3.11.1 陸域地震・地殻変動観測研究

(1) 陸域における地震観測

(1-1) 広域的地震観測

関東・甲信越,紀伊半島,瀬戸内海内帯西部に展開している高感度地震計を用いた広域的地震観測網による観測,および伊東沖と三陸沖に設置している光ケーブル式海底地震・津波観測システムを用いた海陸境界域の観測を継続し,地震活動と不均質構造との関係を明らかにする研究を進めてきた.全国の国立大学や研究機関等によって観測されている地震波形データを収集し,本センターのデータと統合して処理している.これらのデータは,日本列島周辺で発生する地震に対して行った臨時観測データと合わせることによって高密度な観測網となり,より詳細な地震活動が明らかになった.

(1-2) 臨時集中観測

日本列島周辺で発生した顕著な地震に対して,それらの地震活動を把握するため,全国の国立大学や研究機関等と共に,臨時地震観測を行ってきた.2011年東北地方太平洋沖地震の発生後には各地で地震活動度が高まり,茨城県,栃木県,福島県,長野県に臨時観測点を作り,リアルタイムでデータを収集している.

 栃木県北部では,2014年9月3日16時24分頃,マグニチュード5.2(M5.2)の地震が発生した.この地域は,日光白根山や男体山等の活火山が存在し,各地で温泉が湧出するなど地下のマグマ活動が活発で,以前から地震活動も活発な地域であった.今回の震源地付近は観測点密度が低いため,地震活動を詳細に知ることを目的とした臨時地震観測を実施した.震源の深さが約3kmと浅いため,震源地直上の3ヶ所にオフライン地震計を設置し,テレメータ観測点を1ヶ所設置した.震源分布は約3~6kmの深さに分布し,その分布は,一枚の面上に分布するような単純なものではなかった.

 2014年11月22日22時8分頃,長野県北部を震源とするマグニチュード6.7(Mw6.2)の地震が発生した.本震発生後,余震域の広がりに応じて,他大学(九州大学,北海道大学,東北大学)と共に臨時観測点を設置し,一部をテレメータ化して,17ヶ所で観測を続けた.白馬村では,この地震発生の4日前の11月18日18時頃から,M3程度を最大規模とする小さな群発地震活動があったため,11月20日から震源域の直上にオフライン観測点を設置していた.そのため,本震の前後を含めた連続記録を観測することができ,本震の破壊開始点を始めとする余震分布を高精度で得ることができた.その結果,本震の位置は,気象庁一元化震源に比べて約2.5km東にずれていた.多くの余震は,高角な東傾斜の面上に分布し,本震より深部には余震活動度が低調な領域が広がっていた.これらは一枚の面状分布ではなく,西傾斜の分布や鉛直な分布も見られる複雑な分布であった.約7時間継続した本震発生4日前の地震活動は,破壊開始点の近傍の半径500m程度の狭い領域に集中していた.その後,地震活動は,徐々に本震の破壊開始点へと移動していき,13分前に発生した地震は,ほとんど本震の破壊開始点で発生していたことが明らかになった.

(2) 地殻変動観測

南関東・東海などにおいて歪・傾斜などの高精度センサーを用いた地殻変動連続観測を行うとともに,GEONET 等によるGPS 観測結果と比較検討し,地震発生と地殻変動の関係に関する研究を行っている.観測は1970 年頃より長期にわたって継続観測を実施している油壺,鋸山,弥彦及び富士川の各地殻変動観測所における横坑式観測と,伊豆の群発地震発生地域,想定される東海地震,東南海・南海地震発生地域などに設置された深い縦坑を用いたボアホールや横坑での観測によって実施されている.前者においては水管式傾斜計と水晶管伸縮計を中心とした観測方式を採用しており,後者においては,最近開発されたボアホール地殻活動総合観測装置(歪3 成分,傾斜2 成分,温度,加速度3 成分,速度3 成分,ジャイロ方位計から構成されている)を用いて観測を継続している.得られた観測データについては,2014 年2 月に開催された地震予知連絡会において富士川,弥彦及び鋸山における観測結果を報告し地震予知連会報に投稿した.2015年2月の地震予知連に提出した鋸山観測所の記録を図3.11.1に示す.また,全国の地殻変動研究関係者が中心となってデータの公開を進めており,地震研からは鋸山と富士川の両観測所及び伊東,室戸のデータを提供した.

(3) 内陸地震震源域における歪・応力の蓄積・集中過程解明のための総合観測

本センターは,地震予知研究センター及び地震火山噴火予知研究センターと共同で,内陸地震域への歪・応力集中メカニズムと破壊様式解明のための観測研究を行っている.2009年から,5ヶ年で国内最大級の内陸地震を引き起こした濃尾地震の震源域で総合的な観測研究を実施した.その結果,この断層下ではフィリピン海プレートが深さ30kmで島弧側地殻と接しており,沈み込むプレートと島弧側地殻との力学的相互作用が本団層の活動と密接に関係していることを示唆する結果となった(地震予知研究センターの章参照).

(4) 2011年東北地方太平洋沖地震にともなう地殻応答

2011年東北地方太平洋沖地震の後,大きな余効変動が観測されており,それに伴い日本列島でも活発な地殻活動が観測されている.そのため,東北地方から関東地方にかけての地域において,地震観測をはじめとするさまざまな分野にわたる総合観測及び東北日本弧の地殻・マントル構造を明らかにするとともにレオロジーモデルの構築を行い,観測データと得られたモデルに基づくシミュレーション結果との比較を通じて,今後の内陸地震や火山噴火の発生ポテンシャルの評価を目指す総合的研究を,地震予知研究センター・地震火山噴火予知研究センターと共同で開始した.地震観測においては,今年度はいわき市から猪苗代湖にかけての50点の観測点の設置を目指し,本年度40点の観測点の設置を行った(地震予知研究センターの章参照).

(5) 茨城県北部・福島県南東部の地震活動と応力場の研究

 本センターは,地震予知研究センター・地震火山噴火予知研究センターと共同で,2011年の東北地方太平洋沖地震により誘発された茨城県北部・福島県南東部の地震活動とその時空間発展を明らかにするために,約60点の臨時地震観測点を展開し維持している.その観測網により,震源分布・断層構造の詳細が明らかになりつつある(地震予知研究センターの章参照).

(6) 紀伊半島南部におけるプレート境界すべり現象メカニズム解明のための地下構造異常の抽出

スロースリップイベントや深部低周波微動等の多様なプレート間の滑り現象を規定する地下構造異常の抽出を目的とし,2015年度に深部低周波微動活動が明瞭な領域の紀伊半島北東部で稠密自然地震観測を実施する予定である.本年度は,その観測点配置を検討するために,紀伊半島北東部における既存地殻構造探査データ(Iwasaki et al., 2008)と定常観測点データを用いた地震波トモグラフィ解析を実施した.

(7) スロー地震モニタリング

西南日本に発生する深部低周波微動は,プレート境界のスロースリップイベントを反映していると考えられ,その発生前後の周囲における地震活動との関係を明らかにすることは,巨大地震との関連性を考える上でも重要である.そのため,微動カタログと通常の地震カタログとの比較から,微動とその付近のスラブ内に発生する通常の地震との間には,弱い相関関係があることが分かった.とくに,M2.7以上のスラブ内地震の直後に微動が発生することが多い.一方,微動の後に地震が発生する例も僅かに認められる.地震によってトリガーされる微動の物理的メカニズムは,動的トリガリングであると考えられる.

 豊後水道では6~7年間隔で長期的SSEが発生し,深部低周波微動と浅部超低周波地震がSSEに同期することが知られている.2014年に入ってから深部低周波微動の活動度が通常よりも高くなり,国土地理院GNSS観測でも夏ごろから僅かな変位が捉えられたことから,微小なSSEが発生したものと考えられる.微動活動度や地殻変動量は2003年や2010年のSSEに比べると小さいが,2006年後半の現象に比べるとやや大きい.また2010年のSSEは,2009年の初めに僅かに微動活動度が増加してその後低調となり,一方GNSSには同年の夏ごろから僅かな変化が現れ,2010年2月からの活発な微動活動を伴う変位速度の大きなSSE(Mw6.8)に発展したため,これらを一連の活動とみなすこともできる.したがって,2014年における微動活動及び地殻変動は,その後の標準的なSSEに発展する前駆的現象である可能性がある.

 これらの一連のスロー地震活動のうち超低周波地震の把握精度向上を目指し,災害軽減に貢献するための地震火山観測研究計画のもとで四国西部地域に広帯域地震計アレイの展開を計画し,愛媛県宿毛市沖の島に1点設置したとともに,四万十市や宇和島市にも観測点を設置するための予備調査を実施した.

(8) 地殻活動モニタリングシステム構築

地震活動や地震波観測記録を基にした地殻活動の現況のモニタリング,新たな地震学的な現象の発見・研究テーマの創出等,所内研究活動の更なる活性化を目的とした計算機システムを新たに構築した.本システムはリアルタイムで流通する高感度地震連続記録を長期間一元的に整理蓄積し,所内研究者に広くデータ利用可能な環境を提供している.さらに,連続あるいはイベント波形データに様々な自動解析処理を施した結果を閲覧可能なwebシステムを構築し,観測点毎の連続波形画像,深部低周波微動モニタリング用エンベロープ画像,広帯域マルチトレース,近地地震・遠地地震波形画像等の作成・閲覧に関する運用を行い,また新たなモニタリング手法の開発を継続的に行っている.平成26年度には本システムを談話会で紹介し,所内公開を開始した.