3.2.2 精密な重力観測に基づく研究

(a) スロースリップに関わる重力・地磁気観測

沖縄県石垣島の半年に一度発生するスロースリップの発生域において,2011年秋から絶対重力計,2013年から超伝導重力計を設置し,重力観測を実施している(絶対重力観測は現在休止中).この観測の目的は,高圧流体がスロースリップの発生メカニズムにどのように関わっているか解明することである.これまでにスロースリップイベント中の重力変化を捉えることに成功し,地下水等のノイズを補正する手法の開発を進めている.流体の移動を独立した物理量の観測により裏付けるため,石垣島,西表島の2か所で地磁気連続観測も継続している.

また,長期的スロースリップが繰り返し発生している東海,豊後水道,日向灘における重力観測を年1回程度,実施している.東海では2013年より始まったスロースリップが継続しており,スロースリップ中の重力データを蓄積しつつある.

(b) 超伝導重力計による精密重力観測

長野県松代において,超伝導重力計を用いた重力連続観測を行っている.重力計の記録から,2011年3月11日の東北地方太平洋沖地震のあと,年間およそ10マイクロガルという大きなレートで重力が減少を続けていることが明らかになった.この観測点は,地震の震源域からは400km以上離れており,GEONETによるGNSSデータから推定される上下変動は比較的小さいにもかかわらず,このように大きな重力変化が見られるのは,地震のあと継続しているアフタースリップあるいは粘弾性緩和による地下の密度変化をとらえていると考えられる.この現象を詳しく調べるため,より震源域に近い東北地方において新たに重力連続観測を実施するための準備を行っている.

重力観測の精度が上がるにつれ,観測点周辺の環境要因,とくに水文学的な影響が顕著に現れるようになる.降雨および積雪による影響をモデリングするための数値モデルを開発したほか,積雪質量のその場測定のためのPETボトルを使った簡易式積雪重量計を開発して日本海側各地において精度検証のための実験を行っている.

上述のように,超伝導重力計による観測は沖縄県石垣島においても行われている.この観測点では,大気・海洋・地下水が相互作用を及ぼしあい,重力に複雑な影響を及ぼしていることがわかってきた.それを効果的に補正するため,周辺地域において水文観測や重力サーベイを繰り返し実施している.また,この地点に特有のこととして,VLBIアンテナの動作による地面振動が重力計にノイズを発生させるという問題があるが,逆にそれを解析することで,超伝導重力計における磁気浮上の特性を明らかにするという研究も進めている.

(c) 海洋プレートの沈み込みや巨大地震によって生じる重力変動の観測研究

絶対重力計FG5 を用いて,プレートの沈み込みによって日本列島に生じる10 年スケールの中長期的重力変化の研究に取り組んできた.測定は北海道(厚岸,えりも,有珠山) ,東北(女川,仙台,水沢,八戸,由利本荘) ,東海(御前崎,菊川,豊橋) ,四国(室戸・足摺岬),九州(宮崎) の各地で年約1回の頻度で繰り返されてきた.東日本では2011年東北地方太平洋沖地震の余効変動に伴う重力変化を,西日本ではスロースリップに関連する重力変化を捉えつつある.東日本ではFG5の観測点を基準として,周辺約50点で相対重力測定を実施している.重力の余効変動として,東北南東部では3年間で30~60マイクロガルの重力減少が見られるのに対し,東北北部(青森,岩手北部,秋田)では,重力増加が認められる.アフタースリップや,粘弾性緩和の効果が表れているものと考えられ,今後,地殻変動データと総合した解析を行う予定である.また,御前崎については,国土地理院との共同研究として1997 年以来毎年2-4 回程度の観測を繰り返しているが,既存の知見からは説明できない長期的なトレンドに加え,2001年と2013年頃から生じた長期的スロースリップの時期に重力が減少することが発見された.この変化には地殻流体が関係している可能性があり,スロースリップのプロセスを解明する上で貴重なデータになる.