(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

　2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震（以下東北沖地震）の発生時には，震源域の一部に，海底地震計が設置されており，本震発生直後から，海底地震計を追加設置し，余震観測を実施した．その結果，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り，地震活動の様式が変化したことがわかった．その後2011年9月からは，主に長期観測型海底地震計を用いて，震源域における海底モニタリング観測を実施している．

　地震時の滑りが大きかった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，長期観測型海底地震計を宮城県・岩手県沖に展開し，モニタリング観測を2014年10月まで実施した．さらに，2015年5月には，震源域最北部の青森県沖に，長期観測型海底地震計を設置して，海底地震観測を，2016年5月まで実施した．また，2014年10月から2016年10月まで，科学研究費助成事業（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小スパンアレイと長期観測型海底地震計による宮城県沖における海底モニタリング観測を実施した．2017年には，宮城県沖で観測を行っていた小スパンアレイ1組を回収した．2016年10月からは，同特別推進研究と連携して，小スパンアレイによる観測を福島沖において実施し，2018年に観測を終了した．福島県沖における観測では，新規開発した小型広帯域海底地震計を3台設置し，小スパンアレイと併せて，広域観測網も構築していることが特徴である．2019年7月には科学研究費助成事業（基盤研究S）と連携して，北海道えりも岬沖に，小型広帯域地震計1台と4台の長期観測型海底地震計計5台を用いた小スパンアレイを設置して，地殻活動のモニタリングを開始した．一方，長期観測型海底地震計による宮城県沖における海底モニタリング観測に関しては，長期にわたるモニタリングを目的として，引き続き観測を実施しており，2019年4月に海底地震計の回収及び設置を行った．なお，これらの観測研究は，北海道大学，東北大学，京都大学，鹿児島大学，千葉大学との共同研究である．

(1-2) 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．本観測研究は，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低周波地震の詳細を明らかにする．2019年4月に前年に投入した長期観測型海底地震計を回収するとともに，予め準備した長期観測型海底地震計8台をトカラ列島東方海域に設置し，新規観測網を構築して，観測を開始した．詳細な地震活動ならびに浅部低周波微動活動を明らかにすることが目的である．なお，この観測研究は，京大防災研，鹿児島大学，長崎大学との共同研究である．

(1-3) ニュージーランド北島ヒクランギ沈み込み帯における海底観測

　ニュージーランド北島ヒクランギ沈み込み帯では，平均しておよそ2 年の周期でスロースリップが発生しており，このうち6 年程度の周期で規模の大きなイベントが起こっている．そこで，スロースリップおよびそれに付随する地震活動を把握することを目的に，2014年5月から2015年6月にかけて，海底地震計と海底精密圧力計を用いた観測を実施した．観測期間中に陸上の測地観測網から比較的大規模なスロースリップイベントが発生したことが確認されていたが，イベント発生時に海底に設置されていた海底精密圧力計の記録から，そのプレート境界面におけるすべりが部分的に海溝軸近傍まで達していることが，世界で初めて確認された．また，このスロースリップイベントが終了する時期から，決まった領域で微動の発生が始まり，さらに2週間ほど連続している可能性が示唆された．一方，通常の沈み込む海洋性地殻内での地震活動における発震機構の時間変化とスロースリップイベントとの対応関係から，平常時には横ずれ型の地震が発生しているが，スロースリップ発生直前には横ずれ型から逆断層型まで，多様な地震が発生していることを明らかにした．このことは，海洋性地殻内における間隙水圧の上昇が起こっていることが示唆され，スロースリップ発生直前のプレート境界面での有効法線応力の減少によってスロースリップが発生した可能性を明らかにした．なお，この観測研究は，東北大学，京大防災研， UCSC（米国），LDEO（米国），University of Colorado at Boulder（米国）との共同研究である．2017年11月には，ヒクランギ沈み込み帯全域にわたる構造を調べるため，海底地震計を設置してエアガン発震を行い，良好な記録を得た．現在は取得されたデータの解析を行っており，地震波速度異方性も含めた地殻内構造の初期的結果を得た．なおこの調査研究は海洋研究開発機構，GNS Science（ニュージーランド），UTIG（米国），USC（米国），ICL（英国）との共同研究である．2019年10月には，1年前に設置した海底地震計5台を無事回収し，すべての海底地震計で良好なデータが記録されていることを確認した．

(1-4) 宮崎県沖日向灘における長期海底地震地殻変動観測

　宮崎県沖日向灘では，活発な低周波微動活動が確認されている．深部スロースリップからの類推として，低周波微動の発生に併せて浅部スロースリップが発生していると予想されている．そこで，その存在が予想される浅部スロースリップイベントの海底観測による直接検出を目的として同海域において，広帯域海底地震計，長期観測型海底地震計および海底精密水圧計による観測を，科学研究費助成事業（新学術領域研究）「スロー地震学」と連携して開始した．すべりの空間分布を推定するとともに，浅部微動や浅部超低周波地震の詳細な時空間発展や地球潮汐応答等の活動様式を明らかにし，これらの現象のスケーリングや相互関係性の評価を行うことなども目的である．2017年3月に広帯域海底地震水圧計2台，長期観測型海底水圧計7台，長期観測型海底地震計7台を日向灘に設置した．さらに，2018年3月に長期観測型海底地震計10台を用いて観測点間隔1 km程度の小スパンアレイを日向灘に設置した．2018年8月には日向灘における次期観測網の構築のために小型広帯域(20秒)海底地震計2台・長期観測型水圧計6台・長期観測型海底地震計2台の設置を行った．2019年1月に長期観測型海底地震計小スパンアレイとともに，2017年3月に設置した広帯域海底地震水圧計・長期観測型海底水圧計・長期観測型海底地震計を回収し，次期観測網構築のために長期観測型水圧計3台を設置した．2019年2月には，2017年3月に設置した長期観測型海底水圧計・長期観測型海底地震計を回収し，次期観測網構築のために，長期観測型海底水圧計1台を設置した．さらに，2019年4月には，2017年3月に設置した長期観測型海底水圧計・長期観測型海底地震計を回収して，観測網の入れ替えをほぼ完了した．なお，この観測研究は，京都大学との共同研究である．

(1-5) 山形県沖の地震の海底余震観測

2019年6月18日に発生した山形県沖の地震(Mw6.4)について，震源域直上の海底において係留ブイ方式海底地震計による観測を実施した．観測期間は7月5日から13日までである．海底地震計による臨時観測点と震源域近傍の海岸付近に設置した臨時観測点を含む陸域観測点からのデータを併せて，精度のよい震源分布を求めた．震源域直上の海底は水深が100 mより浅く，水産に代表される社会活動が活発な海域である．また，水深が浅い場合には，観測測器が波浪の影響を受けやすい．そのため，簡便な係留ブイ方式による海底地震計を用いた観測を実施した．使用した海底地震計は、米国Geospace社のOcean Bottom Recorder (OBX-750）である．固有周波数15 Hzの 3成分速度型地震計(GS-ONE OMNI)とハイドロフォンを搭載している．

　海底地震計と近傍の陸上観測点のデータから，P波およびS波の到着時刻を読み取り，一次元構造を用いた震源決定を行った．一次元構造は，近傍で行われた海域構造探査の結果を元とした．また，海底地震計については，変換波を読み取り観測点補正値決定に用いた．その結果，求まった余震は深さおおよそ3 kmから12 kmに分布する．また，全体として南東傾斜の面を形成し，その傾斜角度は40度程度となり，発震機構解と調和的である．

(1-6) 東北日本弧横断構造探査実験

　日本列島の形成や海溝型地震の影響を考える上で，深部構造を精度よく求めることが必要であり，日本海溝外側から日本海までの領域について、リソスフェアとアセノスフェアの詳細な構造を求めることは重要である．日本海における地殻構造の不均質や日本海東縁の歪み集中帯の形成，2011年に発生した東北地方太平洋沖地震が長期に与える影響などを考える上で，有益な情報である．そのために，日本海から日本列島を横切り日本海溝に至る測線を設定し，測線上に長期観測型海底地震計を設置して，実体波トモグラフィー・レシーバー関数解析・表面波解析などから深部までの構造を求める．さらに，この測線上で大容量エアガンを用いて構造探査実験を行い，深部構造と上記の解析に必要な詳細な浅部構造の情報を得る．2019年8月に，この計画の一環として，宮城県沖に測線を設定し，長期観測型海底地震計5台を設置し，長期観測を開始した．さらに，設置した長期観測型海底地震計，別計画で設置された日本列島上の高密度臨時地震観測点と日本海に設置された海底地震計に向けて，エアガン発震を行った．エアガンによる構造探査実験の記録については，現在解析中であるが，良好な記録が得られている．

(2) 文部科学省委託事業による海底地震調査観測研究

(2-1) 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行っている．今年度は，2018年度に日本海盆に設置された海底地震計を回収し，本プロジェクトで予定する海域の地震モニタリングをすべて終えた．プロジェクト全体を通して得られた地震波形記録は，大和海盆で3年分，日本海盆で2年分となった．これらのデータを用いて，海洋プレートの構造を求めるための解析を進めている．

(2-2) 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年から実施している．得られたデータよりトラフ付近のスロー地震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．2019年9月には，2018年10月に種子島東方沖に設置した長期観測型海底地震計を回収し，本観測計画での観測を終了した．今回回収した海底地震には，小型広帯域海底地震計が含まれている．なお，この観測研究は，京都大学防災研究所，海洋研究開発機構と連携して行っている．

(3)共同研究による海底観測研究

(3-1) 南西諸島における広帯域地震計による低周波地震・微動モニタリング研究

　南西諸島域では，島弧全体にわたって，浅部プレート境界において，低周波微動，超低周波地震，短期的スロースリップの活動が活発であることがわかってきた．これらの低周波イベントは，プレートのカップリングと密接に関連していると考えられている．そこで，低周波イベント活動および微小地震を含む地震活動の正確な把握を目的として，南西諸島海溝域における海底地震観測を2015年から開始した．南西諸島域の大部分は海域となっており，常設の地震観測点が少ないために，海底観測点を追加することにより，効果的な地震観測網を構築できる．観測域には，島嶼観測網からスロースリップや低周波イベントの発生が推定されている南西諸島海溝中部から北部とした．2015年1月から2016年8月まで，広帯域海底地震計・長期観測型海底地震計を設置して，南西諸島海溝中部において，観測を開始した．本観測では，一部の海底地震計に，固有周期20秒の地震計を用いていることが特徴である．また，全体の活動を把握するために，広域の地震観測網を構築した．2016年8月からは微動活動が活発な奄美大島東方海域に，観測点間隔30 km程度の観測網を新たに構築し，観測を開始した．2017年は8月に前年に設置した海底地震計を回収し，同一領域で，観測網をやや北東に拡張して，海底地震計を設置した．2017年8月に設置した海底地震計は，2019年4月に回収した．一方，2019年2月には，観測を継続するために，小型広帯域海底地震計11台を設置した．これまでに回収されたデータには，低周波微動と超低周波地震活動が記録されている．なお，本研究は，公益財団法人地震予知総合研究振興会，京都大学防災研究所との共同研究である．

(3-2) メキシコ太平洋沿岸部ゲレロギャップにおける長期海底地震・圧力観測

　メキシコ太平洋沿岸部は，ココスプレートが北米プレートに沈み込んでおり，プレート境界型巨大地震が発生する．しかし，ゲレロ州の沖合（ゲレロギャップ）は，近年大きな地震の発生が見られない一方，スロースリップが4年程度の間隔で繰り返して発生していることが知られている．プレート間歪みをスロースリップのみで解消しているわけではなく，将来巨大地震発生の可能性があると考えられている．そこで，ゲレロギャップ下のプレート間固着を明らかにすることを目的として，同領域において海底地震地殻変動観測網を構築した．2017年11月に，長期観測型海底地震計および長期観測型海底圧力計を，メキシコ国立自治大学（UNAM）所属研究船El Pumaを用いて設置した．観測領域は，海溝沿いに約120 km，直行方向に約50 kmである．2018年は11月に同じく研究船El Pumaを用いて，前年に設置した長期観測型海底地震計および長期観測型海底圧力計を回収し，新たに長期観測型海底地震計を設置して，観測を継続した．2019年11月には同研究船により前年に設置した長期観測型海底地震計を回収し，新たに長期観測型海底地震計を設置して観測を継続した．また，2018年に回収されたデータを用いて，震源決定を行った．なお，本研究は，平成28年度から開始された国際科学技術共同研究推進事業，地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）「メキシコ沿岸部の巨大地震・津波災害の軽減に向けた総合的研究」の一環として，京都大学，東北大学，UNAM(メキシコ)との共同研究として行われた．

(3-3) 沖縄トラフ北部における長期海底地震観測

　沖縄トラフと別府島原地溝帯の延長部が交わる男女海盆では2015年11月に発生した薩摩西方沖地震（M7.1）後に地震活動が活発化しているが、陸上の定常観測点データのみでは精度の高い震源分布を明らかにすることは難しい．そこで男女海盆において海底地震計を用いた観測を実施し，得られた観測データを用いた地震活動解析から詳細な地震活動を明らかにすることを目的として，長期海底地震観測を開始した．得られた地震活動データから日本列島周辺では余り存在していない伸長場でのテクトニクスを考察する．2019年8月に，長期観測型海底地震計5台を沖縄北部最北部である男女海盆に設置して，観測を開始した．なお，この研究は，科学研究費助成事業（基盤研究B）の一環として，東京海洋大学，京都大学，鹿児島大学との共同研究である．，

(3-4) 南海トラフにおける高密度海底地震計アレイ観測

　西南日本沈み込み帯においては，室戸沖から熊野灘沖にかけて海底ケーブル地震観測網（DONET）が敷設されており，スロー地震の活動域と非活動域がトラフ軸に沿って明確に分かれていることが明らかとなっている．このスロー地震活動域/非活動域に対応する地下構造の要因を明らかにするため，ならびに，スロー地震の高精度な震源決定のため，当該海域に長期観測型海底地震計15台を高密度に設置した．設置した海底地震計は，およそ2年間の観測後，回収する計画である．本研究は京都大学，東北大学との共同研究である．

(4) 海底地震地殻変動観測システム開発およびデータ解析手法開発

(4-1) 三陸沖に設置したICTを用いた光ケーブル式海底地震・津波観測システムの運用

　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・製作した．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110 kmである．拡張ポートは，PoE I/Fを用いており，設置後，無人探査機などにより，新たなセンサーを接続できる．観測装置は約30 kmまたは約40 kmの間隔であり，設置時には，拡張ポートにデジタル出力型高精度水圧計を接続した．2015年9月に，岩手県釜石市沖へ2号機の設置を行った．システムの設置は，通信用海底ケーブル設置に用いられている海底ケーブル敷設船を利用した．このシステムの設置により，釜石市沖は，三陸沖光ケーブル海底地震・津波観測既設システムと併せて，空間的に高密度なリアルタイム海底地震・津波観測網が構築された．2017年4月には，波浪の影響を受けやすい汀線部から沖側約30 mまでの区間のケーブルの保護対策とアース電極の沖合への設置作業を実施した．アースの強化としては沖合30 m程度にアース電極を設置し，これまでに利用していた汀線部アースと並列に接続した．その結果，給電電圧の変動はほぼ無くなり，安定した運用ができるようになった．2018年9月には，汀線部から沖合100 m程度までの状況の監視調査を行ったが，大きな問題は発見されなかった．また，陸上部装置の保守を行った．沖合へのアース電極設置以降，給電電圧の変動はほぼ無く，安定した運用を行っている．

　2019年10月に，台風19号の影響により，02:32(日本時間)頃から，釜石陸上局が停電となり，発動発電機が起動した．同日17:30頃に復電し，発動発電装置により連続して給電されたため，欠測とはならなかったが，道路が通行不能となる，局舎に土砂が一部押し寄せるなどの災害が発生した．現在復旧に向けた作業を行っている．また，2019年11月11日18:20頃，落雷より，陸上局舎内の給電装置に不具合が発生し観測不能となった．その後，給電装置の復旧を行い同年12月2日15時頃に観測システムを再起動させ観測を再開したが，設置以来の長期欠測となった．なお，再起動以降は連続観測を行っている．

 

(4-2)小型広帯域海底地震計の開発

 長期観測型海底地震計は実用化以降多数の実績を持っており，繰り返し観測の手法により，モニタリング観測が可能となった．この長期観測型海底地震計の地震計センサーは，三成分高感度短周期速度計であり，その固有周波数は1 Hzである．通常の地震観測には，十分な帯域であるが，近年着目されている浅部低周波微動や超低周波地震を観測するには，やや帯域が不足である．近年，小型で低消費電力である広帯域地震計が利用可能になってきた．そこで，Nanometrics社Trillium Compact Broadband Seismometerを用いて，この地震計センサーを長期観測型海底地震計に組み込むために，新しくレベリング装置を開発し，小型広帯域海底地震計の開発を2017年に開始した．2019年は，主として，固有周期120秒の地震計センサーを搭載した小型広帯域海底地震計の観測への利用を進めるともに，台数の確保に努めた．また，今後固有周期120秒地震計センサーの記録が回収されるために，海底における記録の評価を引き続き実施する予定である．

 

(4-3) 光ファイバー計測技術による海底ケーブルを用いた海底高密度地震観測システムの開発

　光ファイバセンシングの一つであり，振動を計測する分散型音響センシング（Distributed Acoustic Sensing，以下DAS）は，近年様々な分野で応用され始めている．地震関係の分野では，石油探査のために構造調査に利用されており，地震観測にも適用され始めている．この計測は，光ファイバー末端からレーザー光のパルスを送出し，光ファイバー内の不均質から散乱光を計測し，その変化から，振動を検出する方法である．光ファイバーに沿って，時空間的に密な観測を実施できることが特長である．地震研究所が1996年に設置した三陸沖光ケーブル式海底地震・津波観測システムは，伝送路である海底ケーブルに予備の光ファイバーを持っている．この予備光ファイバーに，DAS計測を適用することによって，空間的に高密度の海底地震観測を実施できる可能性がある．2018年から，DAS計測技術を三陸沖光ケーブル式海底地震・津波観測システムの予備光ファイバーに適用する開発を開始し，2019年は2月，6月，11月の計3回計測を実施した．2月の計測では，測定長100 kmとして，チャンネル間隔5 mとして，合計2日間実施した．その結果，計測装置を設置した陸上局から70 km程度まで，連続して地震波が記録されることを確認した．また，6月の計測では，空間的高密度計測として，測定長5 km，チャンネル間隔1 mとした．観測期間は約3日である．観測記録には多数の地震が記録されていた．11月の計測では，長期観測を念頭において，2週間弱の連続観測を行った．測定長は70 km，チャンネル間隔は5 mである．今後，定常観測に用いることをめざして，システム開発を引き続き実施する予定である．なお、本研究のデータ解析に関する研究の一部は、株式会社富士通研究所との共同研究として行っている．

 

(4-4)　海底地震計波形データ解析のための手法開発

　海底地震計の波形データは，海底に積もった柔らかい堆積層や，海底，海表面に由来する多重反射・変換波が卓越し，複雑になる．このため，目的とする深部の構造（モホ面やリソスフェア・アセノスフェア境界など）で生じる変換波の情報を抽出することが困難となる．この問題に対処するための，新たな地震波形の解析手法を開発した．なお，この開発はブリティッシュ・コロンビア大学（カナダ）との共同研究として行われた．