3．「新たな観測・実験技術の開発」研究計画

　「新たな観測・実験技術の開発」研究は、これまで実体に迫ることができなかった現象を観るための「道具」の開発である。この研究項目は、観測対象あるいは観測手段の観点から、次の4つの細目に分類されている。すなわち、
　（1）海底諸観測技術開発と高度化
　（2）ボアホールによる地下深部計測技術開発と高度化
　（3）地下構造と状態変化をモニターするための技術開発と高度化
　（4）宇宙技術の利用の高度化
　である。

（1）　海底諸観測技術開発と高度化
　陸域の観測だけでは、海域で発生する地震の断層の位置・形状・滑り分布等の空間分解能が低い。そこで十分な精度の海底諸観測技術開発と高度化が期待されている。
　海域の計測においては、海底と海上あるいは海底と陸上間で電波を用いた通信が困難という制約があるため、GPS衛星からの電波を海底で直接受けることができないだけでなく、海底に設置された地震計等の情報も直接電波による通信ができない。そこで、海底基準点の位置決定のためには、海上基点の測位をGPSで行い、海上起点と海底基準点との間の測位は水中音響測位で行って、連結する手法が取られる。
　GPS−音響測位システムについては海溝陸側で1〜2センチメートル、海側で3センチメートル程度の繰り返し観測の再現性を達成することを長期目標としている。そのためには、特に、水中音速構造の時空間変動の把握と、船の位置を高精度で計測するGPS手法における誤差の低減が重要である（藤本，2004、Kido et al., 2004）。そこで音速変化の影響を最小限に抑えるため、曳航ブイを用いて海底局アレイの中心付近で測位観測を行った。また、GPS測位と音響測距の観測を行いながら船の舷側で定期的に海洋物理観測を行い、海洋の音速構造の時間的空間的変動を観測できた（Fujimoto et al., 2004、Funakoshi et al., 2004）。このような観測においては、条件が良い時で3センチメートル〜4センチメートルの計測誤差で繰り返し測位が可能という結果が得られている（東北大学［課題番号：1207］、図54、Funakoshi et al., 2004、舟越，2005）。GPS−音響測位システム実証試験については、2004年紀伊半島南東沖の地震（マグニチュード7.4）をはさむ期間で実施されており、比較的大きな変位が計測された（名古屋大学［課題番号：1706］、図55）。
　船の位置の高精度化に関しては、可動台を用いたGPS測位精度実験が行われた。基線長別の測位誤差は、上下・水平成分ともに基線長にほぼ比例して増加することが分かった。測位誤差は、基線長30キロメートルまでは真の位置の周りに正規分布をしているが、基線長60キロメートル以上では、正規分布をした誤差に加えて座標値の「とび」が発生した。これは解析に用いたソフトウエアに起因するようである（名古屋大学［課題番号：1706］）。

（2）　ボアホールによる深部計測技術開発と高度化
　気温の変化等、気象の影響を避けるため地下の観測壕に設置された伸縮計や傾斜計は、地球潮汐力程度の大きさの応力変化に伴う歪変化を検出することが可能な分解能を持っている。しかし100メートル以浅の観測壕に設置された伸縮計や傾斜計は、降雨等の影響により、地球潮汐による影響よりも1桁も2桁も大きな局所的擾乱を受ける場合がある。このような地表付近の擾乱を抑えるためには、深いボアホールを利用することが必要である。
　地殻歪を長期にわたり高精度に検出するために、精密に波長を制御したレーザー伸縮計（図56）が、有効と考えられる。この研究は、基線長100メートルを確保するため地表から1,000メートルの深さに開削された岐阜県神岡鉱山の地下空間を利用して進められており、10^-13のオーダの歪変化が捉えられている（東京大学地震研究所［課題番号：1419］、新谷ほか，2004）。
　ボアホールを利用して深部での応力を繰り返し測定するため、メモリ・記録計・電源等を内蔵したインテリジェント歪計が開発されている（石井・他，2004、山内・他，2004）。しかしながら、装置の信頼性については確立しているものの、径が太く精度の点で課題があった。16年度は、測定精度を向上させるために歪計の径を十分細くすることに成功し、本手法はほぼ実用化したと考えられる（名古屋大学［課題番号：1707］）。
　深い鉛直ボアホールにおける伝統適応力測定法である水圧破砕法については、過去20年以上にわたって精度的及び原理的問題点が指摘されたまま今日に至っている。水圧破砕法に代わる手法として、いくつかの方法が提案されている。一昨年に作成したボアホールジャッキ式応力測定プローブ（プロトタイプ）を用いて原理的な評価研究を実施するとともに（Li et al., 2004、　佐野ほか，2004b）、釜石鉱山550メートルレベル（地下300メートル）の花崗閃緑岩岩盤において従来型水圧破砕法に加え、高剛性水圧破砕法とボアホールジャッキ式応力測定法による比較試験を実施した。その結果、水圧破砕法による再開口圧測定時には、亀裂内にボアホール水圧が作用する点が、従来の解析では考慮されていないことが明らかとなった。従来型水圧破砕法及びその結果については見直しの必要性がある（東京大学地震研究所［課題番号：1419］）。

（3）　地下構造と状態変化をモニターするための技術開発と高度化
　地殻内の微小な応力変化、散乱体や地下流体の分布の変動、プレート境界の反射強度の時間変動検出等、地下構造の変化やそれをもたらす要因を決めるための精密調査技術開発及びその実用化が必要である。
　精密制御定常震源システム（ACROSS）と地震計アレイを用いたプレート境界面の反射係数の時間変動検出法の実証実験を目標とし、16年12月から17年1月にかけて、東濃の震源装置からほぼ南東方向に愛知県設楽町から鳳来町を通り静岡県天竜市に至る測線を設け、10点の観測点を設置して観測を行い、震源からのP波、S波と考えられる信号を観測することができた（名古屋大学［課題番号：1708］、図57）。また山梨県の地下発電所において、16年度6月より毎月1回、精密制御定常震源（ACROSS）を用いた観測実験を行った。震源から3メートルの加速度計の応答では、振幅で1パーセント以下、位相で0.01rad（ラジアン）程度の変動しか観測されず、季節に依存せず安定であることが分かった。一方で、震源から1キロメートルの観測点では、振幅で5パーセント程度、位相で0.1rad（ラジアン）程度の変動が観測され、変動成分は直達P波、 S波ではない後続の波形の変動によることが分かった（東京大学地震研究所［課題番号：1420］）。
　精密に制御されたパルス型震源を用いた研究は、岩手県釜石鉱山（地下450メートル）、油壷観測壕、名古屋大学瑞浪観測壕において実施されており、釜石ではP波速度は10^-6、S波は10^-5の分解能で計測可能となっており、弾性波速度変化の気圧応答が捉えられる程度の分解能が得られている（東京大学地震研究所［課題番号：1420］、佐野ほか，2004）。

（4）　宇宙技術の応用と高度化
　予知研究における宇宙技術の利用は、衛星テレメータシステム、GPS、合成開口レーダー等がある。これらは予知研究において重要な観測手段となる。定常散乱体干渉合成開口レーダー法を導入し、間欠的ゆっくり滑り（東海スロースリップ）が進行中の浜名湖の周辺で得られている欧州宇宙機構（ESA）（イサ）の衛星Envisatのデータを用いて干渉SAR解析手法を検討した。従来型の手法では解析できない場合でも、標高補正が加えられた定常散乱体干渉合成開口レーダー法による解析では、変動が検出できる可能性が示された（東京大学地震研究所［課題番号：1421］、図58a、b）。
　キネマティックGPSの精度検証実験を実施し、この結果、宇治構内固定観測点データから推定された大気遅延量を導入すると、位置の推定誤差は2センチメートル程度となった。これに60分（120サンプル）の移動平均を適用すると、1センチメートルの精度でアンテナの移動を追尾することができた。この結果を2003年十勝沖地震（マグニチュード8.0）及び2004年新潟県中越地震（マグニチュード6.8）発生前後数時間のGEONET観測データに適用したところ、2時間以内に発生した顕著な余震に伴う地震時変動を捉えることができた（京都大学防災研究所［課題番号：1811］、名古屋大学［課題番号：1706］、佐藤ほか，2004、Hashimoto et al., 2004）。

課題と展望
　海底測位については、条件の良い場合には5センチメートル程度の繰り返し精度が達成されているが、条件の悪い場合にも安定した高精度の結果が出るように、誤差要因の解明を進めることが重要である。レーザー歪計については急激な変動が加えられた場合にもデータの連続性を確保できるようにする必要がある。水圧破砕法については従来法の結果について見直す必要がある。地下構造と状態の変動をモニターする技術については観測される変動原因の解明をより進める必要がある。宇宙技術に関しては、17年度に打ち上げ予定の陸域観測衛星（ALOS）の合成開口レーダーのデータ活用が重要である。

参考文献
新谷昌人・大久保修平・大竹雄次，衛星重力ミッション用加速度計開発の現状，研究集会「精密衛星測位：衛星重力観測による地球のダイナミクス研究へのブレーク・ スルー」集録，178-186，東京大学地震研究所，2004．
藤本博巳，海底地殻変動観測，測地学テキスト　WEB版，日本測地学会，
http://wwwsoc.nii.ac.jp/geod-soc/web-text/part3/fujimoto/fujimoto-1.html（※海底地殻変動観測へリンク），2004.
Fujimoto, H., A. Sweeney, S. Miura, M. Kido, and Y. Osada, An experiment on GPS/A seafloor positioning in the central part of Kumano-nada, AGU Fall Meeting, G21A-0139, 2004.
Funakoshi, M., H. Fujimoto, R. Hino, S. Miura, Y. Osada, A. Kuwano, A. Sweeney, T. Kawakami, T. Yabuki, M. Fujita, and K. Kawai, GPS/Acoustic seafloor positioning off the northeastern Japan with a new acoustic system, AGU Fall Meeting, G21A-0140, 2004.
舟越実，東北日本沈み込み帯におけるGPS/音響海底測位に関する研究，東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻修士論文，2005.
Hashimoto, M., H. Takahashi, M. Kasahara, T. Kato, T. Sagiya, K. Sato, and T. Matsushima, Postseismic deformations associated with the 2003 Tokachi-oki earthquake derived from dense GPS observation, Eos Trnas. AGU, 8528), West. Pac. Geophys. Suppl., Abstract G32A-02.2004．
石井　紘・山内常生・松本滋夫，深いボアホールを用いた応力解放による応力測定法と結果の解析について　−屏風山断層近傍1,000メートルボアホールでの測定を例にして−，月刊地球，26，66-73，2004.
Kido, M., A. Sweeney, Y. Osada, H. Fujimoto, and S. Miura, A synthetic test of precision in GPS/Acoustic measurements of seafloor positioning, AGU Fall Meeting, G21A-0141, 2004.
Li, Gang, Yoshiaki Mizuta, Tsuyoshi Ishida and Osam Sano, An Experimental and Numerical Study of an Innovative Probe for Rock Stress Measurement, Proc. Int. Symp. 3rd ARMS, 1123-1128, 2004.
佐野修，歌田久司，武井康子，中尾茂，深尾良夫，精密弾性波測定による微小応力変化測定，研究集会「地殻応力の絶対量計測に関する研究集会」集録，東京大学地震研究所，2004a.
佐野修，横山幸也，松永隆昌，中山芳樹，平田篤夫，水田義明，ボアホールジャッキ式乾式破砕法による応力測定，研究集会「地殻応力の絶対量計測に関する研究集会」集録，東京大学地震研究所，2004b.
佐藤一敏・橋本学・細善信・松尾成光，キネマティックGPS測位による前駆的異常地殻変動検出手法の開発−仮想スローイベントの精度検証実験（2）−，日本地震学会講演予稿集2004年度秋季大会，C021．2004
山内常生・石井　紘・松本滋夫：深いボアホール（深度1キロメートル程度まで）においてオーバーコアリングによって応力測定を可能にする計器の開発と測定例について，月刊地球，地殻応力の絶対量測定　−その現状・問題点・今後の課題−， 26， 74-79，2004.

図54：GPS音響測位システムによる海底測位の誤差。条件がよい時で、3センチメートルないし4センチメートルの計測誤差で繰り返し観測が可能と判断できる観測結果の例。

図55：2004年9月に発生した紀伊半島南東沖の地震に伴う海底基準点の位置の変化。この地震をはさむ測位結果は、陸上のGPS測位の結果と整合的である。また、その後の測定誤差は、地震時の変化に比べて十分に小さい。

図56：神岡鉱山の地下に設置されたレーザー伸縮計。波長を精密に制御したレーザー伸縮計は長期間にわたる僅かな変化量を精度よく決めることができる。その分解能は10-13レベルに到達している。

図57：精密制御定常震源システム（ACROSS）の送信点から57キロメートル離れた地点で2週間スタッキングして得られた信号。連続観測データから入力信号特性を除去し、時系列データに変換した。上からUD、NS、EW成分。図中の赤丸はそれぞれP波、S波の予想到達時刻。後続波らしきものが見える。

図58：浜名湖東側におけるEnvisat干渉SARの結果。従来型解析結果（a）と比較すると定常散乱体干渉合成開口レーダー（PSInSAR）を施した結果得られた差分干渉図（b）は、青から紫の干渉縞が見える。