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．
内陸地震の長期評価や発生メカニズムを理解するには，地震発生層底部から表層に至る一つのシステムとして活断層-震源断層を理解する必要がある．このため，当センターでは地殻スケールから極浅層に至る反射法地震探査による活断層の地下構造の解明に主眼をおいた研究を，全国の研究者と共同で進めている．2022年度は北陸地域の主要活断層である森本・富樫断層帯中央部の深部構造探査および三浦半島断層群の浅層高分解能反射法地震探査を行った．また, DAS技術を用いた活断層極浅部構造の超高分解能イメージングのための準備を開始した．
日本列島の震源断層のモデル化は，島弧地殻の変形プロセス・内陸地震の長期予測・強震動予測においても重要であり，2010 年から全国の研究者と共同で地質・変動地形・重力や地震活動などの地球物理学データに基づいた総合的な日本列島の震源断層のマッピングプロジェクトを進めている．さらに，東北沖地震の地震時・余効すべり分布に千島海溝の固着など広域のプレート境界過程を含めたモデル計算を行い, この条件下で日本列島域の応力速度場を計算し, 上盤プレート内の震源断層の応力変化の評価を試みている．2022年度は，東北日本横断地殻構造探査の解析を進めたほか, 関東地域の震源断層にかかる応力の評価を試みた．また，島弧の長期間地殻変動速度を解明する目的で，東北日本沿岸部において宇宙線核種を用いた海成段丘面の露出年代の推定を試みた．
沈み込み帯における地震発生は，プレート境界面における摩擦によってひずみが蓄積し，地震時に蓄えられたひずみエネルギーが解放される現象である．地震発生に関するプレート境界の性質は，境界の形状および温度や水の含有量といった物性によって決定されると考えられる．低周波イベントからプレート境界型巨大地震まで，その発生メカニズムを理解する上で，プレート境界の固着程度の把握，およびその周辺の構造や物性を詳細に理解することが必要不可欠である．さらには，プレートの沈み込みに伴う脱水反応によって生成された水の挙動が，上盤プレート内の内陸地震の発生に関与していることもわかって来た．我々は沈み込み帯の全体構造の把握，およびプレートの沈み込みに伴う諸現象の理解を通して地震発生メカニズムの解明をめざし，海域での地震観測や制御震源地震波構造調査などによる研究をすすめている．
（1）茨城沖の海山の沈み込みと多様な地震活動との関係
茨城県の東方沖合～100 kmでは，太平洋プレートの沈み込みに伴って，～20年周期でマグニチュード（M）7級の地震が繰り返し発生してきた．2004年の海域構造調査，および2005年海域地震観測から，深さ10 kmに海山が沈み込んでおり，M7繰り返し地震の断層がその沈み込み前縁部に位置すること，また海山上のプレート境界では地震活動が見られないことを明らかにした．2010年10月から，この海山前縁部周辺の 35km×30km の領域に長期観測型海底地震計を用いて，観測点間隔 6kmという高密度なアレイを構築し，およそ1 年間の地震観測を行った．またこの観測網を通る南北150kmの測線で，エアガンを人工震源とした構造調査を行った．本観測期間中には2011年東北地方太平洋沖地震（東北沖地震）が発生し，さらに本震震源域南限に位置した本観測アレイの近傍で最大余震が発生した．本震発生前後での地震活動を比較すると，本震発生後は震源域南限全域で地震活動が活発化しているが，特に沈み込む海山の前縁部周辺域で非常に活発化していることがわかった．また，海山沈み込み最前縁部において，地震活動の空白領域が存在する可能性が示された．この地震活動と本震および最大余震の発生との関連について詳細に調べたところ，本領域の活動が本震よりも最大余震によって活発化したことを明らかにし，本震のプレート境界面すべりが茨城県沖まで達しなかった可能性について議論した．これまでの海山の沈み込み前方で発生したM7以上の地震の発生様式を比較すると，海山の沈み込み前方基底部で地震が発生し，その後にプレート境界面上の沈み込み深部を震源としてM7以上の地震が発生するというパターンが見られる．最近になって日本海溝沿いに海底地震津波観測網が整備され，通常の地震活動に加え，低周波の地震活動も明らかになりつつある．沈み込んだ海山周辺でも，微動や超低周波地震の活動が確認された．これらの活動と沈み込み構造との関係を調べるため，人工震源構造調査のデータを解析している．また，本海域で発生した地震の震源および発震メカニズムを詳細に調べることを目的として，環境雑音の観測点間相互相関関数を用いた表面波速度構造解析による，非常に遅い堆積層内S波速度構造を精度良く決定するための手法，さらにこのS波速度構造を取り入れて，海底地震計波形データを用いた微小地震のセントロイド・モーメント・テンソルを求めるインバージョン法の開発を行った．これらの手法を2011年東北沖地震の余震活動に対して適用し，震源メカニズムの分布を求めたところ，沈み込んだ海山の深部側プレート境界周辺では逆断層型地震が発生しているのに対し，その浅部にあたる海山上では正断層型地震が発生していることが分かった．これは海山の沈み込みに伴う応力場数値計算の結果と調和的である．これらの地震活動よりもプレート境界浅部側では，通常の地震発生は見られなくなり，テクトニック微動の活動が分布する．現在，地震活動の分布について，さらに詳細を調べている．なお，この観測研究は北海道大学，東北大学，九州大学，千葉大学との共同研究である．
（2）2011年東北地方太平洋沖地震震源北限域における地震波構造調査
三陸沖の北緯39度には，南側の地震活動の活発な領域と北側の非活発な領域の境界が存在することが知られていた．2001年に海域地震波構造調査を行い，地震活動とプレート境界反射波の振幅の間に，良い反相関の関係があることを明らかにした．この境界領域は，東北地方太平洋沖地震震源域の北限に当たると考えられている．地震発生前後でプレート境界の反射強度に変化が見られるか確認するために，2013年9月に海洋研究開発機構の白鳳丸を利用して行われたKH-13-5次航海において，2001年と同じ測線上に同じ観測点配置で海底地震計を設置し，再度構造調査を行った．また2014年10月には，同じく海洋研究開発機構の白鳳丸によるKH-14-4次航海において，東北地方太平洋沖地震でプレート境界が大きく動いたとされる海溝軸近傍の陸側斜面において，海底地震計およびエアガン人工震源を用いた海域構造調査を行った．2013年構造調査のデータを用いて，人工震源からの初動の走時，およびプレート境界からの反射波の走時を目視検測し，走時インバージョン法によって本調査測線に沿った2次元P波速度構造およびプレート境界面の形状を明らかにした．その結果，地震活動が変化する境界に対応して，プレート境界の深さも，およそ1km程度変化していることがわかった．プレート境界反射波の強度について，2001年と2013年のデータについて比較したところ，2001年構造調査で確認された反射波強度が強いところで強度が弱くなり，弱いところで強くなる傾向にあることが考えられ，さらに検討を進めているところである．2014年構造調査測線では，東北地方太平洋沖地震で大きな断層すべりがあったとされる場所のプレート境界の深さが浅くなっている領域が認められた．走時インバージョンによって求められた速度構造については，誤差評価の解析を進めつつ，断層すべりとプレート境界面形状との関係について，さらに詳しい調査を進めている．なお，これらの調査研究は，北海道大学，東北大学，鹿児島大学，千葉大学との共同研究である．
（3）伊豆大島における陸海統合地震波構造調査
伊豆大島火山と周辺海域において，人工震源を用いた構造探査が2009 年 10-11 月に実施された．伊豆大島の常時観測点に加え，37 台の海底地震計を東西方向の長大測線，288台のジオフォンを東西・南北方向の 3 測線（A-C）に臨時配置され，最大3日間にわたり連続観測が実施された．その際に，長大測線沿って，エアガンが 476 回発振され，海中発破が 9回行われた．さらに，伊豆大島を囲むようにエアガンが 751 回発振された．現在，海底地震計データから伊豆大島周辺の地殻上部の大局的なP波構造を，陸上観測点データから伊豆大島直下の詳細なP波速度構造の推定し，火山性地震との関連性を議論しているところである．同時観測された常時微動データに地震波干渉法を適用することで S 波構造推定を試み，P 波構造との統合的解釈を目指している.
