(1)課題番号：0503
(2)実施機関名：東北大学大学院理学研究科
(3)課題名：ＧＰＳ−音響結合式測地測量のための試験観測
(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成13年度までの成果
(4-1) 「地震予知のための新たな観測研究計画の推進について」（以下、建議）の項目：
3．(2) 観測技術
(4-2) 関連する「建議」の項目(建議のカタカナの項目まで)：
３（２）イ
(4-3) 「５ヶ年計画の研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：
非地震性すべりの時空間パターンを理解するためには，海底における測地観測を実現し海陸にまたがる観測網を構築しなくてはならない．地震観測などの結果は、三陸沖では巨視的なカップリングは比較的小さいと考えられているのに対して，最近の陸上GPSのデータ解析の結果は100%近いカップリングを示し，相矛盾する結果となっている。このような問題を解決するためには海域での測地観測が最も有効であり、実用レベルの観測装置も完成しつつある。三陸沖における実海域試験観測を可能な限り推進し、ハードと解析ソフトを充実させていき、最終的には実用的な観測精度（数cm/年の相対変位速度の検出）を実現することが本研究の目標である．
平成１３年度はこの目標に向けた大きな進展があった。地震予知の「現場」である三陸沖において、海溝の海側と陸側において、海底精密測位の試験観測を実施することができた。水深5500mの深海底においても、十分なS／N比で音響測距ができることが確認され、また350kmの長基線におけるキネマティックGPS測位において、１cm程度の分解能で海上の測位ができることが確認できた。最終的な目標達成に必要とされる基本的な要素技術ができたことが確認された訳である。今後は、音響測位に対する海洋変動の影響や、キネマティックGPS測位に対する大気遅延の影響などの問題を、ハードとソフトの面でつめて行く必要がある。
(5) 平成1３年度実施計画の概要
(5-1) 「平成12年度全体計画骨子の補足説明 ３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施するのか：
(2) プレート境界におけるカップリングの時空間変化
(2)-2．テストフィールド
(2)-2-1．三陸沖
(5-2) 「平成1２年度項目別実施計画」のどの項目を実施したのか：
7．「観測技術開発」研究計画
(1) 海底諸観測技術の推進
(5-3) 平成1３年度に実施された研究の概要：
平成１３年度は，「海半球ネットワーク」で開発した観測システムを用い，地震予知の「現場」である三陸沖において試験観測を実施した（図１）．７月に行われた海洋研究所淡青丸研究航海では、海溝海側の水深5500m海域に精密測距装置３台を設置し、仙台と三陸町の陸上固定局を基準局として海底測位実験を実施した。海底の測距装置を設置する際には，海底圧力計をともに設置し（約１日の潮汐観測後に回収）測距装置の精密な設置水深も計測した。海上の観測には１個の音響トランスジューサと３台のGPSアンテナおよび動揺観測装置を搭載したブイを使用した．ブイは観測船の側の海面に設置し，電源は船から供給した。１１月の岩手県水産技術センター岩手丸の航海では，海溝陸側斜面での測位観測を行った．観測地点は東京大学地震研究所の釜石沖光ケーブル式海底地震・津波観測システムの先端部分の近くで，３台の小型音響測距装置を設置した．この観測では，小型船舶でも海上観測が可能となるような小型のブイを開発して観測に使用した。海況がよくなかったので海底の装置の十分な位置決めはできなかったが、小型のブイを用いて目的とする測位観測を実施することができた。一方，長基線のキネマティックGPS測位のソフトの検証のために、仙台−東京間（約３１０km）における陸上試験観測も行い、十分な処理精度が得られることを確認した（図２）。
(5-4) 「平成1３年度の到達目標」に対する成果の概要：
海底測地観測を計画している三陸沖において，実際にGPS／音響海底精密測位の試験観測を実施し，ハードおよびソフトの性能評価を行うとともに，観測を遂行する上での問題点を明らかにすることができた。音響装置については、水深5500mの深海底においても十分なS／N比で音響測距ができることが確認された．300km以上沖合に受信機がある場合でも、1cm程度の分解能がキネマティックGPS測位で達成できることが確認できた（図３）。最終的な目標達成に必要とされる基本的な要素技術ができたことが確認された訳である。さらに，海底圧力計を海底測距装置と一緒に設置し、１回の測位観測終了後に、圧力計だけを回収する装置の信頼性も確認できた。測距装置に問題がある場合には、この設置回収装置により、圧力計だけでなく測距装置も回収することができる。しかし問題点もいくつか明らかになった。海溝海側に設置した音響測距装置３台のうち２台は正常に作動したが、１台は応答せず、圧力計とともに回収した。ブイの動揺観測用のリングレーザージャイロも、大きな消費電力と高温のために途中でダウンした。このため、以後の観測では小型の動揺観測装置を使用することとした。音響測位に対する海洋変動の影響や、キネマティックGPS測位に対する大気遅延の影響などに関するハードとソフトの開発は、今後の重要な課題である。
(5-5) 共同研究の有無：
７月の淡青丸航海において、東京大学地震研究所，東京大学海洋研究所，米国カリフォルニア大学スクリップス海洋研究所との共同研究を実施した。海域は三陸沖であり、５名が観測に参加し、他に数名が観測の準備に参加した．水路部との共同研究の下に、水路部の調査船の三陸沖航海に参加した。また岩手県からの研究協力を受けて、１１月下旬に行われた岩手県水産技術センターの岩手丸の航海において、釜石沖における海底測位観測を開始した。
(5-6) 平成１３年度の成果に関連の深いもので、平成１３年度に公表された成果：
Fujimoto, H., S. Miura, et al., GPS/Acoustic seafloor positioning for monitoring seismic coupling in the subduction zone off Sanriku: A progress report, Proc. International Symposium on Slip and Flow Processes in and below the Seismogenic Region, Sendai, Nov. 5-8, p. 58-1 to 58-5, 2001.
Fujimoto, H., S. Miura et al., Deployment of seafloor positioning system for the
monitoring of seismic coupling at the Japan Trench off Sanriku, Eos
Transactions, AGU, 82 (47), F283, 2001.
Fukao, Y., et al., The Ocean Hemisphere Network Project (OHP), Workshop Report of OHP/ION Joint Symposium on Long-term Observations in the Oceans, B. Romanowicz, K. Suyehiro, and H. Kawakatsu (eds.), 13-29, 2001.
Hino, R., M. Nishino, and H. Fujimoto, Seismic structure and interplate seismicity of the Japan Trench subduction zone by ocean bottom seismographic studies, Tohoku Geophys. J., 36 (2), 257-259, 2001.
藤本博巳・金沢敏彦・小泉金一郎・長田幸仁・三浦哲、海底地殻変動観測システムと音響測距，月刊地球, 23, 27-32, 2001.
Fujimoto, H., and T. Kanazawa, Geodetic measurement
system, OHP/ION Joint Symposium, Yamanashi, Japan, Jan. 21-27, 2001.
(6) この課題の実施担当連絡者（氏名，電話，FAX, e-mail）
氏名：藤本博巳
Tel：022-225-1950
Fax：022-264-3292，
e-mail： fujimoto@aob.geophys.tohoku.ac.jp
図の説明
図１． 平成13年度にＧＰＳ−音響結合式測地測量の試験観測を実施した海域．赤丸が試験観測を行った観測点（海溝海側，陸側の２点）．□，■は釜石沖光ケーブル式海底地震・津波観測システム，＋はODPによって設置された海底孔内内観測所の位置．
図２． 310km基線におけるGPSキネマティック解析の結果．東北大学地震噴火予知研究観測センター(AOB)を基準点として計算された東大地震研究所屋上の固定観測点BUO1におけるエポック毎の座標値の変化(上から東西，南北，高さの各成分)を示す．観測時間は2001年6月14日00:00から23:59まで．
図３． 海上ブイ上に固定した三つのGPSアンテナで構成される3基線の長さ(約200cm)の時間変化．各アンテナで得られたデータを独立にキネマティック解析(基準点は東北大観測点AOB)した結果を用いている．観測は2001年7月の東大海洋研・淡青丸の研究航海で行われた．
