海底火山活動監視技術の改善のため，遠地海底地震計の波形データを適切に解析することにより，詳細な震央位置を推定する手法を開発した．複雑なP波波形の立ち上がりを正確に読み取り，適切な相対走時をデータとし，信頼できるデータのみを選択的に使用することにより，正確な震央推定を可能にした．地震研究所の広帯域海底地震計アレイが展開されていた時に発生した，火山活動と関連すると思われる顕著な地震活動の解析に応用することにより，活動の時間発展や海底地形との相関を明らかにした．この成果をまとめ，国際誌で発表した．

上記手法をさらに発展させ，遠地海底地震計のP波・S波の同時解析を行うことにより，深さを含めた正確な震源を推定する手法も開発した．上記地震活動の解析に応用した結果、本震発生から7.5時間の前後で，震源分布が顕著に変化したことが検出された．7.5時間以降の震源の深さは様々である一方，震央位置はリフトゾーンの直下に位置し，ダイクの貫入があったことが示唆された．

海底地震計アレイで取得された地震波形から，海底堆積層の詳細な構造を解析する手法を応用し，太平洋の様々な地域における海底堆積層の構造を推定した．構造特性や機器特性は様々であるが，本手法を用いれば正確な構造推定が可能であることを，海底掘削データの結果との比較等を通じて確認した．得られた結果をまとめ，海洋堆積物のVp及びVp/Vsのスケーリング則は従来考えられていたものとは異なることを示した．Vp/Vs値は，従来のスケーリング則から期待されるよりも大きい値を取っていることが明らかになった．これらの成果をまとめ，国際誌で発表した．

　海半球センターでは，センターの立ち上げ当初から固体地球科学分野の基礎的な重要課題を解明することを目的にした，大型科研費によるプロジェクトを実施してきた（海半球ホームページ）．また並行して，常に一段質の高い観測研究を進めるための観測機器開発と解析手法開発を行なってきた．海半球計画（1996–2001年）においては，西太平洋域に総合的地球物理観測ネットワークを構築して地球内部をグローバルな視点で見る基盤を整えた．また，地震と電磁気の海底長期機動観測装置を開発して，グローバルな観測網よりも高い解像度を獲得した．2004–2009年度の特定領域研究「スタグナントスラブ：マントルダイナミクスの新展開」（スタグナントスラブ計画）では，太平洋プレートの沈み込みに焦点をあて，観測網と機動観測からアプローチする我々のグループに国内の高温高圧実験グループと計算機シミュレーショングループを統合して，スラブの滞留と崩落のメカニズムおよびそのマントルダイナミクス，更にその地球史上の意義を明らかにした．2007–2011年度の科研費基盤研究(S)(NECESSArray計画)では，日中米の国際協力により，中国東北部に120点の広帯域地震観測網を展開し，直下のマントル遷移層に横たわるとされるスタグナントスラブ構造解明を目指した．その結果，中朝国境に存在する巨大火山・長白山の下の遷移層で横たわるスラブが欠如していることが描出され，マントル深部から長白山にマグマを供給する経路が存在する予想外の可能性が明らかとなった．2010–2014年度の科研費特別推進研究「海半球計画の新展開：最先端の海底地球物理観測による海洋マントルの描像」（ふつうの海洋マントル計画）では，自ら開発した世界最先端の海底観測装置と観測技術を駆使して，海底拡大軸・ホットスポット・プレート収束帯などの影響を受けずにほぼ水平なマントル流があると期待される，「ふつう」の海洋マントルにおいて，(a) リソスフェアーアセノスフェア境界（LAB）の原因および (b) マントル遷移層の水分布という，2つの固体地球科学分野の根本的課題の解明を目指し，北西太平洋のシャツキーライズの北西側（海域A）および南東側（海域B）の2海域 [図3.7.1]における観測を実施した．年代が近い両海域においても構造が顕著に異なることが明らかとなり，マントル史をふまえた成因の解明の必要性を再認識した．

 2014年度からは，以下に示すように，太平洋域の約2億年に渡る進化の解明からマントルダイナミクスの理解を深化させることを目的とした，国際共同による「太平洋アレイ（Pacific Array）計画」に基づいた観測研究を実施している．これに加え，小笠原西之島，チリ三重会合点の観測研究を実施するとともに，観測機器開発を継続している．

図3.7.1　「ふつうの海洋マントル計画」における海域AとBの全観測点配置図．

（1）太平洋アレイ計画 (Pacific Array)

（1-1） 経緯と計画の概要

特別推進研究「ふつうの海洋マントル計画」では，プレートテクトニクスの基本的な構造が存在すると考えられる海洋リソスフェア・アセノスフェアシステム（LAS）の解明を目指した先端的観測研究を行った．その成果として，十数台の広帯域海底地震計/電磁力計からなる小スパンアレイによる1–2年程度の観測により，アレイ直下の地震波速度（方位異方性を含む）・電気伝導度構造について，空白域であったモホ面からアセノスフェアまでの深さにわたる連続探査を可能にする技術革新を達成した（Takeo他, 2013, 2016, 2018; Baba他, 2010, 2017）．海洋マントルの地震観測研究が，これまで主に屈折法探査による海洋モホ面直下（海底下10 km程度），またはグローバル表面波トモグラフィーによる深部（–50 km以深）の大まかな構造（水平波長が数千 kmの解像度）のみにとどまっていたことに比べると，この「広帯域海底地震探査」の手法を適用することで，LAS全体を深さ方向に連続的に探査できる[図3.7.2]ようになったことは，観測研究上のブレークスルーと考えられる（同様の解析は電磁気観測データについても可能になった）．「太平洋アレイ(Pacific Array)計画」は，このブレークスルーに基礎を置き，海洋底における1–2年間の広帯域地震計・電磁力計アレイ観測（各十数台）を1単位として，時期をずらしながら十年程度で太平洋の広い領域をカバーする観測網の実現を構想している[図3.7.3]．“アレイのアレイ” を考えることで国際協力の下，十年程度の時間枠で到達可能な目標となり，海外の当該分野の第一線の研究者らの賛同のもと国際連携体制が作られ，2018年から日韓共同および米国により太平洋の2カ所の海域で開始された．その後，日台共同及び米国のアレイ計画が実施され，2025年度には日独の観測網展開が開始される予定である．

　日韓共同及び日台共同の太平洋アレイ観測は，地球上最古の海域でOldest-1及び Oldest-2 海域観測と称して，2018年11月及び2022年9月にそれぞれ展開された．広帯域海底地震計と海底電磁力計をマリアナ東方の太平洋で最も古い海域に展開した．これらのアレイ観測は，太平洋アレイの1アレイとして全体計画に貢献すると共に，太平洋プレート生成のダイナミクスの解明と海洋プレート成長モデルの検証を目的としている．最古の太平洋(170Ma)がより若い太平洋(140Ma)と非常に似たマントル構造を持つこと，最古の太平洋域の中に有意な不均質があり異方性構造などが明確に異なるなど，重要な発見がなされつつある．

日独共同の太平洋アレイ観測は，HEB（Hawaiian-Emperor Bend）海域観測と称して，2025年に展開する予定であり，現在準備を進めている．リソスフェアの静的成長過程として理解されてきたプレート成長モデルを，リソスフェア－アセノスフェア系の動的成長過程モデルに拡張することを志向している．この目的をさらに確実に達成するため，HEBのあとにリソスフェア－アセノスフェア系の沈み込み様式を解明する観測計画を検討している．

図3.7.2　「技術革新」以前は，分解能は高いが海底下10 km程度までしか解像できない屈折法地震探査か，深部(–50 km以深)はわかるが分解能が低いグローバル表面波トモグラフィーが，LAS探査の手段であった．小スパンアレイによる「広帯域海底地震探査」の開発は，LAS全体を深さ方向に連続的にかつ高分解能で探査することを可能にした．

図3.7.3　太平洋アレイの配置構想図. 単位アレイをスパイラルで模式的に示す．★は回収が完了した観測点，☆は設置中の観測点を表す．既存の海底機動観測点を小黒点，2024年度末時点でプロジェクトが採択された観測点を青丸で表す．Oldest-1およびOldest-2はそれぞれ日韓・日台で実施した太平洋最古の海盆でのアレイ，HEBは採択が内定した日独のアレイである．

（1-2）海底地震観測

「太平洋アレイ計画」の第1期のアレイ観測として，太平洋最古の海洋底（グアム島東方沖）での海底地震・電磁気観測研究を行なっている．その前半部（Oldest-1観測)は韓国ソウル大学との国際共同観測研究として実施され，日韓共同でのデータ解析が継続して行われている．また，第1期アレイ観測の後半部(Oldest-2)は台湾との国際共同観測として基盤研究（A）等により実施されている． 2022年秋に，台湾研究船(R/V Legend)での設置航海が実施され，広帯域海底地震計14台（日本9台・台湾5台）を設置した．2023年秋に，台湾研究船(R/V Legend）を用いた回収観測が実施され，広帯域海底地震計12台（日本9台，台湾3台）を回収した[図3.7.4]．データ回収率は全体として地震データ77%, 水圧計データ64%であった．

（1-3）海底電磁気機動観測

海底電磁気機動観測は，Oldest-1アレイに7観測点，Oldest-2アレイに10観測点を展開した[図3.7.4]．現在韓国・台湾の共同研究者と共同してデータ解析を進めている．Oldest-1アレイの予察的な解析結果は，この海域ではリソスフェアに相当すると考えられる低電気伝導度層の厚さが200km程度にまでおよぶことを示した．この値は，北西太平洋の「ふつうの海洋」域よりも厚く，むしろ東北アウターライズ沖の構造に近いので，古い海盆の構造が単一のリソスフェア冷却モデルでは説明できないとした，従来の研究成果を補強するものである．

図3.7.4 Oldest-2 アレイ観測のデータ回収された観測点配置図．

（1-4）マントルの高分解能イメージング

Oldest-1アレイ観測で回収された広帯域地震波形連続記録に対して，「広帯域海底地震探査」手法を適用し，太平洋最古の海洋底（約1.7億年）の一次元S波速度構造を求めた．また，位相速度測定が困難であったLove波の基本モード位相速度測定する新手法を開発し，Oldest-1アレイデータに適用して，アレイ直下の異方性を含む1次元S波速度構造を得ることに成功した．得られた構造は等方・異方性構造ともに東西で異なることが明らかになった．韓国との共同研究により，Oldest-1アレイ下のP波速度構造に関しても顕著な不均質構造があり，この地域の海洋マントル構造は複雑であることが明らかとなった。Oldest-2アレイ観測で回収された記録を使用したマントル構造解析を台湾の共同研究者とともに進めている。

また，太平洋域の陸上および海底地震計記録を用いた表面波トモグラフィー解析により，太平洋全体の3次元上部マントルS波速度構造を明らかにする研究を継続的に行っている．これまで一部の海底地震計データにのみ施していたノイズ除去処理を全ての海底地震計データに適用し，構造モデルの改善を図った．

電気伝導度構造については，「ふつうの海洋マントル計画」の海域A・Bそれぞれで等方3次元構造の解析を進めている．予察的な結果では，海域Aのアセノスフェアの深さにおいてアレイとほぼ同等の幅を持って北東－南西方向に伸張する高電気伝導度領域の存在を示している．前年に公表した1次元電気伝導度異方性モデル（Matsuno et al., 2020）は，高電気伝導度の軸が北東－南西方向であることを示しており，不均質構造モデルと異方性モデルを調和的に説明する解釈を検討する必要がある．現在は，タイの共同研究者と異方性を組み込んだ3次元構造インバージョン解析手法開発を行い，海域Aのデータに適用した（Thongyoy et al., 2025）．今後同手法の更なる高度化を行い，異方性構造の解釈に踏み込んでいく予定である．

（2）その他のプロジェクト

（2-1）小笠原西之島・伊豆諸島

小笠原西之島周辺海域において，西之島下のマグマ溜りおよび海洋島弧の電気伝導度構造を推定することを目的とした電磁気観測を2016年より継続的に行っている．本研究は，火山噴火予知研究センター，地震火山噴火予知研究推進センター，観測開発基盤センター，海洋研究開発機構，名古屋大学および気象庁との共同プロジェクトである． 2016年10月から2017年5月にかけての第1次観測では，当センターのOBEM4台と海洋研究開発機構のベクトル津波計（VTM）1台を設置・回収した．続いて2018年5月から同9月にかけての第2次観測では，当センターのOBEM5台を設置・回収した．第2次観測の回収の際に海洋研究開発機構のOBEM6台を新規に設置し，2019年5月にそのうち4台を回収した（第3次観測）．2台のOBEMは，錘を切り離せず浮上しなかった．いずれのOBEMも音響による錘切離し信号には正常に応答したこと，着底位置が設置時より数10mずれていたことなどから斜面崩壊などで切り離し部が埋まってしまった可能性がある．この航海では，当センターの2台のOBEMおよび海洋研究開発機構のVTM3台を新たに設置した（第4次観測）．これらの機器は同年8月の航海で回収予定であったが，台風の影響で航海を実施できなかった．2020年12月および2021年1月には無人潜水艇による潜航調査を含む航海を実施した．第4次観測で設置した機器は5台中2台を自己浮上にて回収したが，これらの機器は設置時の位置から3 km前後も島から離れる方向に移動していたことが判明した．また自己浮上にて回収できなかった機器（当センターの2台のOBEMを含む）のうちのVTM1台および第3次観測で回収できなかったOBEM2台について無人潜水艇を用いて探索したが，機器の発見・回収には至らなかった．構造解析は全ての観測データの収集を待って行う予定であるが，副次的成果として，第1次観測中の2016年11月中旬に全磁力と傾斜に顕著な変動があったことが確認された．この期間，西之島の噴火活動は休止していたが，西之島を取り囲むように設置した5台全ての機器で同時期に変動が観測されたので，火山内部で生じた何らかの現象を捉えたものと考えられる（Baba et al., 2020）．第2次観測中の2019年7月には小規模の噴火があり，これに関連すると考えられる全磁力の変化が各観測点で観測された．また西之島東側の斜面に設置したOBEMは設置時と回収時で位置が大きくずれており，OBEMの傾斜変化や磁場データが示すOBEMの回転などと併せて考えると，観測点付近で斜面崩壊を起こったことが推定される．また第4次観測期間中の2019年12月から2020年8月にかけては大規模な噴火が確認されており，回収できなかった機器はこの噴火活動の影響をうけて自己浮上が不可能な状態になった可能性がある．その後，第3次観測で未回収のままとなっていたJAMSTECのOBEM2台のうち1台が西表島に漂着していることが2021年2月に発見され，回収された（Tada et al., 2021）．今後は回収に成功したOBEMのデータ解析を進め，所期の目的達成を目指す．

次の噴火が近いと予想される伊豆大島下の電気伝導度構造を調査するため，地震火山研究連携センターおよび海洋研究開発機構と共同して大島陸上と周辺海域での合同電磁気観測を実施した．海底観測は2021年9月から2022年8月にかけて10台のOBEMを展開し，7台を回収した．陸上データと合わせた予察的な3次元インバージョン解析では，大島直下にマグマの存在を示唆する良導体のイメージングに成功しており，今後より詳細な解析が行われる予定である．

（2-2）チリ三重会合点での海底地震観測

　南米チリ南部の三重会合点において，地震研究所・コンセプション大学・神戸大学・JAMSTECとの共同研究として海底地震観測を2019年1月から2021年1月まで実施した．同海域は生成されたばかりの海底と高温の拡大軸（リッジ）が南米大陸下へ沈み込もうとしている場所で，2009–2010年に実施した予備的海底地震観測（5観測点）では多数の微小地震活動や非火山性低周波微動が検出された．今回の観測研究プロジェクトでは，より詳細な成果を目指し，広帯域海底地震計（BBOBS）8台と1Hz長期海底地震計（LTOBS）5台を，約10km間隔で展開した．設置は研究船「みらい」，回収はチリ海軍パトロール船「Cirujano Videla」にて実施した．1台のBBOBSを夜間の海面浮上後に亡失したが，約2年間の観測データが12観測点で得られた．データ解析は日本・チリで分担し進行中．本観測期間で2000個以上にもなる微小地震の震源が決まり，第一報の論文は2023年2月に公表された（Ito et al., J. S. Am. Earth Sci., 124, 2023）．2009-2010年分も含めた観測データ公開を2023年3月に本センターのOHPDMCにて開始した．また，チリ大学のPhD院生により，同海域での微動活動の推移・分布を解析した結果の論文が，現在GRL誌へ投稿中である．

（2-3）能登半島沖

　令和6年能登半島地震の発生を受けて、日本の海底地震観測グループにより、震源域東部の海域において余震活動調査のための海底観測が実施された。海半球観測研究センターは、3台の広帯域海底地震計(BBOBS)と共にこの観測に参加した。BBOBSは2024年1月に学術研究船「白鳳丸」にて設置、同年9月に傭船(第二開洋丸）にて回収された。回収されたデータは正常であり、他の海底地震計と共に精密余震活動解析に使用されるととともに、巨大地震後の長周期変動現象の解明に用いられる。