「部門・センターの研究活動」カテゴリーアーカイブ
3.1.3 大気・海洋現象が引き起こす固体地球の弾性振動現象
大量の地震計・気圧計・水圧計などのデータを丹念に解析し,ノイズと思われていた記録の中から新たな振動現象を探り当て,その謎の解明を目指している.その際,大気-海洋-固体地球の大きな枠組みで現象を捉える事が重要である.
(3-1)脈動実体波に関する研究
地動の脈動の存在自体は1940年代から知られている.励起源が海洋 波浪であることは既に確立されており,その励起の特徴から大きく2つに分類され る.1つ目は,primary microseisms と呼ばれる約 0.07 Hz の特徴的な周波数を持つ振 動である.この周波数が海洋波浪の特徴的な周波数と対応している事と Love波の 振幅が卓越している事から,海岸線付近の斜面に打ち寄せる海洋波浪 が励起源だ と考えられている.2つ目は secondary microseimsと呼ばれ、海洋波浪のちょうど倍 の卓越周期 (0.15 Hz) をもつ.海洋波浪の非線形効果が励起に寄与していると考え られている [LonguetHiggens, 1950].ともに海洋波浪が励起源のため,表面波が卓 越していることがよく知られている.
2014 年 12 月 9 日爆弾低気圧が大西洋で発生しイギリスやアイルランドに被害をもたらした. その際に海洋波浪により発生した P 波は地球深部を伝播し日本にまで到達した.観測された P 波の振幅は 0.1μm と一見小さいが,同じ地域で起こったマグニチュード 6 の地震にも匹敵す る.このような海洋波浪起源の地震波は,近年地球内部構造を調べる上で注目されている.そこで,嵐による海洋波浪が励起する脈動 S 波を初めて検出し,観測データから嵐がどのように地震波(P 波・S 波などの実体波)を励起しているかを明らかにした. 大西洋で発生した爆弾低気圧時の日本の地震計記録を解析し,爆弾低気圧によって励起され た周期 5-10 秒の P 波・S 波を検出し,震源位置と強さを推定した.低気圧の移動にともない 震源は海底の等深線に沿って移動している事が分かった.同様の脈動実体波の検出を系統的に行い普遍的に存在することを示した.
爆弾低気圧だけではなく、脈動P波は爆弾低気圧だけではなく数多くの嵐や台風などによっても励起されるされることが報告され注目され始めている。そこで、全球的なP 波脈動の活動をモニタリングするために、2004-2020年の期間の日本列島データに設置された地震計データ(Hi-net)を系統的に解析した。その結果、脈動P波活動は北半球の冬で、多くのcentroidは北西太平洋・北大西洋で活発である事が分かった。一方南半球の冬には、南太平洋・南極海で活発である事が分かった。また、これらの活動は海洋波浪モデルによっておおよそ説明出来る事が分かった。例外として、海洋波浪モデルと最も活動の違いは、オーストラリア北部 (カーペンタリア湾)で顕著であった。その原因を解明することは、今後の大きな課題である。
本研究は、遠く離れた嵐によって励起された地震波を使って嵐直下の地球内部構造が推定で きる可能性を示している.地震、観測点ともに存在しない海洋直下の構造を推定できる可能性 を意味し,地球内部構造に対して大きな知見を与える可能性がある.
(3-2)海洋島の地震計記録から海洋外部重力波活動を推定する
海洋島に設置された広帯域地震計のノイズレベルを解析してみると、しばしば周期100秒から数100程度のブロードなピークが観測される。原因として海洋外部重力波起源だと考えられているが、定性的な議論が中心となっている。最近、津波(物理的には海洋外部重力波と同一の減少)の伝搬にともなう海洋島の弾性変形 (Nishida et al.,2019) の定量的な評価できろことがわかってきた。しかし津波は物理的には外部重力波であるが、平面波を仮定していたため、そのままではその活動の見積もりに使うことは出来ない。そこで、津波に対して開発した手法をランダムに励起された海洋重力波に対して拡張し、海洋外部重力波の定量的な議論の可能性を示した。
(3-3)地震波干渉法による地震波速度構造モニタリング
地震・火山現象を理解する上で、地震波速度構造の時間変化を捉える事は重要である。これは、地震や火山噴火に伴った応力変化や流体の移動は、近傍の地下構造に大きな影響を与えるため、地震は速度構造の変化から応力状態や流体の分布などに制約を与えることが期待できるためである。実際に地下構造の時間変化を求めようとする場合、コントロールソースを用いて繰り返し地震波トモグラフィを繰り返す事が想的である。しかし多くの場合現実的ではない。一方自然地震を使う場合、震源の不確定性や震源分布の偏りなどに起因する不確定性が速度構造の不確定性を引き起こす。そのため、たとえ時間変化が見かけ上見えたとしても、それはただのノイズなのか本当の速度変化なのか判然としがたい。地震波干渉法による解析では、励起源の分布がランダムかつ一様な場合には、一方の観測点を仮想的な震源とみなすことができるためこの問題を回避することが可能である。地震波干渉法によって検出された地震波速度構造の時間変化は地震・火山現象以外にも、降水量に伴う変化等表層付近の現象に強く影響されていることも分かってきた。本研究では、降水量等の影響を定量的に評価するために、状態空間モデルが有効であることをしめし、拡張カルマンフィルターによる地震波速度構造の推定手法を開発した。この手法を、2011年新燃岳噴火時の地震波形データに適応し、火口近傍のみ噴火に1ヶ月ほどまえから噴火に向けて、約5%程度地震波速度構造が低下していることを示した。
3.12.8 インターン学生の受け入れ・国際共同研究
日向灘沖のスロー地震発生と海山列沈み込みの関係を理解するため,IODP(国際深海科学掘削計画)に提出した掘削提案を修正し,必要な事前調査として構造探査・熱流量測定などを実施した.紀伊半島沖の南海トラフ孔内観測所の間隙水圧データの解析のため,9月に国際室長期招聘研究員が来日した.
IODP・ICDP(国際陸上科学掘削計画)の日本代表機関(JDESC)の理事として,外務を担当し,科学掘削研究継続のための要望書を作成し,またヨーロッパとの連携について協議を行った.理学部主催のUTRIPオンラインにホストとして参加し,2名の学生(インドネシア,インド)と1か月にわたって,地震波速度構造から間隙率を推定する実習,および日本周辺の地震活動からb値の推定実習を行った.
3.12.7 古い地震・津波の研究
(1)古い地震記録に基づく地震・津波の研究
地震研究所や気象庁などに保存されている古い地震記録を用いて過去に発生した大地震の研究を行っている.東北地方太平洋沖や日本海東縁部で20世紀に発生した大地震について地震・津波波形記録を用いて断層パラメータの検証を行った. 1927年北丹後地震や1964年新潟地震を始めとする日本海側で発生した地震の煤書き記録の高解像度のデジタル画像化を行った.また,1933年昭和三陸地震や1983年日本海中部地震などの被害調査写真のデジタル画像化を行った.
(2)史料に基づく古地震・津波の研究
2017年度から地震研究所と史料編纂所の部局間連携機構として「地震火山史料連携研究機構」が設置された.この機構では,地震研究所で刊行されてきた『新収日本地震史料』等の史料集を電子化した上で,原本もしくは翻刻した刊本を参照して点検する校訂作業を行っているほか,各地の日記などに書かれた被害を伴わない地震も含めた「日記史料有感地震データベース」を作成している.
1092年(寛治六年八月三日)に越後国で地震・津波があったのか否か,史資料の悉皆調査による史料学的検討を行い,この事象が大風(台風)であったと解釈する方が妥当であることを指摘した.安政東海地震の発震時について,ロシアのフリゲート艦ディアナ号の航海日誌に基づき,1854年12月23日午前9時45分(から10時までの間)であったことを解明した.また,震度の距離減衰式を用いて,有感記録の時空間分布から歴史地震の震源域を制約できる可能性を示した論文を出版した.
(3)地質痕跡に基づく古地震・津波の研究
琉球海溝沿いのサンゴのマイクロアトールの形状・年代から過去の水面変動を復元する研究を,パリ地球物理研究所や琉球大学などと共同で行っている.2016年に試料を採取した与論島・沖縄本島の結果は2020年に出版した.2018年に石垣島・宮古島などで採取した試料について解析結果をまとめている.2021年はさらに石垣島においてサンゴ化石の試料を採取した.解析済みの試料について,喜界島のサンゴ礁科学研究所に管理して頂くべく整理して発送した.また,津波で移動した巨礫(津波石)の移動履歴に関して,放射年代や残留磁気を測定し津波発生年代に関する解析も進めている.
3.12.6 巨大地震・津波の研究
津波データや測地データ,地震データを用いて,世界の巨大地震の断層運動の詳細や津波の発生過程について調査している.2004年スマトラ・アンダマン地震(Mw 9.2)について津波の分散性を考慮した再解析を行ったほか, 2018年スラウェシ地震(Mw 7.5),2021年アラスカ沖地震(Mw 8.2)などについて,主に津波データから断層面上のすべり分布の推定を行った.日本周辺における遠地津波について,沿岸と沖合の波形の後続波を調べ,沿岸の後続波は大陸棚や湾の影響を強く受けていることを明らかにした.
日本海東縁部で20世紀に発生した大地震について,日本海地震・津波プロジェクトで津得られた断層モデルからの津波波形を観測波形と比較して,起震断層を推定した.また,断層パラメータの相似則やすべり角の不確定性が確定論的津波予測に及ぼす影響について調べた.
S-netなど沖合で記録された津波観測波形による津波予測手法について研究を行っている.日本海溝・千島海溝における想定地震からの人工的な波形を使って沿岸での津波高や浸水域を短時間で予測する方法について検討を行ったほか, 2016年福島県沖で発生した地震からの実データを用いたデータ同化の実証を行った.
3.12.5 日本列島の地震活動を予測するモデルの作成(CSEP-Japan)
地震カタログデータに基づく確率論的な予測を行うために,すでに先行して同種の研究CSEP (Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability)を世界規模で実施しているSCEC (Southern California Earthquake Center) と連携を図り,2008年にCSEP日本テストセンターを立ち上げ,日本における地震発生予測検証実験を実施している.テスト領域として日本周辺,内陸日本および関東地域,テスト期間として1日,3ヶ月,1年および3年毎の合計12のテストのクラスが実現され,提案されている地震予測モデルは160を超え, CSEPに参加している研究機関の中でも最多である.
3.12.4 高密度強震観測データベース
(1)首都圏強震動総合ネットワークSK-net の構築と運用
首都圏強震動総合ネットワーク(SK-net)は,首都圏の10 都県の14 観測網から,合計1065 観測点の強震波形データを収集し,公開するシステムである.10 都県のうち5 自治体については,波形収集装置を開発してオンライン収集を,残りの自治体については,オフラインもしくは自治体側で用意したサイトでデータ提供して頂いている.これらの観測網のデータ収集方式やフォーマットはそれぞれ異なるので,一旦共通フォーマットに変換してデータベース化し,加速度,速度,変位のグラフおよび最大値,SI (Spectral Intensity) 値,速度応答スペクトルを SK-netウェブサイトで一般に公開している.オリジナルの波形データは,全国の大学等の研究者の利用を可能にしており,2020年度は38名の利用申請を受け付けた.データは,1999年1月から2022年2月までに収集されたデータを順次利用可能にしている.
3.12.3 地震データ解析とその公開
本センターではWWWサーバを立ち上げ,地震・火山等の情報提供を行ってきた.アウトリーチ室(現広報アウトリーチ室)が設置されてからは,本センターはそれをサポートしている.
(1)地震カタログ解析システム等
研究者向け情報としては,日本や世界の地震カタログをデータベース化し,地震カタログ検索・解析システムTSEISを開発し,地震活動解析システムとして公開している.
利用可能な地震カタログは,国立大学観測網地震カタログ(JUNEC) ,防災科学技術研究所地震カタログ,気象庁一元化地震カタログ,グローバルCMT地震カタログ,ISC 地震カタログなどで,多くの研究者に活用されている.また,我が国の地震や世界の地震について気象庁やNEIC などが速報として提供したものを,国内の研究者にメール配信している.気象庁の一元化震源については,そのミラーを行う機器を更新して運用を継続し,大学等の研究者に提供している.
(2)長周期波動場のリアルタイムモニタリングGRiD MT
全国地震観測データ流通ネットワークJDXnet で提供されている広帯域地震波形データを利用して,震源速報等の地震情報を必要とせずに,地震の発生・発震機構(MT 解)・大きさ(モーメントマグニチュード) をリアルタイムに決定する新しい地震解析システムGRiD MTを開発して,その解析結果をWeb やメールでリアルタイムに情報発信している.現在までに得られた,解析結果についてはGRiD MTウェブサイトで公開している.巨大地震や津波ポテンシャルをW-phaseにより評価するイベント駆動型のシステムを開発し,解析結果を世界中の地震のサイトおよび日本の地震のサイトにて公開している.2021年においては,世界の地震については163個,日本の地震については169個のモーメントテンソル解(VRが80以上)を決定した.
(3)古い地震記象の利活用
地震研究所には各種地震計記録(煤書き) が推定で約30 万枚ある.この地震記録を整理し利用しやすい環境を作るため,本センターが中心となって所内に「古地震記象委員会」が設置され,1) マイクロフィルム化やPDF等の電子化,2) 検索データベースの作成,3) 原記録の保存管理などが行われている.煤書き記録については,約22 万枚のマイクロフィルム記録のリスト,WEB 検索システム(日本語・英語)を作成し,国内外のユーザーの利用に供している.津波波形記録については,マイクロフィルムと,スキャナーでスキャンしたデジタルデータが津波波形データベースシステムで公開されている.2021年は,1927年北丹後地震を始めとする日本海周辺で発生した主要地震の地震波形記録や,地震研究所管轄の津波観測点での記録を高解像度で電子化した.
このほかに,20 世紀の巨大地震の世界各地での地震記象を入手しており,それをスキャンし,画像データとして保存し公開すべく作業を進めている.WWSSN フィルムの長期保存のためのファイリングや,劣化が始まっている筑波地震観測所HES記録の修復作業も行っている. また,濃尾地震や鳥取地震等の過去の大地震のアンケート調査や報告書などの資料のPDF化を行っており,公開すべく準備を行っている.2020年においては,和歌山観測所飯南観測点および七川観測点の連続記録の画像化を進めた.
3.12.2 全国共同利用並列計算機システムの提供
本センターは,全国共同利用の計算センターとして,データ解析やシミュレーションなどのために,高速並列計算機システムを導入し,全国の地震・火山等の研究者に提供している.2020年3月にシステム更新を実施し,現在はHPE ProLiant DL560 Gen10システムが稼働している.このシステムは,計算サーバとして120ソケット(2400Core),22.5TiB メモリ,それらのフロントエンドサーバとして4ソケット(80Core),1.5TiB メモリを有している.この分野の計算需要の伸びは著しく,恒常的に処理能力の限界に近いところまで利用される状況が続いている.システムは,例年毎月平均70 ~ 100 名が利用しており,そのうちの4 ~ 5 割 が地震研究所外から共同利用で利用している大学や研究所の研究者となっている.本センターでは,利用マニュアルをインターネットで公開し,また,初心者の並列計算利用者を対象とした利用者講習会を毎年開催している.