3.5.4 比抵抗構造探査

 電気比抵抗は,温度,水・メルトなど間隙高電気伝導度物質の存在とそのつながり方,化学組成に敏感な物理量である.これらの岩石の物理的性質は,すべて,その変形・流動特性を規定する重要なファクターであり,比抵抗構造と地震学的諸情報をあわせることで,より詳細かつ正確な情報を抽出し得る.従って,当センターは内外の研究者と協力して,震源域や火山地域スケールおよび列島スケールや周辺大陸縁辺域の比抵抗構造を解明するプロジェクトにおいて,観測法やインヴァージョン手法の開発を含め,中心的な役割を担ってきた.

 2022年には,2012年から2018年にかけて観測を実施したいわき-北茨城誘発地震域やいわき地方から新潟平野に至る測線での広帯域MT観測データの解析を継続した(東京工業大学・東北大学・秋田大学・産総研との共同研究,あわせて3.5.1参照).特にいわき地方から新潟平野に至る測線についての2次元解析から,解析した3測線に共通して,脊梁山脈中央部の火山フロントより背弧側にあたる地域の地下に,マントル深部から立ち昇るかのような低比抵抗域が決定され,その低比抵抗域の上部域に低周波地震が分布し,さらにその上部に柳津の地熱地帯,沼沢湖(火山)などが分布し,沈み込むスラブから供給された深部流体がこれらの地震火山活動に寄与している可能性が確認された.また,2008年から2011年にかけて庄内平野周辺域で取得し,2006,2007年に朝日岳周辺域で取得した広帯域MT観測データの再解析を行った(東京工業大学・東北大学・秋田大学・産総研・名古屋大学・京都大学・日本原子力研究開発機構との共同研究).その結果,鳥海山と月山の下は低比抵抗であり低比抵抗域は低周波地震が起きている下部地殻まで分布しているが,それらの火山にはさまれた非火山地帯では同様の深部につながる低比抵抗域は存在しないことが分かった.さらに,同地域の地下では地震発生層深度の下限が浅部の高比抵抗とその下の低比抵抗の境界と対応している可能性が明らかとなった.また,大陸縁辺域スケールの大規模深部構造を求めることを目標として,中国全域にわたる3成分磁力計網のデータのコンパイルと解析を継続した(海半球観測研究センター,北京大学・中国地震局との共同研究).

 2021年に実施した水戸周辺域から中越地域に至る広帯域MT法観測データに基づいた構造解析を行ったほか,2022年には新たに,水戸周辺域から「いわき-北茨城」誘発地震域までの領域で面的な25点からなる広帯域MT観測を実施した(東北大学・秋田大学・東京工業大学・産総研・千葉大学・富山大学・JOGMECとの共同研究).また,阿蘇カルデラを含む九州地方中央部の深部広域構造を決定するためのネットワークMT観測データの解析を進めた(産総研・京都大学との共同研究).一方,豊後水道スロースリップ域やその北側に東西に分布する深部低周波微動域を含んだ広い領域での深部比抵抗構造を決定する目的と,スローイヴェント時の電磁気的シグナルの有無を検証するため,四国西部と九州東部においてネットワークMT法連続観測ならびにそのデータ解析を継続した.また,ニュージーランド北島ヒクランギ沈み込み帯においても同様の観測を実現すべく,試験的観測を継続した(GNS Science・大阪電気通信大学との共同研究,3.5.6.参照).一方,2002年から2004年にかけ,紀伊半島全域で実施していたネットワークMT観測から得られたデータの再解析を開始した(京都大学・神戸大学・大阪市立大学・高知大学・九州大学・鳥取大学・JAMSTECとの共同研究).

 一方で,下記のような測器や解析手法の開発も行った.まず,小型で安価な地磁気観測装置の開発を開始した.磁気インピーダンス効果を利用したMIセンサと既存のロガーを組み合わて試作機を開発し,測定テストを実施した.次に,Robust multivariate S-estimatorをリモートリファレンス法に適用し,ノイズの影響を軽減し,時系列データから(インヴァージョンの入力として使用する)周波数応答関数をロバストに推定する手法を開発した.応答関数及びそのエラーバーを正確に推定することは地下の状態を正確に推定する上で非常に重要である.開発した手法をシンセティックデータ,国土地理院の水沢,江刺観測所のMT連続観測データに適用し,従来手法に比べて精度良く応答関数を推定できることを確認した.最後に,上述のいわき地方から新潟平野に至るMTデータを解析するために,従来のMTインピーダンスや鉛直-水平磁場変換関数に加えて水平-水平磁場変換関数を用いて2次元走向を推定する手法の開発や,上記の3種類の周波数応答関数のすべてを用いて構造を推定する2次元インヴァージョン手法を開発した.