2．（2）「地殻活動モニタリングシステムの高度化」研究計画

　日本列島全域の地殻活動モニタリングは、政府の地震調査研究推進本部が策定した基盤的調査観測計画の下で整備が進められた地震及びGPS連続観測網により行われ、今日では、その観測データ及び解析結果は広く公開されている。モニタリングシステムによって得られるデータは、地殻活動予測シミュレーションモデルの構築やシミュレーション結果の検証において不可欠なものである。また、過去のデータとともに日本列島地殻活動情報データベースとして整備されることにより、大地震発生時の即時対応等にも活用できる。列島規模の広域のモニタリングシステムだけでなく、想定東海地震震源域や東南海・南海地震震源域等、大地震の発生が予想される特定の地域における地殻活動モニタリングの高度化も重要である。
　本研究計画では、関連研究者の連携の下、モニタリングシステム高度化のために、新たなモニタリング手法の研究開発、既存のモニタリング手法の改善、既存の観測網やデータ流通網等の整備や改善、地殻活動モニタリングに有用なその他諸観測の整備等を実施した。また、特定地域においては更に高密度かつ多項目の観測を実施した。

ア． 日本列島域

（地殻変動データによる地殻活動モニタリングシステムの高度化）
　基盤的調査観測として、GEONET等GPS観測網による日本列島の広域地殻活動モニタリングを実施しており、そのデータは広く公開されて多くの研究者に活用されているとともに、解析結果は、地震調査研究推進本部地震調査委員会や地震予知連絡会等の重要な検討資料となっている（国土地理院[課題番号：6004]、 海上保安庁[課題番号：8005]）。またGEONETデータによる地殻変動解析精度を向上させるため独自の精密単独測位法による解析法を開発し、準リアルタイムでモニターすることができるようになった（東京大学地震研究所[課題番号:1413]）。これに加えて、VLBI測量、高精度三次元測量（水準測量）、高度地域基準点測量（GPS測量）等を実施しGEONETによる観測データを補足する詳細な地殻変動情報を提供している。例えば2008年岩手・宮城内陸地震において高精度な上下変動測量結果を提供し、震源断層に関する重要な情報を提供するなど、大地震発生時に迅速に測量を実施した（国土地理院[課題番号：6001、6008、6009]）。またGPSや光波測距を用いた変動地形調査を、平成20年度には川奈、有峰湖、三鷹、切山地区で実施し、5カ年では全国28地区（緊急観測2地区を含む）で実施した（国土地理院[課題番号：6017]）。
　リアルタイムで取得可能になったGEONETの1秒毎のデータを利用し、震源断層の即時解析手法の開発を進めた。事前に設定した60点の電子基準点のリアルタイム解析を可能とし、気象擾乱時等を除きM7程度の地震の震源断層モデル推定に耐えうる精度の地殻変動を地震後10分以内に得るための基礎技術を確立した（図41）（国土地理院[課題番号：6026]）。

（地震観測データによる地殻活動モニタリングシステムの高度化）
　Hi‐net等の地震観測データを用い、震源、地震モーメント、発震機構解等の自動解析が可能となった。また、超低周波地震解析システムを開発し、日本付近の超低周波地震の自動検出が可能になった。相似地震の自動検出システムを開発し、東海から東北における相似地震はほぼリアルタイムで検出可能となった（防災科学技術研究所［課題番号：3007］）。
　全国地震データ流通ネットワーク（JDXnet）によりリアルタイムで配信されている広帯域地震計データを用いた、地震の発生・位置・発震機構解の自動決定システムを開発し、日本列島地域のモニタリングに適用した（東京大学地震研究所[課題番号：1413]）。
　地震活動度の変化を自動的に検出するため、統計的手法によるシステムを運用し、静穏化・活発化などに関するデータ蓄積を進めている。また検出結果を判定会等に報告している（気象庁[課題番号：7020]）。地震活動と応力変化、固着や滑り域との関係を統計的に見出した（気象庁［課題番号：7004］）。
　陸域においては観測点高度が震源精度に与える影響を、海域においては堆積層が震源精度に与える影響を評価した。補正後の震源計算結果と気象庁一元化震源カタログとを比較した結果、全体として震源が浅くなるほか、震源分布が集中する傾向があることが分かった。また三次元速度構造を用いた震源決定を、想定東海地震の震源域へ適用するとともに、それ以外の地域へも適用範囲を広げた。（気象庁［課題番号：7005］）。三次元不均質構造による震源の再計算を海域にまで拡大することにより、沖合の震源の深さ精度が向上することを確認した（気象庁［課題番号：7004］）。定常的な一元化初動発震機構処理業務への自動処理の導入による決定能力の向上、F‐netや海外の広帯域地震計の波形データの導入によるCMT解の決定時間の短縮・精度向上を進めた（気象庁［課題番号：7006］）。
　微小地震の発生頻度は応力変化に依存するというモデルがある。この考えに基づき微小地震カタログデータから応力変化の状態の抽出を試みた。またP波初動極性の統計的解析により応力を推定する方法を考案し、浦川沖周辺地域に適用した（北海道大学[課題番号：1009]）。

（地殻活動モニタリング高度化に資する諸観測の実施）
　日本列島域における地磁気基準点（柿岡、女満別、鹿屋、父島）の観測を実施し、地磁気基準値の精度向上とデータ取得の安定化を図った（気象庁［課題番号：7003］）。また、全国11点の地磁気連続観測、5カ年で地磁気連続観測点及び一等磁気点27点で絶対観測等を実施した（国土地理院［課題番号：6003］）。伊豆諸島（八丈島）における地磁気全磁力、地磁気三成分の連続観測を実施した（海上保安庁［課題番号：8006］）。
　地殻変動の監視のため、全国25験潮場で30秒間隔の潮位観測を実施するとともに、得られた30秒潮位、毎時潮位、日平均潮位、月平均潮位等のデータをホームページで公開している（国土地理院［課題番号：6007］）。全国20ヵ所で潮位観測を継続して実施し、観測された潮汐から平均水面を求め、この変動から地殻変動をリアルタイムで集中監視している（海上保安庁［課題番号：8004］）。全国71ヶ所で潮位観測を継続し、ホームページで公開するとともに、各機関が所有する176ヵ所の潮位データを一元化して国交省防災情報提供センターホームページにて公開している（気象庁［課題番号：7017］）。
　地殻変動の監視のため、5カ年で全国25カ所で絶対重力を測定した（国土地理院[課題番号：6013]）。

（観測データ流通ネットワークの高度化）
　全国の大学等へのデータ配信機能を衛星回線から超高速・高機能研究開発テストベッドネットワーク（JGN2plus）やフレッツグループなどの地上の高速広域ネットワークに移行し、新しい全国地震データ流通ネットワーク（JDXnet）が構築したことに加え、新たに国立情報学研究所の国立情報学研究所の次世代会術情報ネットワーク（SINET3）を利用したデータ流通ネットワークの運用を開始し、より確実なデータ流通網が確立した。また地震観測点のチャネル情報の分散管理システム（CIMS）の運用を開始した。これは、ウェブによる入力を可能にするなど、各大学独自の観測を維持しつつ、効率的な情報共有化を可能にするものである（東京大学地震研究所[課題番号：1413]）。

イ．東海地域

　大地震の発生が予測されている東海地域においては、列島規模のモニタリングに加えて、より高度化された地殻活動モニタリングのための研究開発が実施されている。
　前兆滑りや短期的ゆっくり滑りの早期発見及び把握のために、気象庁以外のデータを用いた同時異常の監視を可能にし、その有効性を確認した（気象庁［課題番号：7007］）。東海地震の予知手法高度化のため東海地震に到るまでのシミュレーション精度向上、海底地震観測の実施、精密制御震源（アクロス）によるモニタリング手法の開発、地殻の上下変動の潮位やGPSによる精度向上、レーザー式変位計の技術開発などを実施した。シミュレーションについては長期的ゆっくり滑りが繰り返した後に東海地震が発生する可能性を示した（図42）（気象庁［課題番号：7008］）。東南海沖に新たなケーブル式海底地震計システムを敷設し、運用を開始した。（気象庁[課題番号：7019]）。
　GPSを用いた高密度地殻変動観測では、GEONET観測網と相補的になるように58点の観測点をGPS大学連合により設置し、得られたデータを用いて歪解析を実施した。その結果、地震活動に基づく固着域の推定結果と整合する面積歪分布が得られたほか、短期的ゆっくり滑りによる変動を見出すことができた （東京大学地震研究所[課題番号：1414]）。駿河湾内での海底地殻変動観測および銭洲（ぜにす）岩礁におけるGPS観測が実施され、周囲のGEONETと整合的な結果が得られている （図43）（名古屋大学[課題番号：1705]）。
　地震防災対象強化地域を中心とした高精度三次元測量（水準測量）を5カ年でのべ7000km実施した。また、御前崎においては800m深井戸の歪計・傾斜計・長距離水管傾斜計等の連続観測の実施、切山観測点では長距離水管傾斜計、館山では水晶管伸縮計・水管傾斜計の連続観測を実施した。御前崎において繰り返し絶対重力観測を実施した（国土地理院［課題番号：6011、6012、6013］）。また東海地震震源域直上の豊橋、御前崎のほか静岡県菊川における繰り返し絶対重力測定を開始した（図44）（東京大学地震研究所[課題番号：1414]）。
　地殻変動により地下水の移動および化学成分の変化を解明するための研究が行われた。東海地域の地下水観測設備の高速サンプリング化・リアルタイム化するとともに、いくつかの遠地地震による地下水への影響が地震の揺れによりもたらされることを示した（産業技術総合研究所［課題番号：5009］）。化学成分検出のための検出装置の改良を進めた（Tsunomori and Notsu, 2008）。帯水層内の亀裂の状態変化を調べるためにラドン・ヘリウム・透水係数・電気伝導度を調べることが効果的であることを示した（東京大学理学研究科[課題番号：1503]）。さらに地下水の間隙水圧および隣接する帯水層が地殻歪測定へどのように影響を及ぼすかについて、神岡および野島のボアホールを用いて推定した（京都大学防災研究所[課題番号：1810]）。

ウ．東南海・南海地域

　南海トラフ沿いの地震活動をより詳細に把握し、沈み込むフィリピン海プレートの詳細な形状を明らかにするために、平成15年から平成19年12月まで東南海地震と南海地震の境界が位置すると考えられる潮岬沖の海底においてトラフ軸を超えた領域まで観測網を広げて長期連続地震観測を実施し、震源決定を行った（図45）（東京大学地震研究所［課題番号：1415］）。
　東南海・南海地震域における地殻変動特性を研究するために5カ年で16点のGPS観測点を増設し、ゆっくり滑りのモニタリングを行った結果、浜名湖周辺の東海地域でのゆっくり滑りが沈静化後、その周囲で滑りが発生していることが分かった（国土地理院［課題番号：6025］）。また、高精度三次元測量（水準測量）を牡鹿地区、三浦東地区、首都圏・神奈川地区及び室戸西地区で実施した（国土地理院［課題番号：6014］）。
　東南海・南海地震予測のため12点の地下水等総合観測施設を新たに整備した。この施設は歪計や地震計も併設し、四国‐紀伊半島周辺直下のプレート境界で生じるM6‐6.5に相当する短期的ゆっくり滑りを検出可能である（図46）（産業技術総合研究所［課題番号：5009］）。　

エ． その他特定の地域

　大地震の発生が予測されているその他の特定の地域においても、列島規模のモニタリングに加えて、より高度化された地殻活動モニタリングのための研究開発が実施された。

（宮城県沖）
　近い将来の地震発生が懸念されている宮城県沖においては、プレート境界の固着および滑りのリアルタイムモニタリングに向けた研究が実施されている。プレート境界の固着に関しては、陸上のGEONET観測点および沿岸域に増強したGPS観測点のデータを用い、準リアルタイム処理技術を開発し、改良された時間依存逆解析法により、固着域分布とその変化を推定した。その結果、1994年三陸はるか沖地震の震源域における固着の回復、深部における弱い固着域の存在、およびその固着が2005年の宮城県沖の地震により解消されたことが明らかになった。また相似地震（小繰り返し地震）を用いたプレート境界の滑りモニタリングに関しても準リアルタイム処理技術を開発し、非定常的な滑りを見出すことができるようになった（図47）（東北大学 [課題番号：1206]）。
　宮城県沖では、長期繰り返し海底地震観測が平成14年度以来東京大学地震研究所、気象庁、東北大学により共同で実施されている。この観測は長期観測型海底地震計を用いて、海底地震計の位置の空間配置を一定に保つことにより地震活動の時間変化の推移把握を容易にすることである（東京大学地震研究所[課題番号：1416]、気象庁[課題番号：7010]）。この記録と陸上の地震観測点との併合処理を行った結果、2005年宮城県沖の地震は1978年の地震の際の破壊域の一部を再破壊したものであり、大部分は未破壊のまま残されていることが明らかになった。また震源域付近の地震は、アスペリティ近傍と余効滑りの大きな地域に発生し、余効滑りの大きな時期に発生していることが分かった。地震波速度構造を解析した結果、プレート間地震のアスペリティの分布に対応するような地震波速度構造不均質を見出すことに成功した（東北大学 [課題番号：1206]、Yamamoto et al. 2008）。

（糸魚川‐静岡構造線）
　平成17年度から5ヵ年計画で、重点的調査観測が行われているこの地域で、プロジェクトのデータを活用して、断層周辺の三次元的な速度構造を明らかにし、地震の震源と断層との関係を調査した。その結果、三次元速度構造を用いた震源決定を行うことにより、定常的な観測網での震源決定精度が向上することが分かった。また地震活動は活断層の断層面ではなく、その下方で活発であることが分かった（東京大学地震研究所［課題番号：1416］）。
　断層帯北・中部の約30観測点においてGPS繰り返し観測を実施し、詳細な地殻変動分布を明らかにした。北部では逆断層運動を示唆する変形が断層付近に集中し、中部では右横ずれを示唆する変形がやや広域に分布していることが分かった（国土地理院［課題番号：6016］）。

（南関東とその周辺域、伊豆半島東部）
　ノイズレベルの高い南関東地域の都市部において浅いボアホール底に設置された地震観測ネットワーク（首都圏地震観測網：MeSO‐net）の記録を調べた結果、M3以上の地震を良好に記録できることなどが明らかになった（東京大学地震研究所［課題番号：1416］）。
　伊豆半島東部では、地電位差、比抵抗、全磁力連続観測が実施された。1994年の地震活動が活発であった時期に比べ、一部の地域で見かけ比抵抗が数％高くなっていることが明らかになった（東京大学地震研究所［課題番号：1416］）。

（日本海溝・千島海溝周辺）
　5カ年に分け、順次、根室沖から房総沖にかけての地域に18台から49台の海底地震計による長期連続地震観測を実施した。これらの観測によって得られる高精度震源分布から、日本列島下に沈み込む太平洋プレートの形状の精度が向上した。そして、その形状と過去に起きた大地震のアスペリティや現在の地震活動との関係が明らかになった（東京大学地震研究所［課題番号：1415］）。

（その他）
　5カ年に、地殻活動が活発な地域である地域として、樽前山、有珠山、北海道駒ヶ岳、岩手山、磐梯山、浅間山、富士山、箱根、伊豆大島、伊豆東部、新島、三宅島、八丈島、硫黄島および東海地震の予想震源域や牡鹿半島においてGPS観測を実施した。伊豆大島では自動光波測距を実施した。また硫黄島には機動的GPS観測点を設置し測量を開始した。新潟県中越沖地震および岩手・宮城内陸地震発生にともない緊急水準測量を実施し、新潟県中越、静岡県中西部、瀬戸内および福岡県西方沖を震源とする地震に伴いGPS機動連測観測点を設置した（国土地理院[課題番号：6018]）。
　走査型震源決定法（Source‐Scanning Algorithm）の改良を実施するとともに、飛騨山脈脊梁部および跡津川断層周辺における低周波地震の調査を行った（京都大学防災研究所［課題番号：1809］）。
　歪速度が日本よりも一桁大きい台湾において、現地の研究機関が、日本からの技術移転等によって16 点の地下水等観測網を構築しモニタリングを実施している（産業技術総合研究所[課題番号:5009]。

課題と展望

　モニタリングデータは、地殻活動予測シミュレーションモデルの構築やシミュレーション結果の検証に利用されることを通じて、予測シミュレーションの精度向上に寄与する。
　この5カ年では、モニタリング研究では、次の進歩があった。
　従来から観測データの自動取得や流通がなされていたが、最近はその解析の自動化・迅速化が図られている。震源決定だけでなくCMT解などについても自動的に解析・公開されるようになった。また相似地震や深部低周波微動についても自動検出が行われ、プレートの沈み込み運動を準リアルタイムでモニターすることが可能になり、その後の研究に役立っている。海底地震観測は、長期連続多点観測がすでに標準的な手法となり、陸域の観測網と同程度の質・量・密度での観測から海域における震源分布や地殻構造が次々に明らかになってきた。海底地殻変動についても、数cmの精度で測定できることが示され、各海域での観測結果が実際の地震研究に役立つ段階となっている。
　今後は、プレート境界における地殻活動予測シミュレーション研究や内陸地震発生の物理モデルの開発研究との連携を進め、どのようなデータが必要か、観測値をどのように予測シミュレーションに組み込むか等を検討する。さらに、取得されたデータを組み込んだ予測シミュレーションシステムを実際に動かし、その結果を観測の高精度化や新たなモニタリングシステムにフィードバックすることが必要である。

参考文献

　Tsunomori, F. and K. Notus, Simultaneous monitoring of gas concentration and groundwater level at the Omaezaki 500‐m well, central Japan: Spike‐like concentration change of methane level change, Geochemical Journal, 42（1）, 85‐91, 2008
　Yamamoto, Y., R. Hino, K. Suzuki, Y. Ito, T. Yamada, M. Shinohara, T. Kanazawa, G. Aoki, M. Tanaka, K. Uehira, G. Fujie, Y. Kaneda, T. Takanami, and, T. Sato, Spatial heterogeneity of the mantle wedge structure and interplate coupling in the NE Japan forearc region, Geophys. Res. Lett., 35, L23304, doi:10.1029/2008GL036100, 2008.

図41：1秒ごとに取得されるGPSデータを用いた解析結果（Kinematic）と、通常のGEONET解析結果（R2,Q2）を2008年岩手・宮城内陸地震に伴う地殻変動で比較したもの。R2,Q2はそれぞれ1日のデータを平均したGEONET速報解と6時間のデータを平均したGEONET迅速解であり、震源近傍においては1秒ごとのデータを用いた解析結果でも十分な精度で地殻変動を推定できることを示している（国土地理院［課題番号：6026］）。

図42：シミュレーションによるゆっくり滑りの再現。（左）フィリピン海プレート境界面上の滑り速度分布の時間変化。青は陸のプレートとフィリピン海プレートが固着している領域、赤は滑りを開始している領域を表す。図中の数字は計算開始からの経過時間（年）である。（右）浜名湖直下のプレート境界における滑り速度の時間変化（気象庁[課題番号：7008]）。

図43　駿河湾、銭洲岩礁周辺における変位速度ベクトル。アムールプレートに対する変動を示す。SNW、SNEは名古屋大学ほかの海底地殻変動観測による結果。ZENは銭洲岩礁でのGPS観測結果。陸上の矢印は、国土地理院GEONETによる観測結果（畑中ほか［2003］による）。丸印は海底局設置地点（名古屋大学［課題番号：1705］）。

図44：（左）2008年11月の豊橋（名古屋大学三河観測所）の基準重力点における絶対重力測定結果。（右）2004年からの重力経年変化（エラーバーは重力計測値の標準偏差を示す）（東京大学地震研究所[課題番号：1414]）。

図45：平成15年から平成18年までの海底地震計の観測データから求められた地震の震央分布。震源決定誤差が5km未満の決定精度が高い地震のみを表示している（東京大学地震研究所［課題番号：1415］）。

図46：紀伊半島～四国周辺における新規観測網（左図）と観測施設の概念図（右図）（産業総合技術研究所［課題番号：5009］）。

図47：小繰り返し地震データより推定されたプレート境界での滑り速度の分布。a‐d はそれぞれ、1993‐2007年、2008/1/1‐2008/5/8（茨城県沖M7.0の地震前まで）、2008/5/8‐2008/7/19（福島県沖M6.9の地震前まで）の期間のものである。赤星は、2008年5月8日茨城県沖M7.0の地震及び2008年7月19日福島県沖M6.9の地震の震央を示す。黒太線はフィリピン海プレートの北東限、挿入図はフィリピン海プレート上面での滑りレートを示す（東北大学 [課題番号：1206]）。