確な地震活動を把握する観測を実施した．対象域を5つの領域にわけ，それぞれ1年間の連続観測を行い，2004年から5年かけて，すべての領域の地震観測を行った．正確な震源分布から，太平洋プレートの形状が精度よく求まったほか，過去の大地震の震源域と地震活動・プレート形状の関係が明らかになった．この調査観測の成果は，東北沖地震発生前の震源全域にわたる定常的な地震活動を把握しており，重要なデータとなっている．

 

(3-3) 海洋資源の利用促進に向けた基盤ツール開発プログラム

海中移動体（無人有索探査機，自律航行型探査機）に搭載し，0.1 mgal程度の重力異常が計測できる移動体搭載型重力計システムの開発を，2009年より開始した．このシステムでは，重力センサーが，鉛直保持をする姿勢制御装置に搭載されている．2011年に，移動体搭載型重力計システムが完成し，陸上試験を経て，2012年9月6日から9日にかけて，海洋研究開発機構深海潜水調査船支援母船「よこすか」YK12-14次航海において，開発した移動体搭載型重力計システムの深海巡航探査機「うらしま」による実海域実証試験を実施した．その結果，海中において，0.1 mgal以下の計測が可能であることが明らかとなった．

 

(3-4) 東海・東南海・ 南海地震の連動性評価研究

東海・東南海・南海地震の連動性評価に貢献するために，長期観測型海底地震計および高精度水圧計付広帯域海底地震計の稠密展開による自然地震，低周波地震・微動及び上下変動のモニタリングを2008年から5カ年実施した．観測域は，東南海地震と南海地震の境界域である紀伊半島沖から紀伊水道のトラフよりの海域である．得られたデータには，通常の地震とは異なる低周波まで周波数成分をもつイベントが多数記録されており，低周波イベントの特徴が明らかとなった．また，高精度水圧計には，東北沖地震により発生した地震動や津波による圧力変化が記録されていた．

 

(3-5) ひずみ集中帯の重点的調査観測・研究

近年「ひずみ集中帯」と呼ばれる日本海東縁部の褶曲－断層帯において，活構造の全体像を明らかにするために，海域におけて自然地震観測を2008年から5年間で実施した．当初の1年間は，中越沖において，自己浮上式長期海底地震計による観測を実施し，地震活動が，上部地殻内に集中していること，応力場が東西圧縮であることを明らかにした．2010年には，新潟県粟島南方海域に，新規開発したケーブル式海底地震観測システムを設置し，自然地震の観測を開始した．このケーブルは，TCP/IPによるデータ伝送・制御が特徴である．観測は現在も実施中であるが，粟島付近の微小地震が深さ5-20 kmの範囲で発生していることが明らかになっている．

 

(3-6) 東北地方太平洋沖で発生する地震・津波の調査観測

2011年3月11日に発生した東北沖地震はこれまでに日本国内で観測された最大の地震であり，余震活動も活発である．日本海溝・千島海溝周辺域での地震発生可能性の評価，津波の高精度予測など海溝型地震の長期評価の高度化に貢献するために，長期型海底地震計および水圧計付広帯域海底地震計の稠密展開による自然地震，低周波地震・微動及び上下変動のモニタリングを，2011年度から3カ年で実施した．2012年4月に，自己浮上式海底地震計を，房総半島沖から茨城県沖に設置し，約半年間の観測を行った．その結果，余震発生の時間変化が明らかとなった．2012年秋からは，茨城県沖から，福島県沖，宮城県沖南部において，1年間の長期観測を行った．得られた震源分布から，茨城・房総半島沖の領域では，海溝軸付近や海溝軸外側の浅部で地震が発生していること，宮城県沖の海溝軸周辺では地震活動が見られることが明らかとなった．また，茨城県沖では，東北地方太平洋沖地震以前はプレート境界付近での地震活動はあまりなかったが，地震後はプレート境界付近で地震活動が見られるようになった．房総半島銚子沖では，東北地方太平洋沖地震直後は地震活動が活発であったが，本研究の解析期間では地震活動度が低くなったこと，福島県沖では本震直後から本研究期間を通して地震活動度が低いことなど，活動度の時間的な変化が示唆されている．

 

(3-7) 海洋鉱物資源広域探査システム開発

2009年から開始した移動体搭載型重力計システムについては，2012年の試験測定結果を受けて，2014年8月には，実際に鉱床の存在が推定されている中部沖縄トラフ伊是名海穴ハクレイサイトにて，海洋研究開発機構深海潜水調査船支援母船「よこすか」YK14-14次航海において，深海巡航探査機「うらしま」による実証試験観測を実施した．2014年の重力測定実施にあたっては，引き続き「うらしま」の各種機能の改良・開発を実施するとともに，重力計システムに関しても，小型化を実施した．その結果，重力計システムは，「うらしま」の前方ペイロードスペースのみで搭載可能となった．実証試験観測にあたり，ハイレイサイトを覆うように，南北方向に長さ約2 kmで100 m間隔の測線8本，東西方向に長さ約1.2 kmの測線，および補助的な測線2本の計11本の測線を設定した．また，ほとんどの測線では，「うらしま」の深度が一定である定深度航行による測定を計画したが，一部では，海底からの高度が一定となる定高度航行による測定も計画した．2014年8月5日に行われた実証試験観測では，日本時間午前7時30分に着水し，海底付近に到達した午前9時頃から試験観測を開始した．その後午後5時までの約8時間の潜航観測を行った．データの精度を確認するために，いくつかの測線では，2回以上の計測を行ったために，計測した測線は総計15本となった．約8時間の潜航期間中のすべてに渡って，海中重力計，重力偏差計ともに，連続したデータを取得することに成功した．現在，データ処理を実施中であるが，良好な結果が得られている．

(3-8) 南海トラフ広域地震防災研究プロジェクト

東北沖地震の発生を受けて，南海トラフで発生する巨大地震についても，最大規模の地震を想定する必要性があり，地震発生の連動の範囲や地震や津波の時空間的な広がりを見積もる必要がある．そのために，南海トラフから南西諸島海溝にかけて，広帯域海底地震観測を2013年から8カ年の予定で実施する．得られたデータよりトラフ付近の低周波イベントの解明と地震活動の詳細な把握を行うことが目的である．また，さらに，これあの結果から，プレート境界のすべり特性を解明する．これらの成果は，巨大地震発生域の高精度推定に寄与することが期待される．2014年3月に豊後水道及び宮崎県沖において，広帯域海底地震計3台，長期観測型海底地震計7台の計10台による海底モニタリング観測を開始した．これらの海底地震計は，2015年1月に全台回収された．また，同時に，観測を継続するために，広帯域海底地震計3台，長期観測型海底地震計10台を設置し，繰り返し観測を実施している．観測中の2014年6月には，宮崎県沖で，低周波微動活動が発生し，回収されたデータには，低周波微動および超低周波地震と思われる波形が記録されている．現在データの解析中である．

 

(3-9) 日本海地震・津波調査プロジェクト

日本海沿岸地域において，津波・地震対策の基礎として，津波波高・強震動予測を実施する必要がある．そのため，2013年から開始された8ヶ年のプロジェクトにより構造調査などの調査観測が実施されている．その一環として，日本海下の深部構造を求め，モデリングに貢献するために，広帯域海底地震計及び長期観測型海底地震計を用いた，地震モニタリング観測を2013年から開始した．とくに，日本海下で発生する深発地震，世界各地で発生する遠地地震を観測する．そのため，観測期間を長く取る必要があり，同一地点に設置・回収を行う繰り返し観測を実施している．2013年10月に日本海大和海盆に設置した広帯域地震計3台と，長期観測型3台，2014年8月に回収し，ほぼ同一地点に再設置した．得られたデータは解析中であるが，多数の深発地震，遠地地震が記録されている．

(4) 海底地震地殻変動観測システム開発

(4-1) 三陸沖光ケーブル海底地震・津波観測既設システムの復旧

岩手県釜石市沖の三陸沖光ケーブル式海底地震・津波観測システムは，1996年に設置され，連続したリアルタイム観測が実施されてきた．このシステムは，2011年東北沖地震の震源域付近直上に位置し，本震の地震動および津波を観測し，そのデータは，東北地震の正確な震源域の位置および震源過程の推定に大きな貢献を果たした．しかし，本震の約30分後に海岸に到達した津波により，陸上局が流失し，観測継続が不可能となった．東北沖地震後に，海底からのケーブル末端が，津波で流失した陸上局跡地付近で確認され，その後の調査により，海底部が正常に稼働する可能性が高いことが判明した．そこで，陸上局設備と陸上局舎を再建し，既存ケーブルシステムの稼働を試みることとした．陸上局舎の再建にあたっては，適切な代替地が見つからないことから，東北地震で発生した津波と同規模以上の津波でも流失しない鉄筋コンクリート製の平屋建てとした．一方，陸上局設備は，現在の技術を適用して，できるだけ小型でシンプルなシステムとした．光ファイバーを用いて，海底から送信されてくるデータをイーサネットパケットに変換する受信器を観測点分用意し，変換されたデータをワークステーション1台に集結して，津波計では加算処理，地震計ではデジメーション処理を行い，WINパケットとして，流通網に送信する．また，基準クロックは陸上局のGPS受信器により生成される．海底部への給電には，近年信頼性が向上した汎用の電源装置を用いている．陸上局舎は，2013年5月に着工し，同年12月に竣工した．2014年3月から，陸上局設備の設置を開始し，同年4月に海底部からのデータ取得を確認した．その後2ヶ月ほどの試験観測により，システムの評価を行い，現在は連続観測を行っている．

 

(4-2) ICTを用いた光ケーブル式海底地震・津波観測システムの開発

これまでの光ケーブル海底地震・津波観測システムは，海底通信技術を用いた高信頼性システムであるが，コスト面や運用面での欠点がある．そのため，データ伝送とシステム制御にICTを用いたシステムを新たに開発し，その1号機を新潟県粟島近海に設置した．このシステムは，データ通信の冗長性を備え，より低コストで，小型・軽量であることが特徴である．2号機に関しては，既設の三陸沖光ケーブル海底地震・津波観測システムの更新システムとして，開発・製作されている．2号機は，地震計と津波計を装備した観測点を2点，地震計と拡張ポートを装備した観測点を1点設置し，全長は約110kmとなる予定である．拡張ポートは，PoE I/Fを用いており，設置後，無人潜水艇などにより，新たなセンサーを接続できる．現在，システムの構築を行っており，設置は，2015年を予定している．

 

(4-3) センサー埋設型海底地震・傾斜計の開発研究

地震研究所海半球観測研究センターにおいて開発された地震計センサーを海底下に埋設する地震観測システムを利用して，海底で傾斜を計測するシステムを，海半球観測研究センターと共同して，開発した．まず，陸上において，広帯域地震計の振り子位置により，地球潮汐を明瞭に記録することができることを確認した．その後，海底下センサー埋設観測システムを改良し，実際の海底における試験観測を，2012年に実施した．その結果，海底において傾斜変動観測の可能性を評価可能なデータが得られた．2013 年4 月に，房総沖において，長期観測を開始した．観測期間中である2014 年1 月に設置点を含む領域でスロースリップイベントが発生した．2014年4月に，無人潜水艇により回収され，スロースリップイベントに関係すると思われる傾斜変動を含めて，ほぼ1 年間の記録を取得することができた．

 

(4-4) 海底上下変動観測のための精密水圧計を搭載した広帯域海底地震計の開発

広範囲な周波数領域における変動を計測することを目的として，既存の広帯域海底地震計に高精度水圧計を付加する開発を実施し，2009年に，試作1号機を製作した．高精度圧力計は，周波数出力となっており，2012年には，周波数測定の基準に超小型原子時計(CSAC)をした高精度圧力計用データ記録器を開発し，周波数測定基準に由来する誤差はほぼなくしたことが特長である．開発した海底地震計は，東北沖地震海底余震観測などに利用し，規模の大きな余震に伴う海底の上下変動を記録することに成功した．この測器に関しては，ほぼ実用化に達しており，現在観測に用いられている．